DE2708208A1 - Pendelkolbenmaschine - Google Patents

Description

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Dipl.-Ing. Willi Ernst Salzmann, Solothurn / Schweiz Pendelkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht üich auf eine Pendelkolbenma3chine als Motor, Kompressor oder Pumpe mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein hemdloser Pendel kolben läuft, der mi.t einer Pleuelstange starr verbunden ist, die an einer Kurbel- oder Exzenterwelle angelenkt ist, wobei der Zylinder runden, ovalen, quadratischen, rechteckigen oder beliebigen Querschnitt aufweist und im wesentlichen entsprechend der Pendelbewegung des Kolbenrandes gewölbt ist.

Derartige Pendelkolbenmaschinen sind beispielsweise aus dem U.S.A.-Patent Nr. 3,697,150 des Anmelders bekannt. Sie sind gekennzeichnet durch den mit der Pleuelstange starr verbundenen, hemdlosen Kolben ohne Kolbenbolzen, der in eii.em kurzen, gewölbten Zylinder läuft. Durch die Pendelbewegung des Kolbens wirkt die Gaskraft inmer in Richtung der Längsachse der Pleuelstange, wodurch keine Seitenkomponente dieser Kraft und somit kein Kolbenschlag auftritt, die Geräusch und Verschleiss bewirken würden.

Die Pendelbewegung des Kolbens ergibt bei Zweitakt-Benzin- oder Dieselmotoren sehr vorteilhafte, asymmetrische Schlitzsteuerungen; ausserdem verschiebt der Pendelkolben die verdichtete Ladung von einer Seite des Brennraumes zur andern, was bei Zwei- und Viertaktmotoren eine weiche und vollständige Verbrennung und niederen Schadstoffgehalt der Abgase fordert. Kit den kurzen, sehr leichten Pendelkolben werden die Kassenkräfte 1. und 2. Ordnung höchstens halb so gross wie bei einem konventionellen Motor, wodurch der Xotorlauf viel ruhiger wird und kleinere Zylinderzahlen ohne

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unzulässige Vibrationen möglich sind. Die hendlosen Pendelkolben weisen zudem einen niedrigen Reibungsverlust durch Oelviskosität auf, was höheren mechanischen Wirkungsgrad und viel leichteren Kaltstart als bei herkömmlichen Kolben ergibt. Praktische Versuche mit Pendelkolbenmotoren auf Prüfständen und in Fahrzeugen haben obige Fakten bestätigt, aber auch gezeigt, dass insbesondere die Lebensdauer der Kolbenführung nicht zu genügen vermochte.

Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pendelkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die über lange Zeit einwandfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Pendelkolben unter mit steigender Maschinendrehzahl automatisch zunehmender Vorspannung im Zylinder geführt ist.

Obwohl Versuche gezeigt haben, dass Pendelkolben auch ohne Vorspannung laufen können, ist die erfindungsgemässe, drehzahlabhängige Vorspannung für einwandfreien Lauf absolut nötig. Diese Vorspannung muss ausserdem im wesentlichen im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigen und den Verschleiss und die thermischen Deformationen des Pendelkolbens und Zylinders aufnehmen. Damit kann unter allen Betriebsbedingungen ein spielfreier, reibungsarmer Lauf des Pendelkolbens erreicht werden, wodurch sich diese Pendelkolbenmaschine anstelle aller bekannten Kolbenmaschinen einsetzen lässt und insbesondere bei Motorfahrzeugen bedeutende Sekundärvorteile ergibt.

Die Erfindung wird hiernach anhand einiger vereinfachter, in den Abmessungen keineswegs optimierter Ausführungsbeispiele erläutert, deren einzelne Merkmale untereinander austauschbar sind. Alle Ausführungsbeispiele haben gleiche Kolbenfläche und gleichen Kolbenhub, und ihre für optimalen Lauf nötigen Einzelheiten sind nachfolgend kurz aufgeführt.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Mittelteil eines erfindungsgemässen Motors oder Kompressors im Querschnitt,

Fig. 2 seinen runden Pendelkolben im Horizontalschnitt,

Fig. 3 bis 7 vergrösserte Varianten der Kolbenrand-Ausbildung im Querschnitt,

Fig. 8 einen Motor oder Kompressor mit rechteckigem Zylinder im Querschnitt,

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Fig. 9 Zylinder und Pondelkolb^n im Horizontnlichnitt,

Fig. 10 und 11 einen Per«lulkolbon-.'3chii;ut iwolor im Quer- und Längsschnitt,

Fig. 12 den OmMriss des rechteckigen Zylinders mit dom Pondelkolben im Horizontilachni t.t,

Fig. 13 und Ik eine Variante dieses Fc-iJulkolbeiis im halben Quer- und Längsschnitt,

Fig. 15 «ine Vui^roiiGciung dor KolL'-nführungsoinrichtung von Fig. 13,

Fig. 1.6 bis 19 vergrösserte Varianten dor Kolbenrand-Ausbildung im Querschnitt,

Fig. 20 und 21 die Anwendung eines Motcn'3 otwa t¹ i^:iss Fig. 10 bis 12 in einem Fahrzeug im Längsschnitt und Grundriss.

Fig. 1 zeigt einen konventionellen Motor oder Kompressor, der jedoch mit einen Pendelkolben 1 und einem gewölbten Zylinder 2 ausgerüstet ist. Bei dieser 1. Generation einer Pondelkolbenmaschine werden die Zylinder unten um 1/3 bis 1/2 verkürzt und nicht kreiszylindrisch, sondern entsprechend der Pendelbewegung des Kolbcnrandes 3 gewölbt bearbeitet. Diese Bearbeitung ist zwar komplizierter, w^en der verkürzten Zylindorlänge und der viel weiteren Toleranzen jedoch billiger. Sie kann durch kinematische Umkehr erfolgen, wobei der Motorblock relativ zum feststehenden Ausdrehst.ihl gependelt und durch Führungskurven geführt wird. Besser ist jedoch die Bearbeitung bei feststehendem Motorblock mit einer speziellen Ausdrehspindel, deren Werkzeug zyklisch radial verstellbar ist, was beispielsweise durch Raumnocken oder numerische Steuerung erfolgt. Dies eraöglicht die eleichzeltige Bearbeitung der oberen und unteren Ausläufe rosp. des Konus **, durch den normalerweise ein Pendelkolben von unten her, zum Teil ohne Ausbau der Kurbelwelle, ein- und ausbaubar ist. Noch einfacher wird die Umstellung bei auswechselbaren Laufbüchsen, wie beispielsweise trockenen Büchsen 5t nassen Büchsen oder luftgekühlten Einzelzylindern, deren gewölbte Laufflächen auf Spezialmaschinen formgedreht werden. Auch kalt umgeformte resp. gewölbte und anschliessend umgossene Büchsen sind möglich und sehr kostengünstig. Die Laufflächen der gewölbten Zylinder v/erden nötigenfalls, wie von konventionellen Zylindern und Wankeltrochoiden her bekannt, vcrschleissfest beschichtet und geschliffen oder mit flexiblen Werkzeugen gehont. Die geometrische Form der gewölbten Zylinder lässt sich, wie dies aus den Erläuterungen zu Fig 8 hervorgeht, sehr genau berechnen.

