DE2535644C2

DE2535644C2 - Kolben-Kraft- und Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2535644C2
Application number: DE2535644A
Authority: DE
Inventors: Ewald 7103 Schwaigern Harr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-09
Filing date: 1975-08-09
Publication date: 1986-10-16
Also published as: US4088033A; DE2535644A1; GB1525779A; FR2321045B1; JPS5238603A; FR2321045A1

Description

hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Hintereinander-Anordnung einer Mehrzahl voneinander getrennter Arbeitsräume (118; 158) mit je einem Kolbenelement (112,112'; 151,15Γ), wobei die einzelnen Kolbenelemente durch die Arbeitsraumwände in Kolbenhubrichtung durchgreifende Kolbenstangen (114; 154) vereinigt sind, die ihrerseits mit den Abtriebselementen (122; 157) verbunden sind.

10. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (31; 51; 71; 91; 131) aus einem neben der Längsmittelachse verlaufenden Schaftteil (34; 54; 74; 94; 136) und von diesen beiderends ausgehenden, im Querschnitt dem Verbrennungsraumquerschnitt angepaßten, auskragenden Kolbendeckeln (35; 55; 75; 95; 137) besteht

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im Bereich seiner Quermittellinie einen vorzugsweise von dem Schaft ausgehenden, sich konisch verjüngenden Mittelteil (39) besitzt

12. Maschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zwischen dem Schaftteil (54; 94) und den Kolbendeckeln (55; 95) mit einer Umfangsumhüllung versehen ist.

13. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen filigranartigen Aufbau aus verschiedenen Materialien besitzt.

14. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben mit geneigten Kolbenboden ausgebildet sind.

15. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben Dichtungsringe zugeordnet sind, die, bezogen auf die Längsmittelachse des Arbeitsraumes, eine asymmetrische Massenverteilung besitzen.

16. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in einer Lage angeordnet ist. in der sein Eigengewicht der Fliehkraft entgegenwirkt.

17. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit den Enden seiner Kolbenarme an außerhalb des Arbeitsraums ausgebildeten Führungen radial geführt ist

18. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenkräfte über eine in der Zylinderachse liegende Kolbenstange übertragbar sind, die die Stirnwand des Arbeitsraums durchstößt.

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Kraft- und Arbeitsmaschine, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Die bekannten Hubkolbenmaschinen, deren Kolben eine reine Translationsbewegung ausführt, sind trotz ihres hohen Entwicklungsstandes nach wie vor mit dem Nachteil behaftet, daß die Umkehr der Bewegungsrichtung des Kolbens in den beiden Totpunkten zu erheblichen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere der Kurbelwelle und deren Lager, führt. Dies gilt auch für

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ui\*j\»iiigt»ii uunaiinivii rwsiudiiiiaavilliidl, ui;i uciicn UtI Kolben zusätzlich zu seiner Translationsbewegung eine Rotationsbewegung um seine Längsachse ausführt (DE-OS 25 02 646, DE-GM 18 50 238, US-PS 38 24 970), die in einer konzentrischen Anordnung um die Antriebsoder Abtriebswelle vorgesehenen Kolben sich gemeinsam um diese Welle herum bewegen, während sie innerhalb der Zylinder eine reine Translationsbewegung aus-

führen (FR-PS 7 34 288), oder die eine reine Translationsbewegung ausführenden Kolben einen exzentrischen Kolbenschaft und damit einen außerhalb der Kolbenlängsachse liegenden Schwerpunkt haben (US-PS 15 65 184). Zwar sind Drehkolbenmaschinen frei von dem genannten Nachteil. Sie sind jedoch mit anderen, bei Hubkolbenmaschinen nicht vorhandenen Nachteilen behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, bei welcher die Bewegung der Kolbenmasse in den Umkehrpunkten zumindest in geringerem Ausmaße als bisher verzögert und anschließend wieder beschleunigt werden muß. Bei einer Maschine der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Zwar führt auch bei der erfindungsgemäßen Maschine der Kolbenschwerpunkt eine Translationsbewegung aus. Diese Translationsbewegung ist aber ,iine oszillierende Rotationsbewegung des Kolbenschwerpunkts auf einer zur Kolbenlängsachse konzentrischen Bahn überlagert, wobei der Radius dieser Bahn gleich dem Maß der Exzentrizität des Schwerpunktes ist Die Kombination dieser beiden Bewegungskomponenten des Schwerpunktes führt dazu, daß der Schwerpunkt sich auf einer geschlossenen Bahn bewegt, die in einer zur Längsachse des Kolbens konzentrischen Zylinderflächen liegt und, abhängig vom Verhältnis der Amplituden der beiden überlagerten Bewegungen, die Form einer Ellipse oder, im Idealfall, eines Kreises hat Bewegt sich der Kolbenschwerpunkt auf einer Kreisbahn, dann wird die Kolbenmasse stets mit gleichförmiger Geschwindigkeit längs dieser Kreisbahn bewegt Ist die Bahn, auf der sich der Kolbenschwerpunkt bewegt eine Ellipse, dann erfolgt noch eine mehr oder weniger große Verzögerung und anschließende Beschleunigung der Bewegung des Kolbenschwerpunktes in den beiden Hubumkehrpunkten. Diese Verzögerung und Beschleunigung ist aber geringer als bei einer reinen Translationsbewegung des Kolbens und läßt sich durch die Wahl einer Kreisbahn vollständig vermeiden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der arfindungsgemäßen Maschine sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren vorteilhaften Ausführungsbeispielen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine im Längsschnitt,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform in einer gegenüber der F i g. 1 um 90° gedrehten Seitenansicht,

