DE2700194A1

DE2700194A1 - Reciprocating engine without crankshaft - has special conversion mechanism to cause only axial output shaft to turn

Info

Publication number: DE2700194A1
Application number: DE19772700194
Authority: DE
Inventors: Friedrich Biberhofer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-05
Filing date: 1977-01-04
Publication date: 1977-07-14
Also published as: CH598473A5

Abstract

The reciprocating engine without a crankshaft has a conventional piston and cylinder arrangement but uses a piston rod (8) rigidly attached to the piston (7). Rotation is added to the reciprocating motion by way of a crosshead (19) with a lug (14), pref. carrying a roller (13), constrained to run in a rectangular section sinusoidal track (12) cut in a cylindrical sleeve (11) which forms an extension to the power cylinder. The reciprocating element is then removed from the motion by a special form of coupling between the piston rod and the output shaft (9). This consists of four axial spindles (17) mounted on a thrust plate (16) fixed to the top of the shaft and passing through holes in the crosshead. The upper ends of the spindles are held in a steady plate (18) through which the piston rod in turn passes.

Description

Kraftmaschine Power machine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmaschine mit einem innerhalb eines Zylinders oszillierenden Kolben, der über eine Kolbenstange eine zu dieser koaxiale Abtriebswelle in Drehung versetzt, wobei zur Umwandlung der Hin-und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Abtriebswelle ein räumliches Kurvengetriebe dient, dessen kreiszylindrischer Kurventräger an seiner Innenmantelfläche eine in sich geschlossene, in der ebenen Abwicklung sinusförmig verlaufende Nut als Führungskurve aufweist, in die ein Rollen tragender Ftlhrungszapfen eingreift, der auf einem am kolbenfreien Ende der Kolbenstange angeordneten Gleitkörper sitzt. The invention relates to an engine having an inside a cylinder oscillating piston, which has a piston rod to this coaxial output shaft rotated, converting the reciprocating motion of the piston in the rotary movement of the output shaft a three-dimensional cam gear serves, the circular cylindrical cam carrier on its inner lateral surface an in closed, sinusoidal groove in the flat development as a guide curve has, in which a roller bearing guide pin engages, which is on a piston-free end of the piston rod arranged sliding body sits.