Der Pendelkolben 1 eines Ottomotors ist mit einer Pleuelstange 6 aus Profilrohr starr verbunden. Die geringen Wandstärken reduzieren die Massenkräfte

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1. Ordnung auf etwa die Hälfte derjenigen eines vergleichbaren Tauchkolbens; die tfn.s.senkräfte 2. Ordnung werden durch die lange Pleuelstange 6 mit oberem Drehpunkt 7 knapp unterhalb des Kolbenbodens 8 noch stärker reduziert, was bei Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotoren äusserst wichtig ist. Diese geringen Massenkräfte ermöglichen die Verwendung eines leichten Pleuellagerdeckuls 9 und Gegengewichtes 10. Der Drehpunkt 7 bewegt sich nicht auf der Zylinderachse, sondern vorzugsweise auf einer langgestreckten Acht 11. 3ei üblicher, paralleler Ventilanordnung ergibt sich durch die Pendelbewegung des Kolbenbodens 8 nach dem oberen Totpunkt ein starker Einlassdrall, sofern bei Rechtslauf der Kurbelwelle der Einlass von rechts konrat. Diesem Einlassdrall überlagert sich die Gleichstrom-Querbewegung 12 der Ladung, die durch die Pendelbewegung des Kolbenbodens 8 im Bereich des Zündtotpunktes entsteht, was eine sehr intensive Vermischung der Ladung be- \iirkt. Der Verbrennungsdruck wird hauptsächlich von dem unter radialer Vorspannung eingebauten, radial stark verschiebbaren und am Rand bombierten Dichtring 13 abgedichtet, in dessen Mitte und rechtwinklig zu dessen Dichtfläche, also jjiimer in Richtung des Kurbelzapfens Ik, die Gas kraft wirkt. Dadurch entsteht keine nennenswerte Seitenkomponente der Gaskraft und somit auch kein Kolbenschlag. Diese Tatsache ermöglicht den Verzicht auf ein Kolbenhemd und somit die Anwendung des Pendelkolbens.

Indessen treten durch die Pendelbewegung und die Bahnkurve 11 wegen der Massenträgheit des Pendelkolbens 1 und der Pleuelstange 6 dynamische Seitenkräfte auf, die im Quadrat der Drehzahlzunahme wachsen und in den Hubtotpunkten Null sind. Der als zweiter Dichtring dienende Führungsring 15 hat eine rundum gleichmässig oder entsprechend der Pendelbewegung bombierte Lauffläche und ist unter Vorspannung auf dem Grund 29 seiner Nute abgestützt, um den Pendelkolben 1 im Zylinder 2 spielfrei zu führen. Diese Vorspannung nuss genügend gross sein, um die genannten dynamischen Seitenkräfte und die ihnen überlagerten Reaktionen der Reibungskräfte zufolge der radialen Verschiebung des Dichtrings 13 und der Rotation des Kurbelzapfens Ik aufzunehmen. Erfindungsgemäss wird die Vorspannung durch hydraulische Mittel bewirkt, und zwar beispielsweise durch im Nutengrund 29 angeordnete, ölgefüllte Druckschläuche 16, 16' aus hitzefestem Material, z.B. auf P.T.F.E.Basis. Gemäss Fig. 2 sind diese Druckschläuche 16, l6· jeweils in der Zylinderebene 2A in einer Bohrung 17 z.B. eingeklebt und am freien Ende 18 derart verschlossen, dass der Gegenschlauch l6· örtlich gestützt wird und der Druckschlauch 16, l6· den Führungsring 15 rundum gasdicht abschliesst. Die Bohrung 17 führt je zu einem Längskanal 19 in der Pleuelstange 6, der durch das im Schnitt dargestellte Rohrprofil 20 gebildet wird, und je zu einem im Pleuelfuss 21 angeordneten Rückschlagventil 22 und von dort zu

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einer möglichst druckentlasteten Zone des Pleuellagcr3.

Dieses System arbeitet wie folgts nach dem Anlassen des Motors wird jede der beiden Oelsäulen in den Längskanälen 19 im Bereich des oberen Totpunktes unter Wirkung ihrer Massenträgheit unter Druck gesetzt, der sich zu den Druckschläuchen 16, 16' fortpflanzt und den Pendelkolbon 1 über dun Führungsring 15 gegen den Zylinder vorspannt. Durch entsprechende Wahl der Höhe resp. der Innenfläche des Führungsrings 15 kann die Vorspannkraft den erwähnten dynamischen Seitenkräften .ingeglichen werden. Der Flüssigkeitsdruck und damit die Vorspannung steigen im Quadrat zur Drehznhlzunahme und somit im gleichen Verhältnis wie die dynamischen Seitenkräfte. Dadurch wird die Maschine nicht nur völlig drehzahlfest, sondern arbeitet mit einem Mini« mum an Reibung und Verschleiss, weil die Vorspannung des Pendelkolbens 1 immer nur so gross ist, wie zur einwandfreien Kolbenführung nötig. Im weitern ist diese Vorspannkraft unabhängig vom Verschleiss de3 Führungsrings 15 und des Zylinders 2, weil dieser Verschleiss durch plastische Deformation der Druckschläuche 16, 16¹ automatisch nachgeregelt wird. Der dynamische Flüssigkeitsdruck in den Druckschläuchen 16, l6* wurd durch Rückschlagventile im wesentlichen aufrechterhalten, die auch ein ZurückfHessen des OeIs unter Wirkung der im unteren Totpunkt relativ kleinen Trägheitskraft verhindern. Die Verschlusszapfen der Rückschlagventile 22 sind konisch und haben etwa gleiches spezifisches Gewicht wie das OeI, damit sie im Bereich des oberen Totpunktes nur wenig öffnen. Einer Reduktion der Maschinendrehzahl passt sich die Kolbenvorspannung ebenfalls automatisch an, wobei eine kleine Undichtheit des Verschlusszapfens 23 und eine weiche Feder mit kurzem Federweg zweckmässig sind.

In der untersten der drei Ringnuten ist unter radialer Vorspannung ein radial stark verschiebbarer Oelabstreifring Zh angeordnet, der unten einen scharfkantigen Rand aufweist. Seine Wirkung kann durch gebogene OeIfangrinnen 25 mit z.B. halbkreisförmigem Profil 26 beidseitig der Pleuelstange 6 unterstützt werden. Der Pendelkolben 1 benötigt sehr wenig Schmieröl, und seine ölbenetzte Fläche beträgt nur einige Prozente derjenigen eines vergleichbaren Tauchkolbens. Dies verbessert den mechanischen Wirkungsgrad ins. besondere beim Kaltstart, was die Verwendung eines kleineren Anlassers und einer kleineren Batterie erlaubt, und ermöglicht ausserde· einen sehr niedrigen, stabilen Leerlauf. Eine Oelkühlung des Pendelkolbens 1 durch das mittlere Rohr 27 der Pleuelstange 6 ist ohne weiteres möglich, wenn nötig mit Oelrückführung.

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Die hiorvor beschriebene hydi^%aulische Kolbenführung kann vereinfacht werden, indem der rechte Druckschlauch 16 von der Bohrung 17 abgetrennt und mit dem Ende 13' des linken Druckschlauches l6' verbunden wird. Die Verbindungsstelle muss dabei eine Einschnürung mit starker Drosselung aufweisen, damit das OeI nicht zwischen den beiden Schläuchen 16 und 16¹ frei hin- und herfliessen kann, weil sonst trotz genügender Vorspannung die Kolbenführung beeinträchtigt würde. Ss muss somit jede Kolbenhälfte bezüglich der Zylindermittel-. ebene 2 A im wesentlichen ihre eigene Vorspannung im Zylinder 2 haben.