F i g. 3 einen Querschnitt der ersten Ausführungsform entsprechend dem Schnittverlauf 3-3 der F i g. 1,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Kraft- und Arbeitsmaschine im Längsschnitt,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform in einer gegenüber der F i g. 4 um 90° gedrehten Seitenansicht,

F i g. 6 einen schematischen Querschnitt der zweiten

/\usrunrungsTorm entsprecnena aem acnnutveriaur o-o der F i g. 4,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt,

F i g. 8 die dritte Ausführungsform in einer gegenüber der F i g. 7 um 90° gedrehten schematischen Seitenansicht.

F i g. 9 einen Querschnitt der dritten Ausführungsform entsprechend dem Schnittverlauf 9-9 der F i g. 7,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine im Längsschnitt

F i g. 11 die vierte Ausführungsform einer gegenübet der F i g. 10 um 90° gedrehten schematischen Seitenansicht

Fig. 12 die vierte Ausführungsform im Querschnitt entsprechend dem Schnittverlauf 12-12 der F i g. 10,

ίο Fig. 13 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine im Längsschnitt

Fig. 14 die fünfte Ausführungsform im Querschnitt entsprechend dem Schnittverlauf 14-14 der F i g. 13,

F i g. 15 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine im Längsschnitt,

Fig. 16 die sechste Ausführungsform im Querschnitt entsprechend dem Schnittverlauf 16-16 der F i g. 15,

Fig. 17 eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine in schematisch dargestelltem Längsschnitt

Fig. 18 eine achte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine in schematisch dargestelltem Längsschnitt,

F i g. 19 eine gegenüber der F i g. 18 um 90° gedrehte schematische Seitenansicht der achten Ausführungsform,
F i g. 20 die achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine im Querschnitt entsprechend dem Schnittverlauf 20-20 der F i g. 18,

F i g. 21 eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine im Längsschnitt und
F i g. 22 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie22der Fig. 21.

Die Fig. 1—3 der Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform 30 der erfindungsgemäßen Maschine, die hier als Brennkraftmaschine gestaltet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Kolben 31 innerhalb des Brennraummantels 32 beweglich angeordnet. Der Raum 33, in dem der Kolben 31 angeordnet ist, ist, wie aus der F i g. 3 ersehen werden kann, im Querschnitt kreisförmig und räumlich gesehen insgesamt zyünderförmig. Der Kolben 31 ist dabei in Richtung der Längsachse kürzer gehalten als der Raum 33 und zugleich mit einem außerhalb der Längsmittelachse liegenden Schwerpunkt gestaltet. Die Verlagerung des Schwerpunktes aus der Längsmittelachse ist dadurch erreicht, daß der Kolben 31 einen seitlich lieso genden Kolbenschaft 34 besitzt, an dessen Enden je ein Kolbendeckel 35 angesetzt ist. Der Kolben ist vorzugsweise filigranartig ausgebildet, wodurch eine beachtliche Massenverringerung erzielt werden kann. Der Kolben kann dadurch aus verschiedenen Materialien zusammengefügt werden.