Um die nicht zu umgehenden, weil funktbnsbedingten Nachteile der Hubkolbenmaschinen mit Kurbeltrieben zur Bewegungsumwandlung, wie großer Platzbedarf, beträchtlicher Herstellungs- und Konstnktionsaufwand, Massenausgleich, Aufnahme der Seitenkräfte, festes Verhältnis zwischen Hubbewegung des Kolbens und Drehbewegung der Abtriebswelle, umgehen zu können, wurden bereits Kraftmaschinen vorgeschlagen, die statt eines Kurbeltriebes ein räumliches Kurvengetriebe zur Umsetzung der Hin- und Herbewegung in die Drehbewegung aufweisen. Die bekannten Ausführungsformen solcher Maschinen mit Kurvengetriebe können nun bisher nicht befriedigen, da sie noch zu umständlich,kompliziert und schadensanfällig gebaut sind. In order to avoid the disadvantages of the Reciprocating piston machines with crank drives for converting motion, such as large space requirements, Considerable manufacturing and construction effort, mass balancing, recording of the side forces, fixed ratio between the stroke movement of the piston and the rotary movement the output shaft to be able to bypass, power machines have already been proposed, which instead of a crank drive a three-dimensional cam gear to implement the and reciprocating into the rotary motion. The known embodiments of such Machines with cam gears have not yet been able to satisfy because they are still too are cumbersome, complicated and prone to damage.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmaschine der eingangs geschilderten Art zu schaffen, deren Konstruktion möglichst einfach ist und allen Anforderungen hinsichtlich Aufwand, Kompaktheit, Robustheit sowie der Freizügigkeit in der Wahl des Kurvenverlaufes und damit der Momentenübertragung bzw. Übersetzungsverhältnisse gerecht wird. The invention is therefore based on the object of an engine to create the type described above, the construction of which is as simple as possible is and all requirements in terms of effort, compactness, robustness and the freedom of movement in the choice of the curve shape and thus the torque transmission or gear ratios is fair.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Kurventräger als kolbenstangenseitig fest an den Zylinder angeschlossenes Führungsgehäuse ausgebildet ist, in dem die Kolbenstange und die Abtriebswelle miteinander drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt sind. Führungsgehäuse und Zylinder werden gewissermaßen zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die sehr raumsparend zu gestalten ist, so daß sich eine kleine und kompakte Maschine ergibt. Der nicht nur oszillierende, sondern auch rotierende Kolben erleichtert das Problem der Kolbenschmierung, da sich der Kolben gegenüber der Zylinderwand immer bewegt, auch in den Totpunktlagen, und so für eine bessere Schmiermittelverteilung gesorgt ist als bei nur oszillierendem Kolben. Das Führungsgehäuse gestattet zudem eine entsprechende Wahl des Führungskurvenverlaufes ohne besondere Rücksicht auf Fertigungs- und Festigkeitsprobleme, so daß relativ große Freiheiten hinsichtlich der vom Kurvenverlauf abhängigen Kraftübertragung und dem Verhältnis zwischen Hubzahl und Drehzahl bestehen. Für eine volle Umdrehung der Abtriebswelle muß daher der Kolben nicht unbedingt nur einmal hin- und hergehen, sondern er kann sich dabei auch zwei oder mehrmals hin- und herbewegen. Die geringeren oszillierenden Massen erlauben eine Erhöhung der Kolbengeschwindigkeiten, da gleichzeitig auch die rotierenden Massen langsamer drehen können. Bedingt durch die Geradführung der Kolbenstange ist es möglich, den Zylinderraum kolbenstangenseitig gut abzudichten, so daß auch ein Motor mit doppelseitig beaufschlagbaren Kolben Verwendung finden kann. Ebenso bietet sich die Ausbildung eines Art Boxormotors an, bei dem dann die einander gegenüberliegenden Zylinder beidseitig an den Enden einer gemeinsamen Abtriebswelle liegen. The invention solves this problem in that the cam carrier as Guide housing firmly attached to the cylinder on the piston rod side is, in which the piston rod and the output shaft rotatably with each other but axially are slidably coupled. Guide housing and cylinder are to a certain extent a unit summarized, which is very space-saving, so that results in a small and compact machine. Not only oscillating, but also Rotating pistons eases the problem of piston lubrication as the piston moves always moved in relation to the cylinder wall, even in the dead center positions, and so for one better lubricant distribution is ensured than with only an oscillating piston. That Guide housing also allows the guide curve to be selected accordingly without particular regard to manufacturing and strength problems, so that relative great freedom with regard to the power transmission depending on the course of the curve and the relationship between the number of strokes and the speed. For a full turn of the output shaft, the piston does not necessarily have to go back and forth only once, but it can also move back and forth two or more times. The lesser ones oscillating masses allow the piston speeds to be increased, since at the same time the rotating masses can also turn more slowly. Due to the straight line the piston rod it is possible to seal the cylinder chamber well on the piston rod side, so that a motor with pistons that can be acted upon from both sides can also be used can. The training of a kind of boxor engine is also an option, in which the opposing cylinders on both sides at the ends of a common output shaft lie.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung endet die Abtriebswelle im Führungsgehäuse mit einem käfigartigen, aus einem gegebenenfalls von der Abtriebswelle gebildeten Tragteller, achsparallelen Längsstäben und einer ringförmigen Verschlußplatte bestehenden Kupplungskopf, in den durch die Verschlußplatte die Kupplungsstange ragt, die ihrerseits als Kupplungsteil den scheibenförmigen, auf die Längsstäbe verschiebbar aufgesteckten Gleitkörper aufweist. In an advantageous embodiment of the invention, the output shaft ends in the guide housing with a cage-like, optionally from one of the output shaft formed support plate, axially parallel longitudinal rods and an annular closure plate existing coupling head, in which the coupling rod through the locking plate protrudes, which in turn, as a coupling part, the disk-shaped, on the longitudinal rods having slidably attached sliding body.