Noch einfacher ist es, den rechten Schlauch 16, der hauptsächlich die erwähnten Reaktionen der Reibungskräfte aufzunehmen hat, mit OeI zu füllen und an beiden Enden zu verschliessen. Dadurch ergibt sich eine asymmetrische, nur auf der linken Seite wirkende Nachstellung des Verschleisses des Führungsrings 15 und Zylinders, was normalerweise ohne Belang sein dürfte. Als weitere Vereinfachung kann durch entsprechende Lage des Oelzuflusses der hydrodynamische Oeldruck des Pleuellagers auch das zweite Rückschlagventil 22 überflüssig machen. Dies dürfte am ehesten bei einem mit konstanter Drehzahl und Belastung laufenden Kompressor möglich sein. Auch kann durch den erwähnten hydrodynamischen Oeldruck des Pleuellagers in den zwei Längskanälen 19 der Pleuelstange 6 ohne Rückschlagventile 22 ein kontinuierlicher, gedrosselter Oelumlauf erzeugt werden.

Gemäss Fig. 3 ist anstelle eines Druckschlauches 16 ein in gleicher Weise wirkender, elastischer Stützring JO mit z.B. Lippendichtung hinter dem Führungsring 15 eingebaut, wodurch die Oelzufuhr vereinfacht und der Führungsring 15 beim Anlassen gestützt wird. Elastomere haben sich jedoch bei Verbrennungsmotoren als zu wenig hitzefest erwiesen.

Fig. b hat anstelle des Führungsrings 15 mit überlapptem Stoss zwei übereinander angeordnete Führungsringe 15a, die sich bei der Pendelbewegung radial gegeneinander verschieben. Hierzu ist der Nutengrund halbkreisförmig und geschliffen, so dass der Druckschlauch 16 darin oszillieren kann. Auch drei oder mehr dünne, zB. aus Blech gestanzte Führungsringe sind möglich.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist der Druckring 13 direkt auf dea Führungsring 15 angeordnet, was eine geringe radiale Verschiebung des Druckringes 13 ergibt und einwandfrei funktioniert. Durch die Anordnung beider Ringe 13 und 15 in einer Nute wirkt allerdings praktisch der volle Gasdruck auf den Druckschlauch 16, der ausserdem, trotz des Isolierstreifens 31, thermisch hoch belastet wird.

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Diese K hteile vermeidet die Variante ganäss Fig. 6, bei der der Druckring 13 durch ein möglichst dünnes, flexibles Trennblech JZ vom Führungsring 15 abgetrennt ist, das die ganze Kolbenfläche bedecken kann und die Vorteile des Auüführangsbeispiels gemäss Fig. 5 kaum mindert. Diese Ausführung veri-.ngt jedoch einen separaten Kolbenboden 33» in dessen Rand der Druckring gelagert ist. Vorzugsweise wird im Innern der Druckschlauch 16, 16' eine Wellfeder oder dergleichen angeordnet, die beim Anlassen des Motors, dh. bei fehlendem Oeldruck, die nötige Vorspannung bewirkt. Als weitere Variante hat der zweiteilige Führungsring 15 b eine gemeinsame Kuppe Jb, wodurch jedoch sehr stark OeI nach oben gefördert wird und daher mindestens ein doppelter Oelabstreifring Zk nötig ist.

Weitere Möglichkeiten bieten Pendelkolbenraaschinen der 2. Generation, die nicht umgeändert, sondern neu konzipiert sind. Diese Maschinen haben runde, ovale, quadratische oder rechteckige Zylinder und vorzugsweise ein Schmiersystem, bei dem der Oelabstreifring Zk entfällt. Bei runden Zylindern ist im allgemeinen eine Bearbeitung der Zylinderwand und die Montage der Pendelkolben von unten her möglich, wodurch Zylinderkopf und Zylinder einteilig ausgeführt werden können, gegebenenfalls zusammen mit dem halben oder ganzen Kurbelgehäuse. Solche Maschinen werden natürlich sehr einfach und !ficht, umsomehr als der schlagfreie und vibrationsarme Lauf der Pendelkolben ohnehin eine dünnwandige, leichte Bauweise erlaubt.

Als Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 7 einen runden Pendelkolben, der aus dem Kolbenboden 33, dem Trennblech 32 und dem nach unten abgewinkelten Tragblech 35 besteht, das den Führungsring 15 und den Druckschlauch 16 trägt. Die Teile 33» 32 und 35 sind zB. durch Punktschweissung miteinander verbunden und mit einer festigkeitsmässig günstigen, kelchförmigen Pleuelstange J6 verklebt, die zB. aus Kunststoff mit Glasfaser- oder Kohlenstofffaser-Armierung oder aus Magnesium besteht. Der Hohlraum 37 kann zur Oelkühlung dienen und mit dem Druckschlauch 16 verbunden sein, wobei der Oelkreislauf durch eine gekapselte Druckölschmierung erfolgt, die in Fig. 10 und 11 ersichtlich ist. Solche Pendelkolben und Pleuelstangen werden extrem leicht und benötigen daher eine entsprechende kleine Vorspannung im Zylinder.

Fig. 8 und 9 zeigen eine Pendelkolbenmaschine als Motor oder Kompressor mit einem rechteckigem Zylinder kO, dessen Seitenverhältnis zB. 2 : 1 beträgt und dessen lange Seite parallel zur Kurbelwelle ist. Diese Zylinderform eignet sich besonders gut für luftgekühlte Maschinen mit Anströmung von der schmalen Zylinderseite her, also zB. für Stationärmotoren oder in Längsrichtung ein-

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gebaute Motorradmotoren mit Kardon-intrieb des Hinterrades und einem oder zwei Zylindern in V- oder Boxeranui'dnung. Sie ergibt in weiteren sehr grosse, parallele Ventile 41 und 42 mit zentraler Zündkerze 43 und eine sehr kurze Pleuelstange 44, die bei V-Motoren unten gegabelt sein kann. Indessen ist diese Zylinderform nuch sehr günstig für seitlich stehend angeordnete Ventile oder für einen seitlich angeordneten, langgestreckten V/alzenschieber kleinen Durchmessers. Der Zylinder 40 besteht zusammen mit dem Kurbelgehäuse 45 und wenn möglich auch mit dem Zylinderkopf zB. aus elneai nit Kühlrippen versehenen, einseitig offenen Leichtmetall-Gussteil, das durch euien otirndeckel 46 verschlossen wird. Damit ist die Bearbeitung der -jovoMbten Zylinderwände 47 und der ebenen Rückwand 48 von der Stirnseite her :iit fliegend gelagerten Fräs- und Schleifwerkzeugen möglich, die zB. durch Führungakui'ven oder numerische Steuerung geführt werden. Auch ringförmige Mittelgehäuse mit beidseitigen Stirndeckeln 46 sind möglich.

Die gewölbten Zylinderwände 47 sind Parallelkurven, die im Abstand 51 entsprechend dem Radius der Stirndichtung 49 zu einer Hüllkurve 52 verlaufen, die von den seitlichen Enden eines ¹T¹ mit der Breite 53 entsprechend der theoretischen Kolbenbreite und der Höhe 54 entsprechend der Länge der Pleuelstange 44 durchlaufen werden, wenn dessen unteres Ende auf einem Kreis 55 mit dem Radius 56 entsprechend dem halben Kolbenhub läuft. Die Form der Hüllkurven 52 wurde zuerst empirisch und anschliessend mathematisch untersucht. Dies führte zu der Erkenntnis, dass bei symmetrischen Kurbeltrieben sich für alle Verhältnisse von 53» 54 und 56 zueinander eindeutige, mathematisch genaue Hüllkurven 52 ergeben. Bei extremen Verhältnissen sind diese Hüllkurven allerdings stark wellig und daher praktisch nicht brauchbar, bei den üblichen geometrischen Verhältnissen von Hubkolbenwaschinen sind sie normalerweise gestreckt und günstig. Eine Eigenart der Hüllkurven 56 ist die, dass bei einer Vergrösserung von 53 bei konstantem 54 und 56 wellige Hüllkurven entstehen, die bei weiterer Vergrösserung von 53 wieder gestreckter werden. Eine symmetrische Anordnung des Kurbeltriebes bezüglich der Längsachse des Zylinders 40 vorausgesetzt, ergeben sich bei rechteckigen und quadratischen Pendelkolben mathematisch genau gewölbte Zylinderwände 47. Bei runden Pendelkolben, deren theoretische Kolbenbreite 53 nicht konstant ist, muss ein Kompromiss gesucht werden, bei dem die lokalen radialen Ein- und Ausfederungen des Führungsrings 15, die durch die Druckschläuche l6 ohne weiteres aufgenommen werden, minimal sind. Für diese Optimierung wurde ein Rechenprogramm ausgearbeitet, das rund tausend Lochkarten eines Grossrechners umfasst.