Am Umfang der Kolbendeckel 35 ist jeweils ein Dichtungsring 36 eingelassen, der den jeweils zwischen dem Kolbendeckel 35 und der gegenüberliegenden Stirnwand 37 des Brennraummantels 32 liegenden Bereich abdichtet so daß zwischen dem Kolben 31 und jeder der Stirnwände 37 ein Verbrennungsraum 3ö gebildet ist. Die Dichtungsringe 36 erfahren zweckmäßigerweise auch eine Asymmetrie hinsichtlich ihrer Masse zum Kreisumfang. Es ist hinzuzufügen, daß der Kolben 31 in der Mitte des Kolbenschaftes 34 aus statischen Gründen mit einem konischen Mittelstück 39 versehen ist, an dessen freien Ende ein Kolbenarm 40 angeordnet ist. Auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Kolben-

schaftes 34 ist ein weiterer Kolbenarm 41 ausgebildet. Die beiden Kolbenarme 40, 41 greifen in Durchbrüche des Brennraummantels 32 ein, die als Führungsschlitze 42 ausgebildet sind und in ihrer Weite etwas größer gehalten sind als der Durchmesser der Kolbenarme 40, 41. Wie die F i g. 2 verdeutlicht, sind die Führungsschlitze 42 in diametral gegenüberliegenden Bereichen des Brennraummantels 32 ausgebildet, wobei sie, in eine Ebene transformiert, die Form einer Ellipse besitzen, gegebenenfalls aber auch in Kreisform ausgebildet sein können.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 30 werden die Verbrennungsräume 38 über nicht näher dargestellte Ventile oder Schlitze mit einem Brennstoff-Luftgemisch beschickt Das Brennstoff-Luftgemisch wird nach der Beschickung eines Verbrennungsraums 38 gezündet, wodurch der Kolben 31 in Richtung der Längsachse der Verbrennungsräume beaufschlagt wird. Aufgrund der Führung durch die Kolbenarme 40,41 in den Führungsschlitzen 42 des Brennraummantels 32 wird dem Kolben 31 bei der Bewegung in Längsrichtung des Verbrennungsraumes zugleich eine Pendelbewegung um die Längsmittelachse des Verbrennungsraumes aufgezwungen. Der Drehwinkel des Kolbens 31 ist dabei abhängig von der Gestaltung der Führungsschlitze 42. Von den durch die Führungsschlitze 42 aus dem Brennraummantel 32 vorstehenden Kolbenarmen 40, 41 kann die bei dem Verbrennungsvorgang dem Kolben vermittelte Energie auf ein Getriebe abgeleitet werden.

Die Fig.4—6 zeigen eine weitere Ausführungsform 50 einer erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine. Bei dieser Ausführungsform ist der Kolben 51 im wesentlichen in der gleichen Weise ausgebildet wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform 30, wobei sein Schwerpunkt ebenfalls außerhalb der Längsmittelachse liegt Der Kolben 51 der Ausführungsform 50 besitzt im Unterschied zu dem Kolben der Ausführungsform 30 einen im Außenumfang zylindrischen, jedoch innen hohl ausgebildeten Schaftteil 54, dessen einer Wandbereich verdickt ist Die geschlossene Umfangsform des Schaftteils 54 des Kolbens 51 gestattet dabei eine feststehende Anordnung der die Verbrennungsräume 58 abdichtenden Dichtungsringe 56 an der Innenwand des Brennraummantels 52. Die Dichtungsringe 56 sind dabei so angeordnet daß sie in den äußeren Totpunktlagen des Kolbens 51 diesem im Bereich der Kolbendeckel 55 anliegen.

In dem zwischen den Verbrennungsräumen 58 liegenden, von dem Kolben 51 übergriffenen Raum 53 ist der Brennraummantel 52, wie insbesondere die F i g. 6 erkennen läßt, radial nach außen hin geöffnet In diesem Raum 53 durchgreifen die Kolbenarme 60, 61 den Brennraummantel 52, auf dessen Außenseite die Abtriebsräder 62 gelagert sind. Zur Lagerung der Abtriebsräder 62 dienen dabei die Achsen 63, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel außerhalb des Brennraummantels 52 gehalten sind und mit den flanschartigen Erweiterungen im Bereich des Raumes 53 in die Wandebene des Brennraummantels 52 einbezogen sind. Die Koibenarme 60,61 durchgreifen längsverschiebbar in den Abtriebsrädern 62 angeordnete Gelenkteile 65, so daß sie gegenüber den Abtriebsrädern 62 sowohl verdrehbar als auch verschiebbar sind. Die Abtriebsräder 62 wirken, wie in der F i g. 5 näher erkennbar ist mit einem zwischen ihnen angeordneten, querliegenden Getrieberad zusammen und vermitteln diesem ihre Drehbewegung. Es ist noch hinzuzufügen, daß sowohl die Abtriebsräder 62 als auch das Getrieberad 66 bevorzugt als Zahngetrieberäder gestaltet sind. Außerdem ist noch zu erwähnen, daß bei der Ausführungsform 50 die Kolbenarme 60,61 mit ihren Enden an den Gleitführungen 67 in Radialrichtung des Kolbens abgestützt sind, so daß dieser innerhalb des Brennraummantels 52 freigängig bewegbar ist.