Diese vollständig im Führungsgehäuse untergebrachte Kupplung zwischen Abtriebswelle und Kolbenstange erlaubt nicht nur eine einwandfreie, den Anforderungen nach axialer Verschiebbarkeit und hoher Drehfestigkeit gerecht werdenden Verbindung, sondern gibt dem Gleitkörper und damit der Kolbenstange auch eine hervorragende Geradführung, die ohne Schwierigkeiten das durch den Führungszapfen bedingte Biegemoment aufnimmt.This coupling, which is completely housed in the guide housing, between Output shaft and piston rod not only allow a flawless, the requirements after axial displaceability and high torsional strength sufficient connection, but also gives the sliding body and thus the piston rod an excellent Straight guidance, the bending moment caused by the guide pin without difficulty records.

Erfindungsgemäß können weiters Tragteller, Verschlußplatte und Gleitkörper als zylindrische, mit dem Führungsgehäuse zusammenwirkende Lagerkörper ausgebildet sein. Das Führungsgehäuse dient also nicht nur als zylindrischer Kurventräger, sondern zusätzlich auch als Lagerstelle für Kolbenstange und Abtriebswelle. According to the invention, support plate, closure plate and sliding body can also be used designed as a cylindrical bearing body interacting with the guide housing be. The guide housing therefore not only serves as a cylindrical cam carrier, but also as a bearing point for the piston rod and output shaft.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftmaschine und Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. In the drawing, the subject matter of the invention is in one embodiment shown purely schematically, namely Fig. 1 shows an axial section through a engine according to the invention and FIG. 2 shows a cross section along the line II-II of Fig. 1.

Ein nach dem Zweitaktverfahren arbeitender Verbrennungsmotor 1 mit Zylinder 2, Einlaßkanal 3, Auslaßkanal 4, Uberströmkanal 5 und Zündkerze 6 besitzt einen oszillierenden Kolben 7, an dem eine koaxial zum Zylinder 2 geführte Kolbenstange 8 angreift. Zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung des Kolbens 7 bzw. der Kolbenstange 8 in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 9 dient ein räumliches Kurvengetriebe 10 mit einem kreiszylindrischen Kurventräger, der eine in sich geschlossene, in der Abwicklung sinusförmig verlaufende Führungskurve aufweist, deren Scheitelpunkte mit einem dem Kolbenhub entsprechenden Abstand voneinander in axialer Richtung entfernt liegen. Der Kurventräger ist als Führungsgehäuse 11 ausgebildet, das direkt an den Zylinder 2 anschließt und mit ihm eine bauliche Einheit ergibt. Eine in der Innenmantelfläche des Führungsgehäuses 11 vorgesehene umlaufende Nut 12 stellt die Pührungskurve dar, in die ein Rollen 13 tragender Führungszapfen 14 der Kolbenstange 8 eingreift. Die Kolbenstange 8 dringt bis in das Führungsgehäuse 11 vor und ist in diesem mit der Abtriebswelle 9 drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt. Dazu endet die Abtriebswelle 9 im FUhrungsgehäuse 11 mit einem käfigartigen Kupplungskopf 15, der aus einem von der Abtriebswelle 9 gebildeten Tragteller 16, achsparallelen Längsstäben 17 und einer ringförmigen Verschlußplatte 18 besteht. Mit diesem Kupplungskopf 15 wirkt als kolbenstangenseitiger Kupplungsteil ein scheibenförmiger Gleitkörper 19 zusammen, der auf den Längsstäben 17 verschiebbar aufgesteckt ist. Der Gleitkörper 19 bildet seinerseits das vom Kolben 7 abgewandte Ende der durch die Verschlußplatte 18 in den Kupplungskopf 15 ragenden Kolbenstange 8 und trägt an seinem Umfang den kEhrungszapfen 14. Zur einwandfreien Lagerung von Kolbenstange 8 und Abtriebswelle 9 dienen Tragteller 16, Verschlußplatte 18 und Gleitkörper 19 zusätzlich als zylindrische, im Führungsgehäuse 11 eingesetzte Lagerkörper. An internal combustion engine 1 operating according to the two-stroke process is included Cylinder 2, inlet duct 3, outlet duct 4, overflow duct 5 and spark plug 6 an oscillating piston 7 on which a piston rod guided coaxially to the cylinder 2 8 attacks. For converting the back and forth movement of the piston 7 or the piston rod 8, a three-dimensional cam gear 10 is used in a rotary movement of the output shaft 9 with a circular cylindrical curve carrier, the one self-contained, in the Development has a sinusoidal guide curve, the vertices of which with one of the piston stroke corresponding distance from each other in the axial Direction away. The cam carrier is designed as a guide housing 11, which connects directly to the cylinder 2 and results in a structural unit with it. A circumferential groove provided in the inner circumferential surface of the guide housing 11 12 shows the guide curve in which a guide pin 14 carrying rollers 13 the piston rod 8 engages. The piston rod 8 penetrates into the guide housing 11 and is in this with the output shaft 9 rotatably but axially displaceable coupled. For this purpose, the output shaft 9 ends in the guide housing 11 with a cage-like one Coupling head 15, which consists of a support plate 16 formed by the output shaft 9, axially parallel longitudinal rods 17 and an annular closure plate 18 consists. With this coupling head 15, a disk-shaped coupling part acts as the coupling part on the piston rod side Sliding body 19 together, which is slidably slid onto the longitudinal rods 17. The sliding body 19 in turn forms the end facing away from the piston 7 through the closure plate 18 in the coupling head 15 protruding piston rod 8 and carries the miter pin 14 on its circumference. For proper storage of the piston rod 8 and output shaft 9 are used for the support plate 16, the closure plate 18 and the sliding body 19 additionally as a cylindrical bearing body used in the guide housing 11.