Der Pendelkolben 57 mit Stützrippen 58 ist mit der Pleuelstange 44 zB. in

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Leichtmetall einteilig gegossen, der rechteckige Kolbenboden 59 "¹^ dem Trennblech 60 darauf verschraubt oder verklebt. Der Führungsring 15 muss durch ein Führungsrechteck ersetzt sein, das aus zwei Führungsleisten 49 mit dem Kuppenradius 51 und zwei Dichtleisten 50 mit flachen oder bombierten Kuppen besteht. Die Leisten 49 >»nd 50 sind vorzugsweise zu zwei unter sich gleichen Winkeln 49/5O zusammengefasst, die dank ihrer überlappten Stösse und der Druckschläuche 6l und 62 als zweite Kolbendichtung wirken. Bei Rechtslauf der Maschine ist vorzugsweise der rechte Druckschliuch 61 mit Flüssigkeit gefüllt und an den Enden verschlossen, während der linke Druckschlauch 62 einen Anschluss 63 aufweist, der in einer schrägen Bohrung des Pendelkolbens 57 ^B. eingeklebt ist. Dieser Anschluss 63 führt zu einer Längsbohrung 64 der Pleuelstange 44, die oben durch einen Zapfen und unten durch eine mit Gas gefüllte, elastische Blase 65 verschlossen ist, oberhalb welcher ein Rückschlagventil 22 mit seinem Blechgehäuse in die Längsbohrung 64 eingepresst ist. Der Druckschlauch 02 und die Längsbohrung 64 sind mit Flüssigkeit gefüllt und stehen durch die eingedrückte elastische Blase 65 unter leichtem Druck, der für das Anlassen der Maschine genügt. Bei laufender Maschine ergibt die im Bereich des oberen Totpunktes auf die Flüssigkeitssäule der Längsbohrung 6k wirkende l'assenträgheitskraft eine Druckerhöhung, welche die in Fig. 1 erläuterte hydraulische Kolbenführung gewährleistet. Anders als dort ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch das hydraulische System in sich hermetisch abgeschlossen und arbeitet ohne Oelzufluss von der Kurbelwelle her, wodurch keine Druckölschmierung nötig ist und keine Luft eindringen kann. Ausserdem ist die Hydraulik-Flüssigkeit bezüglich spezifischem Gewicht, Siede- und Gefrierpunkt, Viskosität usw. frei wählbar.

Zur Entlastung der Führungs- und Dichtleisten 49 und 50 sind oberhalb derselben seitlich verschiebbare Dichtleisten 66 angeordnet, die vorzugsweise ebenfalls aus zwei unter sich gleichen Dichtwinkeln bestehen und zB. aus Blech ge-stanzt sind und geschliffene, auf der langen Seite bombierte Kuppen haben. Diese Dichtwinkel müssen durch geeignete Federn, welche die fehlende Eigenspannung des Dichtringes 13 ersetzen, auseinander gedruckt werden, wobei die Federn in Quernuten des Kolbenbodens 59 angeordnet sein können.

Das Kurbelgehäuse 45 ist wie bei kleinen Zweitakt-Motoren ausgebildet und zB. mit einem Membraneinlass versehen, durch den Zusatzluft angesaugt wird. Diese Zusatzluft wird im Kurbelgehäuse 45 verdichtet und durch einige am unteren Rand der rechten Zylinderwand k7 angeordnete Ueberstronkanäle 67 in den Zylinder geleitet. Dies geschieht im Bereich des unteren Totpunktes und geraäss den Diagramm 68, 69 asymmetrisch dazu. Bei Kompressoren, die übrigens mit Führungs-

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leistan **9 zB. auf P.T.F.K.-Basis und eventuell ohne Dichtleisten 66 auch für Trockenlauf geeignet sind, kann Linkslauf günstiger sein, damit weniger Kolbenhub verlorengeht. Diese Zusatzluft dient zur Kühlung der Pleuelstange kh und des Pendelkolbens 57 und zur Leistungssteigerung der Maschine. Beim Viertakt-Ottomotor wird die Zusatzluft am Ende des Arbeitstaktes in die Abgase eingeblasen, was eine Spülung des Brennraumes und eine Nachverbrennung der nachfolgenden Abgase ermöglicht. Ausserdem wird am Ende des Ansaugtaktes, bei dem vom Zylinderkopf her reiches Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird, von unten her Zusatzluft direkt dem Pendelkolben überlagert, v;as eine einfache Ladungsschichtung mit fettem Gemisch in Nähe der Zündkerze kj ergibt. Die Üeberströraung von Zusatzluft zur Leistungssteigerung und/oder Ladungsschichtung soll bei viereckigen und runden Pendelkolben an einer Stelle des Kolbenrandes erfolgen, die hierfür optimale Verhältnisse ergibt.

Besondere Vorteile bietet eine Pendelkolbenmaschine der 3· Generation als Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäss Fig. 10 bis 12. Es ist dies ein Pendelkolben-Schiebermotor ,der sich vorzugsweise für Dieselbetrieb eignet. Durch Ausnutzung aller inhärenten Vorteile des Pendelkolbens ergibt sich eine sehr einfache, leichte und kompakte Bauweise.

Das Gehäuse eines Reihenmotors besteht aus Zylinderkopf 70, Motorblock 71 und Kurbelgehäuse-Unterteil 72 in Leichtmetall- oder Grauguss und ist mit einem Minimum paralleler Schrauben 73t 7^ zusammengefügt. Auch hier hat der Zylinder rechteckige Form mit dem Seitenverhältnis 2:1, doch sind im Gegensatz zur Fig. 8 und 9 die langen Seiten quer zur Kurbelwelle 75 angeordnet. Die gewölbten Laufflächen auf den kurzen Seiten des rechteckigen Zylinders bestehen aus eingewölbten Zylindereinsätzen 76 und 77· die in einer prismatischer Oeffnung 78 angeordnet sind. Diese prismatische Oeffnung wird im Motorblock vorgegossen und geräumt und kann bei Leichtaetallblock durch einen konischen Stempel geglättet und kalibriert werden. Der gewölbte, relativ dickwandige Zylindereinsatz 76 weist einen friktionsgeschweissten Befestigungsbolzen 79 auf. Einfacher ist ein dünnwandiger Einsatz 77 mit abgewinkeltem oberen Rand 80, der durch den Zylinderkopf festgeklemmt wird. Die gewölbten Zylindereinsätze 76 und 77 können zB. durch Strangpressen oder Walzen einfach hergestellt, beschichtet und mit freiem Werkzeugausluf geschliffen werden. Die Beschichtungen der Zylindereinsätze 76 und 77 sind zB. von Wankel-Trochoiden her bekannt, die jedoch dreimal grössere Oberflächen haben. Vorzugsweise werden auch die zwei ebenen Zylinderwände 82 mit Einsätzen 83 bestückt, die aus ebenen Blechen mit abgekantetem oberen Rand 8Ί· bestehen und gestanzte Gaswechselschlitze 85 haben. Der Rand 8Ί·. kann mittels

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Zähnen ßo öler dcrgloichcn gegenüber dem Rand 80 abgedichtet und bis zum Festziehen des Zylindtir>:opfe3 fixiert werden. Damit aich die dünnwandigen Zylindereinsätzen /7 und 83 bei Erwärmung nicht nach innen biegen, müssen sie entgegongt;:iotzt vorgespannt oder sohr flexibel sein. Alle Zylindereinsätze 76, 77 und 83 lassen sich zwecks einfacher Motorrevision auswechseln. Die sehr sohwal^n Zylinder ergeben grosse Zwischenräume 86, in denen die Auslasskrüi&rior 87, die Rinlasskriiinmer 88 und die Ueberström:nulden 89 eingegossen sin-i und die auch Luftkühlung des Motors erlauben.