Beim Betrieb der Kolben-Brennkraftmaschine 50 werden die Verbrennungsräume 58 über nicht näher dargestellte, jedoch vorzugsweise im Bereich der Stirnwände 57 des Brennraummantels 52 vorgesehene Ventile mit einem Kraftstoff-Luftgemisch beschickt. Durch die wechselweise Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemisches in den beiden Verbrennungsräumen 58 wird der Kolben 51 in Richtung seiner Längsachse beiastet.

Durch die Verbindung seiner Kolbenarme 60, 61 mit den Antriebsrädern 62 kann der Kolben jedoch eine reine Längsbewegung nicht ausführen. Es wird ihm vielmehr in Abhängigkeit von der Längsbewegung eine Pendeldrehung um seine Längsmittelachse aufgezwungen, wodurch die Abtriebsräder 62 in jeweils entgegengesetzter Richtung mitgedreht werden. Aufgrund des längsverschiebbaren Eingriffs der Kolbenarme 60,51 in die Gelenkteile 65 der Abtriebsräder 62 kann die kombinierte Hub-Drehbewegung des Kolbens auf die nur in einer Ebene drehbaren Abtriebsräder 62 übertragen werden. Der weitere Abtrieb erfolgt über das zwischen den beiden Abtriebsrädern 62 vorgesehene gemeinsame Getrieberad 66.
Die in den Fig.7—9 schematisch dargestellte Ausführungsform 70 der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine ist ähnlich gestaltet wie die beiden vorhergehenden Ausführungsformen. Der Kolben 71 besitzt dabei die gleiche Form wie der Kolben 31 der Ausführungsform 30, wobei wiederum die Dichtungsringe 76 an dem Kolbendeckel 35 und nicht ortsfest an der Innenwand des Brennraummantels 72 angeordnet sind. Es sei an dieser Stelle eingefügt daß die Kolbenformen, je nachdem, wo die Brennraumabdichtungen angeordnet werden sollen, beliebig untereinander austauschbar sind. Bei der in der Ausführungsform 70 getroffenen Wahl der Kolbenform ist der Kolbenschaft 74 wiederum nur einseitig ausgebildet, so daß auch hier der Schwerpunkt außerhalb der Längsmittelachse liegt. Um dies zu erreichen, können auch Gewichte eingebaut werden.

Der Raum 73, der von dem Brennraummantel 72 umschlossen ist und in dem sich der Kolben 71 bewegen kann, ist ebenfalls wiederum zylinderförmig ausgebildet und wenigstens um das Maß des angestrebten Kolbenhubes länger gehalten als der Kolben 71 selbst Zwisehen jedem der Kolbendeckel 75 und der jeweils benachbarten Stirnwand 77 des Brennraummantels 72 wird auf diese Weise wiederum ein Verbrennungsraum 78 geschaffen.

Die mittig von dem Kolben 71 abstehenden Kolbenarme 80, 81 durchgreifen einen mittleren Freiraum des Brennraummantels 72 und greifen außerhalb des Brennraummantels 72 anschließend in Taumelelementen 82 ein, wobei zwischen den Kolbenarmen 80, 81 und den Taumelelementen 82 ein Gelenk 83 vorgesehen ist. Die Taumelelemente 82 sitzen ihrerseits jeweils auf einer Taumelachse 84, die in die Abtriebswellen 85 eingefügt sind.

Im Betrieb wird der Kolben 71 wie auch schon bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemischs in den auf seinen beiden Stirnseiten gebildeten Verbrennungsräumen 78 in seiner Längsrichtung belastet. Infolge der Lagerung der Koibenarme 80,81 in den Taumel-

elementen 82 wird dem Kolben 71 bei der Ausführung einer Längsbewegung zugleich auch eine hin- und hergehende Drehbewegung aufgezwungen, so daß eine kombinierte Hüb-Drehbewegung auf die Taumelelemente 82 und über die Taumelelemente 82 und die Taumelachsen 84 auf die Abtriebswellen 85 übertragen wird. Die unterschiedlichen Bewegungsformen des Kolbens 71 und der Abtriebswellen 85 werden durch die Gelenkverbindung zwischen den Kolbenarmen 80, 81 und den Taumelelementen 82 sowie die freie Bewegbarkeit der Taumelelemente 82 um die Taumelachse 84 überbrückt.