Durch die oszillierende Bewegung des Kolbens 7 und die zwangsweise Führung des Zapfens 14 in der Nut 12 wird der Gleitkörper 19 bei seiner Axialbewegung auch in eine Drehbewegung versetzt. Da der Gleitkörper 19 nun mit der Abtriebswelle 9 längsbeweglich, aber drehfest gekuppelt ist, überträgt sich die Rotationsbewegung des Gleitkörpers auf die Abtriebswelle 9 und, da er mit der Kolbenstange 8 fest verbunden ist, gleichzeitig auch auf den Kolben 7. Durch die Ausbildung des Kurventrägers als Führungsgehäuse und die Zusammenfassung von Führungsgehäuse und Zylinder zu einer Baueinheit ist es möglich, eine sehr kompakte Maschine mit geringen Abmessungen und ohne besonderen technischen Aufwand bei hervorragenden Funktionseigenschaften herzustellen. Leerseite By the oscillating movement of the piston 7 and the forced Guiding of the pin 14 in the groove 12 is the sliding body 19 during its axial movement also set in a rotary motion. Since the sliding body 19 is now with the output shaft 9 is longitudinally movable, but coupled non-rotatably, the rotational movement is transmitted of the sliding body on the output shaft 9 and, since it is fixed to the piston rod 8 is connected, at the same time on the piston 7. By the formation of the cam carrier as a guide housing and the combination of guide housing and cylinder a structural unit, it is possible to have a very compact machine with small dimensions and without any special technical effort with excellent functional properties to manufacture. Blank page

Claims

P a t e n t a n s p r u c h e: 1.) Power machine with an inside a cylinder oscillating piston, which has a piston rod to this coaxial output shaft rotated, converting the reciprocating motion of the piston in the rotary movement of the output shaft a three-dimensional cam gear serves, the circular cylindrical cam carrier on its inner lateral surface an in closed, sinusoidal groove in the flat development as a guide curve has, in which a preferably rollers-bearing guide pin engages, the sits on a sliding body arranged at the piston-free end of the piston rod, characterized in that the cam carrier is firmly attached to the piston rod side Cylinder (2) connected guide housing (11) is formed in which the piston rod (8) and the output shaft (9) coupled to one another in a rotationally fixed but axially displaceable manner are.

2. Engine according to claim 1, characterized in that the Output shaft (9) in the clock housing (11) with a cage-like, optionally made of a support plate (16) formed by the output shaft, axially parallel longitudinal rods (17) and an annular closure plate (18) existing coupling head (15) ends, in which the coupling rod (8) protrudes through the closure plate, which in turn as Coupling part the disk-shaped, slidably slid onto the longitudinal rods (17) Has sliding body (19).

3. Power machine according to claim 2, characterized in that the support plate (16), closure plate (18) and sliding body (19) as cylindrical, with the guide housing (11) cooperating bearing bodies are formed.