Die Druekölschmierung der Kurbelwelle ist gegenüber dem Kurbelgehäuse gekapselt, was ein Abdichten dos Knrbelzapfens 91 und des Hauptlagerzapfens 92 erfordert. Diese Abdichtung ex-folgt beim Kurbelzapfen 91 durch dünne Tellerfedern 93» die zwecks Montage diametral geteilt sind und auf konischen Bunden des Kui'belzapfens 91 laufen, wodurch sie bei der Kontage automatisch vorgespannt werden. Als Varianten sind C-förmige Stahldichtungen 95· vorzugsweise mit Kunststoffeinlagen, vorteilhalt, insbesondere wenn sie mit den Lagerschalen 96 kombiniert werden. Der Oelrückfluss erfolgt durch eine Anzahl nach nüssen geneigter Bohrungen 98 unter Fliegkraft in Ringräume 99» in die auch «ias Oil dos Hauptlagerzapfens 92 abfliesst. Die Ringräurae 99 sind gegenüber don K u'belichoibon ICX) durch Dichtringe 101 abgedichtet, die in Ringnuten der Kurbelscheiben 100 und grossen Bohrungen des Motorblocks 71 und des Kurbelgehäuse - Unterteils 72 laufen und zB. aus gebogenem Federstahl bestehen, der zB. mit P.T.F.E. beschichtet ist. Der Durchmesser der Dichtringe 101 kann durch nach innen geneigte Oolrückflussbohrangen 102 beträchtlich verringert werden.

Diese gekapselte Diuckölsclimierung der Kurbelwelle ermöglicht zusammen mit einem dichten, enganliegenden Kurbelgehäuse, das nötigenfalls Füllstücke aufweist, eine einfache Kurbelkastonpunpe, wodurch ein separater Lader entfällt. Ferner wird damit eine Luftkühlung des Pendelkolbens 105 und der Pleuelstange 97 erreicht und die Verschmutzung des Schmieröls durch Verbrennungsgase und Russ weitgehend vermieden, was besonders bei Dieselmotoren von Bedeutung ist. Damit entfallen auch die sehr unerwünschten und unwirtschaftlichen OeIwechsel. Ein weiterer Vorteil dieser gekapselten Druckolschmierung der Kurbelw.?iIe ist der Wegfall von Oolabstreifringen, die bekanntlich beträchtliche Reibung ergeben und in ihrer Wirkung stark streuen. Indessen sind diese Verbesserungen bei Tauchkolben nicht möglich, weil deren Kolbenhemd vom Spritz-öl der Kurbelwelle geschmiert werden muss.

Der Pendelkolben 105 und die Pleuelstange 97 sind einteilig zB. aus Leicht-

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metall gegossen, der Pleueldeckel ΙΟ⁴* ist vorzugsweise aus Stahl zur Verminderung des Kälteschrumpfens, sofern die Kurbelwelle 9I/92/IOO nicht auch aus Leichtmetall besteht. Der Pendelkolben 105 weist auf den langen Seiten zwei flache, asymmetrisch geformte Gasschieber IO6 auf, die gleichzeitig als Randversteifung dionen und durch eine oder mehrere Querrippen 107 mit der Pleuelstange 97 verbunden sind, die einen kreuzförmigen Querschnitt 108 oder Η-Querschnitt hat. Die einteilige, leicht zu giessende Pendelkolben-Pleuelstangen-Einhcit wird durch Querwände 109 verstärkt und eignet sich durch ihre steife Bauweise auch für Dieselbetrieb. Aus Platzgründen müssen die Flachschieber IO6 in Aussparungen 110 der Kurbelscheiben 100 eintauchen, sofern die Pleuelstange 97 nicht entsprechend verlängert wird. Den Pendelkolben 105 weist eine viereckig umlaufende, nötigenfalls durch Einlagen oder Eeschichtungen verstärkte Nut auf, in der Führungsleisten 111 und Dichtleisten 112 gelagert sind, die zu Dichtwinkeln 111/112 zusammengefasst sein können. Vier solcher unter sich gleichen Dichtwinkel 111/112 mit gemeinsamer Kuppe 113 und versetzten Stössen ergeben eine sehr einfache und wirksame Abdichtung mit vier überdeckten Stössen. Dies ist im Vergleich zu einer Rotationskolbenmaschine sehr günstig, die aus wenigstens fünfzehn teilweise unterschiedlichen Dichtelementen mit zwölf offenen und 6 überdeckten Stössen besteht und eine 2,6 fache Dichtlänge aufweist. Die Dichtwinkel 111/112 sollen aus geeignetem, verschleissfestem Material bestehen oder entsprechend beschichtet sein, insbesondere die Kuppe II3 der Führungsleisten 111. Solche Materialien sind aus der Tauchkolben- und Rotationskolben-Forschung wohlbekannt .

Die Dichtleisten 112 sind durch weiche Wellfedern 114 vorgespannt, während vorzugsweise die rechten Führungsleisten 111 durch eine harte Wellfeder 115 gestützt werden. Die gegenüberliegenden Führungsleisten 111 werden wiederum durch Oeldruck vorgespannt, der im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt, doch ist hier eine mechanische Uebertragung vorhanden. Diese besteht aus mindestens einem halbmondförmigen Kraftverteiler 120 mit Stössel 121, dessen schräges Ende 122 mit dem komplementär abgeschrägten Ende eines Hydraulikkölbchens 123 in Bewegungsverbindung steht. Das Kölbchen 123 und der Stössel 121 sind zylindrisch und in Bohrungen des Pendelkolbens 105 mit Schiebesitz gelagert, und ihre schrägen Enden 122 sind gehärtet und geschliffen. Das Kölbchen 123 ^kann Dichtringe oder dergleichen aufweisen und ist mit einer Oelsäule verbunden, die in einer Längsbohrung 12*4· der Pleuelstange 97 angeordnet ist. Diese Oelsäule wird durch ihre Massenträgheit im Bereich des oberen Totpunktes unter Druck gesetzt, wobei ein Rückschlagventil 125 den Oeldruck im wesentlichen aufrecht erhält, wie unter Fig. 1 dargelegt. Das

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untere Ende der Längsbohrung 12*4- steht mit der DiTuckölsclunierung des Kurbelzapfens 91 in Verbindung oder ist gemäss Fig. 8 verschlossen. Anstelle einer Längsbohrung 12Ί· kann ein Stahlrohr 126 in der Pleuelstange 97 eingegossen sein, das deren thermische Ausdehnung einschränkt. Die Querbohrung des Kölbchens 123 ist aussen verschlossen und hat eine Entlüftung"127 für das Lecköl des Kölbchens 123 und das Leckgas des Stössels 121. Die Teile 120 bi3 123 sind in doppelter Zahl nebeneinander angeordnet und durch eine Druckfeder 128 leicht vorgespannt.