Die in den F i g. 10—12 dargestellte Ausführungsform

90 der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine besitzt einen Brennraummantel 92, der wie die Brennraummäntel der vorhergehenden Ausführungsformen gestaltet ist und einen zylindrischen Raum 93 umschließt. In dem zylindrischen Raum 93 ist der Kolben 91 angeordnet, der in der gleichen Weise aufgebaut ist wie der Kolben der Ausführungsform 50 in den Fig.4—6, lediglich mit dem Unterschied, daß bei der Ausführungsform 90 die Dichtungsringe 96 an den Kolbendeckeln 95 und nicht in der Wand des Brennraummantels 92 festgelegt sind. Zwischen den Kolbendeckeln 95 und der jeweils benachbarten Stirnwand 57 des Brennraummantels 92 sind wiederum Verbrennungsräume 98 gebildet, die mit einem Brennstoff-Luftgemisch zu beschicken sind.

Von dem in gleicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel 50 ausgebildeten Kolbenschaft 94 des Kolbens

91 stehen mittig und radial die Kolbenarme 100 und 101 durch einen Freiraum des Brennraummantels 92 nach außen ab. Die Kolbenarme 100 und 101 greifen, der Ausführungsform 70 in den Fig.7—9 vergleichbar, in Taumelelemente 102 ein. die jeweils um die Taumelachse 104 schwenkbar sind. Die Verbindung zwischen den Kolbenarmen 100, 101 mit den Taumelelementen 102 erfolgt durch das Gelenk 103 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform 70. Bei der vorliegenden, mit 90 bezeichneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine sind die Taumelelemente 102 durch die Taumelachsen 104 jeweils mit der Nabe 105 eines Abtriebsrades 106 vereinigt. Die Abtriebsräder 106 stehen durch ihre Laufkränze mit einem ortsfesten Laufkranz 107 in Verbindung, auf dem sie abrollen können. Zugleich sind die Abtriebsräder 106 mit ihren Naben 105 auf Speichen 108 eines gemeinsamen Abtriebskranzes 109 gelagert Die Drehachse des Abtriebskranzes 109 fällt dabei mit der Mittelachse des Kolbens 91 bzw. der Verbrennungsräume 98 zusammen.

Beim Betrieb der Kolben-Brennkraftmaschine 90 wird der Kolben 91 durch wechselweise Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches in den beiden Verbrennungsräumen 98 in seiner Längsrichtung beaufschlagt Durch die Lagerung der Kolbenarme 100, 101 in den Taumelelementen 102 wird der Kolben 91 jedoch gezwungen, zugleich mit einer Längsbewegung auch eine hin- und hergehende Drehbewegung um seine Längsmittelachse auszuführen. Durch diese kombinierte Hub-Drehbewegung werden die Taumelelemente 102 über die Kolbenarme 100, 101 im entgegengesetzten Drehsinn um ihre ideelle Drehachse gedreht Da die Taumelelemente 102 über die Taumelachsen 104 mit den Abtriebsrädern 106 vereinigt sind, werden diese in der gleichen Drehrichtung miitgenommen. Durch ihre diametral gegenüberliegende Anordnung rollen die beiden Abtriebsräder 106 dabei auf dem ortsfesten Laufkranz 107 in der gleichen Richtung ab, wobei sie über die ihrer Lagerung dienenden Speichen 108 den Antriebskranz 109 in Richtung ihres Abrollens auf dem ortsfesten Laufkranz 107 mitnehmen. Dabei ist hinzuzufügen, daß die Abtriebsräder 106, der ortsfeste Laufkranz 107 und der Abtriebskranz 109 zweckmäßig mit verzahnten Laufflächen versehen sind.

Die Fig. 13 und 14 zeigen den Längs- und Querschnitt einer weiteren Ausführungsiorm 110 der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine mit den

ίο beiden Kolben 111 und 11Γ, die von den Brennraummänteln 112 und 112' umschlossen sind, so daß sich auf beiden Seiten der Kolben 111 und 111' je ein Verbrennungsraum 118 ergibt, insgesamt also vier Verbrennungsräume vorliegen. Bei diesem Doppelkolbenmotor sind die Kolben 111 und 11Γ durch eine sich in Richtung der Längsrnitteiachse erstreckende und die Brennraummäntel 112,112' stirnseitig durchstoßende Kolbenstangen 114 miteinander verbunden. Die Durchtrittsstellen der Kolbenstange 114 durch die Brennraummäntel 112, 112' sind dabei durch die Dichtungsringe 115 nach außen hin abgedichtet.

Bei der in den Fig. 13 und 14 dargestellten Ausführungsform 110 sind die Kolben 1:11 und 111' unterschiedlich gestaltet, um einen Eindruck von den vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der Kolbenform zu vermitteln. Der obere Kolben 111 ist dabei besonders für eine Abdichtung gegenüber der Innenwand des Brennraummantels durch feststehende Dichtungsringe 116 geeignet. Demgegenüber ist die Form des unteren KoI-bens 111' dann geeignet, wenn die Dichtungsringe 116' am Kolben selbst angebracht werden sollen. Beiden Kolben ist indes ein kreisförmiger Querschnitt gemeinsam, der auch die von den Brennraummänteln 112,112' umschlossenen Verbrennungsräumen zu eigen ist.

An der die beiden Kolben 111, IiU' verbindenden Kolbenstange 114 sind zwischen den Verbrennungsräumen die Kolbenarme 120,121 ausgebildet, die ihrerseits über die Kugelgelenke 123 mit den Taumelelementen 122 vereinigt sind. Die Taumelelemente 122 sitzen wie bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform 90 über die Taumelachsen 124 den Naben 125 der Abtriebsräder 126 auf. Die Abtriebsräder 126 sind dabei wiederum .auf den Speichen 128 eines großen Antriebskranzes 129 gelagert und stehen zugleich mit dem orts- festen Laufkranz 127 in Eingriff. Bei der wechselnden Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemisches in den Verbrennungsräumen 118 und der damit verbundenen stirnseitigen Beaufschlagung der Kolben 111 bzw. 111' erfahren diese zwangsweise in Abhängigkeit von einer Hin- und Herbewegung zugleich auch eine pendelnde Drehbewegung, und zwar infolge der Verbindung der Kolbenstange 114 über die Kolbenarme 120 und 121 mit den Taumelelementen 122. Die kombinierte Hub-Drehbewegung der Kolben 111, 111' und damit auch der Kolbenstange 114 und der Kolbenarme 120, 121 bewirkt so eine entgegengesetzte Drehung der beiden Taumelelemente 122 um ihre Drehachse unter Mitnahme der Abtriebsräder 126. Durch die Abwälzung der Abtriebsräder 126 auf dem ortsfesten Laufkranz 127 erfolgt eine Übertragung der Antriebsbewegung auf den großen Abtriebskranz 129. dessen Drehachse mit der Längsmittelachse der Kolbenstange zusammenfällt Das Verhältnis der Durchmesser der Abtriebsräder 126 zu dem Durchmesser des ortsfesten Laufkranzes verhält sich dabei vorteilhaft wie 1 :2. Im übrigen sei schon an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die in den Fi g. 13 und 14 dargestellte Ausführungsforrn 110 fallweise mit nur einem einzigen Kolben oder auch mit weiteren, hin-

tereinander angeordneten Kolben verwirklicht werden kann.

Die F i g. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsform 130 der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine, bei der der Brennraummantel 132 von einem unter einer Neigung von bspw. 45° zu der Längsachse des von ihm eingeschlossenen Raumes 133 ausgerichteten Getrieberades 134 durchgriffen ist. Das Getrieberad 134 ist dabei über das außermittig vorgesehene Gelenk 135 innerhalb des Kolbens 131 gelagert, derart, daß eine Verschwenkung möglich ist. Der Kolben 131 besitzt wiederum einen außermittigen Schaft 136, an den beiderends die Kolbendeckel 137 anschließen, deren äußere Stirnflächen den Verbrennungsräumen 138 zugewandt sind. Zur Abdichtung der Verbrennungsräume 138 sind die Kolbendeckel i37 mit den Dichtringen 139 bestückt. Bei der für die Ausführungsform 130 gewählten Form des Kolbens 131 sind die Kolbenstirnwände wie auch die Stirnwände 140 der Verbrennungsräume gegenüber der Hauptachse geneigt ausgebildet, wobei die Kolbenstirnwände gegensinnig und die Verbrennungsraumstirnwände 140 gleichsinnig geneigt sind.

Es ist noch hinzuzufügen, daß das Getrieberad 134 in den Führungsschlitzen 141 zwangsgeführt ist, so daß seine Bewegungsbahn dadurch vorgeschrieben wird und lediglich eine Verschiebung in der Ebene des Führungsschlitzes 141 möglich ist. Bei einer Beaufschlagung der Kolbenstirnwände durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemisches abwechselnd in einem der Verbrennungsräume 138 wird dem Kolben 131 eine kombinierte Hub-Drehbewegung unter Mitnahme des Getrieberades 134 aufgezwungen. Der in dem Ausführungsbeispiel mittig in dem Gelenk 135 liegende Schwerpunkt beschreibt hierbei eine Ellipsenbahn, wobei das Verhältnis der Ellipsenachsen A: B sich wie 1 : v'2 verhält. Im Getrieberad selbst können Gewichte der Kolbenfliehkraft entgegenwirkend eingebaut werden.