Mit dieser hydromechanischen Kolbenführung kann die Vorspannung des Pendelkolbens 105 gegenüber den Zylinderwänden nach Wunsch und unabhängig vom OeI-druck gewählt werden durch entsprechende V/ahl des Winkels der schrägen Enden 122. Grosse Uebersetzungen sind ohne weiteres möglich, doch darf der erwähnte Winkel nicht so gewählt werden, dass Selbsthemmung eintritt.

Als Variante können die Kölbchen 123 verlängert sein und mehrere Abschrägungen zur Betätigung mehrerer Stössel 121 haben, wodurch die Kraftverteiler 120 überflüssig werden. Im weiteren kann die Wellfeder 115 entfallen, was jedoch eine unelastische Kolbenführung ergibt. Dies ist auch der Fall mit symmetrisch schrägen, dh. V-förmigen Enden 122, die beidseitig Stössel 121 betätigen und somit beide Führungsleisten 111 symmetrisch nachstellen.

Die Schmierung des Pendelkolbens IO5 erfolgt durch Fluchtöl der gekapselten Druckölschmierung oder durch eine Frischölzufuhr I30, die vorzugsweise auf der linken Zylinderseite angeordnet ist, da die Dichtleisten 112 durch ihre Pendelbewegung das OeI bei Rechtslauf stets von links nach rechts verschieben.

Der Pendelkolben-Schiebermotor gemäss Fig. 10 bis 12 hat dank der Pendelbewegung der Flachschieber 106 eine stark asymmetrische Steuerung von Einlass 131, Spülung 132 und Auslass 133 mit beträchtlicher Nachladung und eine optimale Umkehrspülung mit minimaler Kontaktfläche zwischen Spülung 132 und Auslass 133. Dieser Motor eignet sich für Benzinbetrieb mit Vergaser, doch ist eine Niederdruck-Benzineinspritzung etwa gemäss Pfeil 13** in den Spülstom 132 dank der asymmetrischen Steuerung besonders günstig.Wegen des relativ kleinen Kompressionsverhältnisses und der nicht vorhandenen heissen Auslassventile kann bleifreies Benzin niedriger Oktanzahl verwendet werden.

Indessen ist mit hohem Kompressionsverhältnis, einem kugelkalottenförmigem Verbrennungsraum 135f einer Einspritzdüse I36 und einer Zündkerze 137 etwa

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in dor dargestellten Anordnung auch Vielstoffbetrieb möglich. Die Einspritzdüse 136 hat zB. drei unter 90° angeordnete Brennstoffstrahlen, von denen zwei quer zur Gleichstrom-Luftverschiebung I38 und einer zur Zündkerze 137 gerichtet sind. Dank der über den oberen Totpunkt andauernden Luftzufuhr durch die Gleichstrow-Luftverschiebung I38 ergibt sich auch bei Direkteinspritzung ein weicher Druckanstieg und somit ein geräuscharmer Kotorlauf. Anstelle der Direkteinspritzung kann eine Vor- oder Wirbelkammer verwendet werden, deren Kraftstoff-Luftstrahlen wiederum quer zur Glfiichstrom-Luftverschiebung I38 gerichtet sind und die sowohl für Dieselbotrieb als auch für Benzinbetrieb mit Ladungsschichtung geeignet ist.

Dieser Pcndelkolben-Schiebermotor bietet durch die nicht vorhandenen heissen Auslassventile und die inhärente Abgasbeimischung sehr günstige Voraus-

die Setzungen für geringen ΝΟχ-Gehalt der Abgase. Ausserdem erleichtern/relativ heissen Abgase, die vorzugsweise durch 'Portliner¹ geführt werden, das Nachverbrennen des CH. Eine weitere Reduktion der Schadstoffe und eine Leistungssteigerung ist durch Verwendung eines Turboladers oder einer Druckwellenmaschine möglich.

Fig. 13 bis 15 zeigen einen vorzugsweise aus Stahl geschmiedeten, unter verrippten Pendelkolben 14O eines thermisch stark belasteten Motors für zB. Mopeds und Motorräder, der einen angeschweissten, zB. aus Chromstahl gestanzten Flachschieber 141 aufweist. Die ebenfalls aus Stahl geschmiedete Pleuelstange 142 hat ein ungeteiltes, wälzgelagertes Pleuelauge 143,das mit einer gebauten Kurbelwelle verbunden ist. Der Pendelkolben l40 ist daher mit der Pleuelstange 142 verschraubt und kann von oben her ein- und ausgebaut werden. Die Pleuelstange 142 stützt mit seitlichen Ansätzen 144 den Flachschieber 141.

Die doppelten Führungsleisten 111 werden im Zylinder durch zwei Kraftverteiler 120 und Stössel 121 vorgespannt, in deren schräge Enden 122 je ein entsprechendes, schräges Ende einer vertikal angeordneten Betätigungsmasse I'l5 eingreift. Ira Bereich des oberen Totpunktes bewirkt die Massenträgheit der Betätigungsmasse 145 die nötige Vorspannung der Führungsleisten 111, wobei diese Vorspannung wiederum, wie erforderlich,automatisch im Quadrat zur Drehzahlzunahme ansteigt. Ein Zurückweichen der Betätigungsmasse 145 wird durch eine zB. aus P.T.F.E. geformte, mit Flüssigkeit gefüllte Tasche 146 mit Rückschlagventil 147 und leichter Verschlusskugel 148 verhindert. Die Eetätigungsmasse 145 ist in einer vertikalen Bohrung eines Ansatzes 149 des Pendelkolbens 140 geführt, in der auch die vorzugsweise mit der Betätigungsmasse 145 verklebte Tasche 146 gestützt ist, deren untere Erweiterung einen

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Flüssigkeitsbehälter I50 zur Verschleiüsnachstellung bildet. Der Behälter 150 steht durch einen elastischen Gürtel 15I unter leichtem Druck, der für das Anlassen des Motors genügt. Bei dieser hydromechanisch^ Kolbenführung wird die Vorspannkraft mechanisch bewirkt und hydraulisch aufrecht erhalten. Pas hydraulische System ist hermetisch abgeschlossen und daher unabhängig von Flüssigkeitszufuhr und kann mitsamt dem Pendelkolben ein- und ausgebaut werden. Die Systemflüssigkeit ist frei wählbar.

Gemäss der Variante von Fig. l6 haben die Führungsleisten 111 a keine geneinsame Kuppe, so dass sie sich zufolge der Pendelbewegung des Kolbens 1^0 gegeneinander verschieben. Diese gegenseitige Verschiebung verhindert, dass die Führungsleisten 111 a und die Dichtleisten 112 in ihrer Nute festkleben und wird durch ein halbrohrförmiges Schwenk el e:n ent 155 ermöglicht, das auf den entsprechend geformten Enden der Stössel 121 oder der Kraftverteiler 120 oszilliert. Die gegenüberliegende Nute des Pendelkolbens l*»0 muss einen halbkreisförmigen Nutengrund zur Aufnahme eines zweiten Schwenkeleraents 155 haben. Drei Führungsleisten 111 a sind ebenfalls möglich, die jedoch nicht gleichmässig tragen.

Dies ist auch der Fall in Fig. I7, bei der vier Führungsleisten 111 b in einer Nute angeordnet sind, wobei die zwei inneren durch ein Schwonkele-nent 155 gestützt werden, das seinerseits in einem äusseren Schwenkelement I56 oszilliert, welches die äusseren Führungsleisten betätigt.