Das in der F i g. 17 im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel 150 einer erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine arbeitet ähnlich wie die Ausführungsform 130, ist jedoch als Doppelkolbenmaschine mit den beiden Kolben 151 und 15Γ ausgebildet, die durch die Kolbenstange 154 miteinander verbunden sind. Die Kolbenl51 und 15Γ sind dabei jeweils von einem Brennraummantel 152 bzw. 152' umschlossen. Innerhalb der Brennraummäntel werden dabei durch die Kolben 151, 151' je zwei, also insgesamt 4 Verbrennungsräume gebildet. Auch bei dieser Ausführungsform besitzen die Kolben 151 und 151' eine Form, bei der der Schwerpunkt außerhalb der Längsmittelachse liegt Bei der wechselnden Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemisches in den Verbrennungsräumen 158 wird den Kolben 151, 151' und damit der Kolbenstange 154 eine kombinierte Hub-Drehbewegung aufgezwungen, die über den an der Kolbenstange 154 sitzenden Kolbenarm 155 und das anschließende Gelenk 156 auf das Getrieberad 157 übertragen wird. Das Getrieberad 157 ist wie bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform 130 ebenfalls in einem Winkel von bspw. 45° zur Längsmittelachse der Brennkraftmaschine angeordnet und in den Führungen 59 geführt, die auf den Außenseiten der Brennraummäntel ausgebildet sind. Es ist noch hinzuzufügen, daß diese Ausführungsform auch mit nur einem Kolben oder auch mit einer Mehrzahl von Kolben betriebsfähig ist

Die Fig. 18—20 zeigen eine Ausführungsform 160 einer erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine, die nach dem Viertaktprozeß arbeitet, ohne daß eine Fremdsteuerung durch Ventile oder Drehschieber erforderlich ist. Der hierzu mit einer Sonderform ausgebildete Kolben 161 ist dabei über die Kolbenarme 162,163 derart in den Gleitschlitzen 164 des Brennraummantels

165 gelagert, daß er bei jedem Arbeitsspiel zwei Hin- und Hergänge ausführt und zugleich eine Drehung um 360° erfährt. Der in dem Brennraummantel ausgebildete Gleitschlitz 164 verläuft dabei wellenlinienförmig über den Umfang des Brennraumantels 165, wobei seine Abwicklung der Länge nach dem Zweifachen einer Sinuswelle entspricht. Die Amplitude des wellenförmigen Gleitschlitzes 164 entspricht dabei der angestrebten Hubhöhe des Kolbens 161.

Zur Beschickung und Entleerung der an den Stirnseiten des Kolbens 161 gebildeten Verbrennungsräume

166 ist der Brennraummantel 165 mit Steuerungsschlitzen 167,168,169 und 170 ausgestattet, deren spezifische Form von der Hubhöhe des Kolbens 161, dem Kolbendurchmesser und der Anordnung der Dichtleisten 171, 172 abhängt. Eine für die Ausführungsform 160 geeignete Form der Steuerungsschlitze ist aus den F i g. 19 und 20 erkennbar. Bei dieser Ausführungsform erfolgt über die Steuerungsschlitze 167 und 169 der Ausstoß der Verbrennungsgase aus den Verbrennungsräumen 166, während durch die Steuerungsschlitze 168 und 170 die Zufuhr des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt. Die Verbindung zwischen den Verbrennungsräumen 166 und den zugehörigen Steuerungsschlitzen erfolgt über die in dem Kolben 161 ausgebildeten Strömungskanäle 173, die jeweils vom Kolbenumfang zur Mitte der Kolbenstirnfläche hin geführt sind. Es ist noch anzumerken, daß die besondere Formgebung der Stirnwände 174 der Verbrennungsräume 166 etwa in Form eines Kegelstumpfes und der angepaßten Formgebung der Kolbenstirnfläche eine optimale Zuführung des Kraftstoff-Luftgemisches zu den Verbrennungsräumen ermöglicht. Gegebenenfalls können die Stirnwände der Verbrennungsräume und entsprechend auch die Kolbenstirnwände aber auch andere, beispielsweise als ebene Flächen, gestaltet sein.

Die in den Fig.21 und 22 dargestellte Ausführungsform 180 einer erfindungsgemäß gestalteten Verbrennungs-Kraftmaschine besitzt einen Kolben 18t mit einer Sonderform, durch die der Schwerpunkt ebenfalls aus der Mittellinie herausverlegt ist. Dieser Kolben 181 ist wiederum innerhalb eines Brennraummantels 182 längsverschiebbar gelagert, wobei er im Bereich seiner Kolbendeckel 185 mit Dichtungsringen 186 versehen ist.

Auf diese Weise sind zwischen den Stirnwänden 187 und den Kolbendeckeln 185 Verbrennungsräume 188 gebildet, in denen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt und dadurch der Kolben in Bewegung gesetzt werden kann.

Der Kolben 181 besitzt einen radial abstehenden Kolbenarm 190, der über ein Gelenk 193 in ein Taumelelemente 192 eingreift Das Taumelelement ist seinerseits über eine Taumelachse 194 gelagert, die in einem Kragen 195 eines Abtriebsrades 196 sitzt und über die die Kolbenbewegung auf das Abtriebsrad übertragen wird. Das Abtriebsrad, das zum Massenausgleich des gesamten Systems mit ungleicher Massenverteilung ausgebildet ist ist zugleich mit dem zylindrischen Kragen 195 in dem Lager 197 gelagert Bei dieser Ausführungsform wird die Kolbenbewegung auf die gleiche Art auf das Abtriebsrad übertragen wie bei den Ausführungsformen 70.
Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausfüh-

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<,:'■	rungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung; diese ist nicht darauf beschränkt. So läßt sich die erfindungsgemäße Kolben-Kraft- und Arbeitsma schine auch für den Betrieb mit einer anderen Energie art so beispielsweise für den Dampf-, Druckluft- oder Druckölbetrieb ausrüsten. Auch kann die erfindungsge mäße Maschine als Pumpe Verwendung finden. Dabei können die Kolben- und Brennraumformen von den dargestellten Formen zur Anpassung an die jeweiligen spezifischen Erfordernisse abweichen.
	Hierzu 12 Blatt Zeichnungen	15
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Claims

Patentansprüche:

1. Kolben-Kraft- und Arbeitsmaschine mit einem wenigstens einen zylinderförmigen Arbeitsraum umschließenden Mantel, wenigstens einem im Arbeitsraum in Richtung seiner Längsachse hin- und herbewegbaren sowie um seine Längsachse drehbaren Kolben und einem mit dem Kolben verbundenen sowie diesem bei seiner Hin- und Herbewegung eine Drehbewegung um die Kolbenlängsachse aufzwingenden und die Kolbenbewegung in eine Drehbewegung einer Abtriebswelle oder die Drehbewegung einer Antriebswelle in die Kolbenbewegung umwandelnden Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (31; 51; 71; 91; 111, 111', 131; 151,151'; 161; 181) eine auEerhaib seiner Längsachse liegende Lage seines Schwerpunktes hat

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenarme (60, 61; 80, 81; 100,101; 120, 121; 190) mit auf der Außenseite des Arbeitsraum-Mantels (52; 72; 92; 112,112'; 182) gelagerten Abtriebselementen außermittig verbunden sind, dieauf einer in Quermittellinie des Kolbenhubweges liegenden Drehachse angeordnet sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebselemente als auf der Drehachse (63) gelagerte Abtriebsräder (62), vorzugsweise als Abtriebszahnräder, ausgebildet sind, in die die Kolbenarme (60,61) längsverschiebbar eingreifen.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenarme (80,81; 100,101; 120, 121; 190) an Taumelelementen (82; 102; 122; 192) wie Taumelscheiben angelenkt sind, die schwenkbar auf außerhalb des Arbeitsraum-Mantels (72; 92; 112, 112'; 182) radial in einer Quermittellinie des Kolbenhubweges abstehenden Abtriebswellen (85; 105; 125) gehalten sind.

5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebselementpaare (62; 82; 102; 122) mit einem gemeinsamen Zentralgetrieberad (66; 109; 129) triebschlüssig verbunden sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (62) und das gemeinsame Zentralgetrieberad (66) als Kegelradgetriebe gestaltet sind.

7. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (106; 126) auf speichenförmigen Teilen (108; 128) eines um die Längsmittelachse des Kolbens (91; 111,111') drehbar gelagerten Zentralgetrieberades (109; 129) angeordnet und dabei auf einem feststehenden Laufkranz (107; 127) abrollbar gehalten sind.

8. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (131; 151, 151') über eine Gelenkverbindung umittelbar mit einem Antriebsrad (134; 157) vereinigt ist, das mit einem Winkel von vorzugsweise 45° gegenüber der Kolbenhubachse in Führungen verschiebbar gelagert ist.