Die Variante gemäss Fig. 18 hat ein Führungsrohr 157 t das in einem Xäfig 158 drehbar gelagert ist und durch Stössel 121 vorgespannt wird. Das Führungsrohr 157 rotiert wenigstens teilweise auf den gewölbten Wänden der Zylindereinsätze 76, 77t wodurch Reibung und Verschleiss vermindert werden, insbesondere wenn zwischen Führungsrohr 157 und Käfig I58 ein Druckgaspolster entsteht. Bei kleinen Pendelkolben kann anstelle des Führungsrohres 157 eine Führungsnadel treten. Analog zu Fig. 16 und 17 lassen sich mehrere Führungsrohre 157 bezw. Führungsnadeln übereinander anordnen. Diese Anordnung scheint zB. bei einem grossen oder sehr grossen Dieselmotor möglich zu sein, der einen im Querschnitt quadratischen Zylinder und Zylinderkopf mit vier parallelen Ventilen hat und im Zweitakt oder Viertakt arbeitet.

Fig. 19 zeigt eine besonders einfache und vielseitige, hydromechanische Kolbenführungs-Automatik für runde, viereckige oder beliebig geformte Zylinder. Diese Kolbenführung kann bei jedem der aufgeführten Ausführungsbeispiele angewandt werden und ist nachfolgend aufgrund der Figuren 2, 7 und 9

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erläutert. Der Kolbenboden 33 bezw. 59 kann einen Dichtring 13 bezw. eine Dichtleiste 66 und ein flexibles Trennblech 32 bezw. 60 aufweisen. Der Führungsring 15 bezw. die Führungsleiste 49 wird durch den Druckschlauch l6 bezw. 62 gegen die Zylinderwand vorgespannt und hat zB. eine bezüglich der Zylinderebene 2 A mittig angeordnete, vorzugsweise zylindrische Tasche l60 und ist mit Flüssigkeit gefüllt und an seinen Enden im Bereich der Zylinderebene 2 A verschlossen. Der Innendurchmesser des Druckschlauches 16 nimmt gegen seine Enden hin ab, um die hydraulische Vorspannung des Pondelkolbens im Zylinder in jenen Boreichen zu reduzieren, in denen praktisch keine dynamischen Seitenkräfte zu übertragen sind. In analoger Weise hat der Druckschlauch 62 eine mittig angeordnete Tasche l60 und auf seinen kurzen Seiten mit geschlossenen Enden geringen Innendurchmesser. Aus Fertigungsgründen dürfte es sich empfehlen, die Tasche l60 quer zur Zylinderebene 2 A zu teilen und mit dem zugehörigen etwa viertelkreisförmigen Druckschlauch bezw. dem L-förmigen Druckschlauch 62 in Kunststoff zu formen und nach dem Einfüllen der Flüssigkeit zu verschweissen. Die Taschen l6O und somit die Druckschläuche 16 bezw. 62 werden durch die Massenträgheit einer Betätigungsmasse l6l im Bereich des oberen Totpunktes unter Druck gesetzt, wobei dieser Druck wiederum, wie erforderlich, im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt. Die Betätigungsmasse l6l ist vorzugsweise zylindrisch und hat eine von ihrem spezifischen Gewicht abhängige Höhe.

Ein Zurückweichen der Betätigungsmasse l6l nach dem oberen Totpunkt wird durch eine zB. aus P.T.F.E. geformte, mit der Eetätigungsmasse l6l vorzugsweise verklebte, flüssigkeitsgefüllte Tasche 16? mit Rückschlagventil I63 verhindert, wodurch der Druck in den Schläuchen l6 bezw. 62 im wesentlichen aufrecht erhalten bleibt. Die Betätigungsmasse Ιοί und die Tasche I67 sind in einer Bohrung eines Ansatzes I65 des Pendelkolbens 35 bezw. 57 geführt, wobei die Tasche I67 durch die untere Verengung dieser Bohrung durchgeführt ist und in einem unter verschlossenen, zur Spielnachstellung dienenden Flüssigkeitsbehälter 164 endet. Oberhalb der Einschnürung sitzt der leichte Verschlusszapfen I63 des Rückschlagventils unter Federvorspannung. Der Flüssigkeitsbehälter 164 kann zB. durch eine Schraubenfeder, die in einem verlängerten Ansatz I65 angeordnet wird, unter leichten Druck gesetzt werden, der für das Anlassen des Motors genügt. Dieses Druckhaltesystem ist wiederum in der Tasche I67 hermetisch abgeschlossen und hat frei wählbare Systemflüssigkeit. Eine oder mehrere dieser Vorspanneinrichtungen I6O bis I67 können auf der Unterseite eines Pendelkolbens angeordnet sein und lassen sich nach Entfernen des Kolbenbodens 33 bezw. 59 mitsamt den anderen Verschleissteilen

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nach oben ausbauen. Eine Entlastung der TDruckschläuche 16 bezw. 62 zum leichten Kolbeneinbau ist durch Ziehen an der Tasche I67 möglich. Die Verschlusszapfen 163, 1^8 und 23 sollen hohl oder aus porösem oder spezifisch sehr leichtem Material bestehen, damit sie auf der Flüssigkeit der Rückschlagventile schwimmen und somit im Bereich des oberen Totpunktes nicht unnötig stark öffnen.

Die einzelnen Merkmale der aufgeführten Ausführungsbeispiele lassen sich untereinander vertauschen und in den Einzelheiten verbessern, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen. Die erfindungsgemässe Pendelkolbenführung ist bei jeder Art und Grosse von Pendelkolbenmaschinen anwendbar und kann sogar bei ganz kleinen Pendelkolben von Druckluftmotoren für Handwerkzeuge oder Kühlschrank-Kompressoren nötig sein; die dort mögliche Verwendung von O-Ringen zur Abstützung der Kolbenringe dürfte wegen Verhärtung der Elastomere und Abnützung der gleitenden Teile auf längere Dauer nicht genügen. Im Gegensatz dazu hat die erfindungsgemässe hydraulische oder hydro. mechanische Kolbenführung den wohl einzigartigen Vorteil, dass die Vorspannung bei jeder Umdrehung der Maschine neu eingestellt, dh. ständig regeneriert wird.

Als weitere Vereinfachung ist es besonders bei kleinen Pendelkolben möglich, die Druckschläuehe l6 bezw. 6l, 62 direkt auf den Zylinderwänden laufen zu lassen, wobei ihre Aussenflächen entsprechend zu verstärken und zu beschichten sind. Kleine Pendelkolben können mitsamt Pleuelstange einteilig aus Kunststoff geformt werden und eine Kolbenführung etwa gemäss Fig. 8 und 9 aufweisen.

Wie bereits erwähnt, ist für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, eine Bauweise etwa gemäss Fig. 10 bis 12 wohl am günstigsten. Dieser Pendel. kolben-Schiebermotor hat gleichen Zündabstand, dh. Rundlauf wie ein Viertnktmotor mit doppelter Zylinderzahl und ist in Fertigung und Unterhalt ausserordentlich einfach. Seine inhärente, weiche Verbrennung, sukzessive Oeffnung von Einlass und Auslass, seine schlagfreien und leichten Pendelkolben, die nicht vorhandenen Zahnräder, Nockenwellen und Ventile und sein sehr kompaktes und steifes Motorgehäuse dürfte einen wirklich geräuscharmen Motorlauf ermöglichen. Damit ist eine Verwendung als Stationär-, Boots- oder Flugmotor sowie als Antrieb für jede Art von Motorfahrzeug und Landmaschine möglich, wodurch bedeutende Sekundärvorteile entstehen. Zum Beispiel kann dieser Motor normalerweise in Automobile liegend eingebaut werden, wodurch sich oberhalb desselben ein GepHckraum ergibt und der Motor bei einem Crash unter den Wagen.

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boden ausweichen kann und somit die Knautschzone nicht verkürzt. Bei Rechtslauf des Motors gemäss Fig. 10 sind die auf den Pendelkolben wirkenden Kräfte, dh. sein Eigengevdcht und die Reaktionen der Kurbelzapfenreibung und aussermittiger Druckwellen alle auf die gleiche, untere Zylinderwand 76 gerichtet, was einen stabilen Zustand beim Anlassen ergibt.

Als besonderes Anvendungsbeispiel ist ein 1200 cai3_Zweizylindermotor in einem Sicherheitswagen eingebaut und in Fig. 20 und 21 im Aufriss und Grundriss dargestellt. Die Kompaktheit, das geringe Gewicht und die relative Vibrations-, Lärm- und Wartungsfreiheit dieses Pendölkolben-Schiebermotors I7O ergeben ein Automobilkonzept mit Unterflur-Mittelmotor, das grossen Passagierraum und Kofferräume in Front und Heck mit 70 cm langen Knautschzonen bei einer Gesamtlänge von nur ¹IOO cm ermöglicht. Nach Vorklappen der Rücksitzbank 171 und Aufklappen der Abdeckung 172 werden der Motor 17Ο sowie seine Zusatzaggregate 173 ^und sein übliches Automatikgetriebe 17¹*· wirklich gut zugänglich, sogar bei fahrendem Wagen. Am Getriebeende sitzt eine Primäruntersetzung 175. die über eine kurze Quer-Kardanwelle I76 den sehr kompakten Achsantrieb 177 einer entsprechend leichten Hinterachse 178 antreibt, welche durch die Quer-Kardanwelle 176 seitlich geführt ist. Durch entsprechende Wahl der Untersetzungen der Stirnräder 175 und I77 und der Länge der Längslenker 179 bewirkt die linkslaufende Quer-Kardanwelle I76 die gewünschte 'Antidive'-Wirkung. Für grössere Reparaturen kann der Motor 170 unterstellt und der Wagen rechts angehoben werden, was auch einen leichten Kotorausbau ermöglicht. Auf dem freien Kurbelwellenende kann ein Radialgebläuse angeordnet sein, dessen Kühlluft direkt die obere, heissere Zylinderseite anströmt. Für Geländefahrten ist eine Reduktion 175' und, dank der reifenschonenden Starrachse I78, eine Doppelbereifung 180 möglich.

Grössere Personenwagen, Lieferwagen, Lastkraftwagen und dergleichen haben einen Pendelkolben-Schieber.uotor mit drei oder mehr Zylindern und, wenn erforderlich, eine Quer-Antriebswelle mit Gleichlauf-Schiebegelenken und eine separate Seitenführung der Achse 178, während bei sehr kleinen, drei- oder vierrädigen Stadtwagen die Hintersitzbank direkt oberhalb des Motors angeordnet ist und ein übliches, kurzes Handschalt-Getriebe mit direktem Gang den Motor ungefähr in die Fahrzeugachse bringt. Bei einem Getriebe ohne direkten Gang ist eine Primäruntersetzung 175 mit Kettenantrieb nötig, damit die Quer-Kardanwelle rückwärts läuft. Automobile etwas gemäss Fig. 20 und 21 und Varianten haben eine günstige Gewichtsverteilung mit genügender Belastung der Antriebsachse und erfordern keine Servolenkung.

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Dur Hinterradantrieb gem.iss Fig. 20 und 21 und Varianten kann durch ein halbautomatisches Getriebe, eine Sicherheits-Differentialsperre oder eine Eingelonk-Klasti':achse gemäss früheren Patenten des Anmelders ergänzt werdon. Tm weiteren ist dieser Hinterradantrieb auch interessant in Verbindung •nit je-lua uiJ^ren, geeigneten Antriebsmotor, wobei für Tauchkolbenmotoren eine Ausgleichswelle 181 nötig sein kann.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   [ l.| Pc-ndelkolbenr.aschine als Motor, Kompressor oder Pumpe, mit wenigstens ^-^ einem Zylinder, in dem ein hemdloser Pendelkolben läuft, der mit einer Pleuelstange starr verbunden ist, die an einer Kurbel- oder Exzenterwelle .nn^elonkt ist, wobei der Zylinder runden, ovalen, quadratischen, rechteckigen cJer beliebigen Querschnitt aufweist und im wesentlichen entsprechend der Pendelbewegung des Kolbenrandes gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelkolben unter mit steigender Maschinendrehzahl automatisch zunehmender Vorspannung im gewölbten Zylinder geführt ist.
2. 2. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch die Massenträgheit einer Flüssigkeitssäule im Bereich des oberen Totpunktes erzeugt wird und durch ein Rückschlagventil im wesentlichen aufrecht erhalten wird, wobei die Vorspannung im wesentlichen im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt.
3. 3. Fendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch die Massenträgheit einer beweglichen Betätigungsraasse im Bereich des oberen Totpunktes erzeugt wird und im wesentlichen im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt.
4. ^. Fendelkolbenmaschine nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch ein unterhalb der beweglichen Betätigungsmasse angeordnetes, hydraulisches Rückhaltesystem mit Rückschlagventil im wesentlichen gehalten wird.
5. 5. Pendelkolbenmaschine nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,

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   dass der Rand des Pendelkolbens wenigstens im Bereich der eingewölbten Zylinderwand mit Flüssigkeit gefüllte, flexible Druckschläuche trägt, welche mit der Flüssigkeitssäule oder mit einer oberhalb der beweglichen ■ Betätigungsmasse angeordneten Tasche verbunden sind.
6. 6. Pendelkolbenmaschine nach Ansprüchen 1, 2 und 3t dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Pendelkolbens wenigstens im Eereich der eingewölbten Zylinderwand Führungs- und Dichtelemente trägt, welche vorzugsweise über Stössel mit schrägem Ende durch wenigstens einen Hydraulikkolben botäti^t werden, wobei dieser quer zu den Stösseln angeordnete Hydraulikkolben mit seinem schrägen Ende die Stössel betätigt und dem Druck der Flüssigkeitssäule ausgesetzt ist.
7. 7. Pendelkolbenmaschine nach Ansprüchen 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmasse in einer Führung gleitet und ein schräges Ende hat, das vorzugsweise durch einen Stössel auf ein im Rand des Pendelkolbens wenigstens im Bereich der eingewölbten Zylinderwand angeordnetes Führungsund Dichtelement wirkt und dem Druck der Flüssigkeitssäule ausgesetzt ist.
8. 8. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1 als Viertakt-Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Zylinder rechteckigen Querschnitt mit den langen Seiten parallel zur Kurbelwelle hat, wobei dieser Motor hängende oder stehende, parallele Ventile oder einen langgestreckten Walzenschieber und vorzugsweise eine zusätzliche Kurbelkammerpumpe aufweist.
9. 9. Pendelkolbenraaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle eine gekapselte Druckölschmierung mit Dichtelementen gegenüber dem Kurbelgehäuse und der Pleuelstange aufweist.
10. 10. Anwendung eines Pendelkolbenmotors nach Anspruch 1 in einem Fahrzeug mit angetriebener und gefederten Hinterachse, wobei der Motor mit dem Getriebe quer zur Fahrtrichtung und vorzugsweise vor der Hinterachse und mit liegenden Zylindern eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebeende über ein Vorgelege eine quer angeordnete Gelenkwelle angetrieben wird, die über ein Stirnrand-Vorgelege die Achse antreibt und gegebenenfalls auch seitlich führt.

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