DE2840465A1 - Taumelscheibenmaschine, insbesondere thermischer kolbentaumelscheibenmotor - Google Patents

Description

Civile de Repherches_ooo PA Schönherr u_o Serwe S 199

Anmelderin * Societe Civile de Recherches et d'Etudes de Moteurs α Barillet (S₀C₀R₀E₀B₀) 27 rue Parmentier Nanterre (Hauts de Seine) - Frankreich

Bezeichnungs Taumelscheibenmaschine, insbesondere thermischer Kolbentaumelscheibenmotor

Die Erfindung betrifft eine Taumelscheibenmaschine, insbesondere einen thermischen Kolbentaumelscheibenmotor, mit Kolben und einer mit den Kolben verbundenen Taumelscheibe mit einer schräggestellten Achse, deren Drehung durch Rollen ohne Gleiten von zwei auf der Taumelscheibe ausgebildeten Ringflächen auf zwei dazu im Winkel im Maschinengehäuse angeordneten konischen Ringflächen erfolgt, wobei die gemeinsame Mantellinie der konischen Ringflächenpaare die Winkelhalbierende des Winkels zwischen Maschinenachse und Taumelscheibenachse ist, und die Taumelscheibe an einer

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Seite mit ihrer Achse mit einem Kurbelarm der Motorachse verbunden ist und an der anderen Seite gelenkartig in der Mantellinie durch Berührung zweier gezahnter Ringflächenpaare gehalten ist, deren Grundkegel ein Doppelkegel ist₀

Es ist bereits eine axiale volumetrische Taumelscheibenmaschine bekannt; deren Zylinder in gleichem Abstand und parallel zueinander und in gleichem Abstand zu einer zentralen Achse angeordnete Achsen aufweist«, Diese Maschine kann beispielsweise ein thermischer Kolbenmotor sein_o Es ist weiterhin bekannt, die Zylinder mit ihren Achsen mit einem gleichen, aber kleinen Winkel zu der zentralen Achse anzuordnen, so daß sich diese Achsen in einem Punkt der zentralen Achse schneiden.

Bei dieser Maschine bewirkt die abwechselnde geradlinige Bewegung der Kolben eine ständige Drehung der zentralen Achse - oder umgekehrt.

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Das wesentliche Prinzip dieser Maschine liegt in der Benutzung einer Taumelscheibe mit einer schräggestellten Achse, deren eines Ende sich in einer Kurbelwelle einer Motorachse oder Verbraucherachse dreht und deren anderes Ende sich gelenkig um eine feststehende Achse durch Rollen ohne Gleiten von konischen Ringflächen auf der Taumelscheibe und der feststehenden Achse dreht₀ Das Rollen ohne Gleiten wird dabei durch das Ineinandergreifen gezahnter^, konischer Ringflächen mit einem Spitzengrundwinkel gewährleistet, wobei die Führung durch glatte konische Ringflächen mit einem kleineren, gleichen oder größeren Spitzenwinkel als der Grundkegel bei Ausschluß jeglicher Art von Gleitlager gewährleistete

Bei dieser Maschine sind die feststehenden konischen Ringflächen als Gesamtheit in axialer Richtung verschiebbary so daß die Endpunkte der Kolbenstellungen veränderbar sind, wodurch der Kompressionsdruck der Maschine einstellbar ist_o Die Veränderung des Kompressionsdruckes kann während des

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Stillstands oder bei Betrieb der Maschine von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von einem beliebigen Parameter geändert werden,,

Die Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrades der Maschine in bezug zu der bekannten Kolbenmaschine und auch zu klassischen Vorrichtungen ergibt sich im wesentlichen durch die nahezu vollständige Ersetzung des Gleitens durch Rollen«

Insbesondere durch die axiale Verschiebbarkeit der Vorrichtung ist eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Motors in Folge der ausgezeichneten Anpassung des Kompressionsdruckes an die Belastung gegeben»

Es ist weiterhin bekannt, die Halterung der Pleuelstangen auf der Taumelscheibe in gleicher Weise wie die Halterung der Taumelscheibe auszubilden^ wobei die Kolben geeignet angeordnet sind₀

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Taumelscheibenmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch kleine Verschiebungen der konischen Ringflächen längs der Mantellinie verhindert werden und daß sowohl die Stellung des Maschinenmittelpunktes als auch die Stellung der Kolben während der Kolbenbewegung genau eingehalten wird«,

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mehrere sich berührende und miteinander zusammenwirkende konische, glatte Ring- flächen vorgesehen sind, daß die Ringflächen koaxial zueinander und aneinander angrenzend angeordnet sind und daß die Spitzenwinkel derart im Bereich von 0-180 bestimmt sind, daß bei Betrieb der Maschine durch die zusammenwirkenden Ringflächenpaare der Drehmittelpunkt der Taumelscheibe auf der Maschinenachse liegt.

Die Einführung dieser zusätzlichen radialen Lagerflächen führt zum Vertauschen der konischen, glatten Ringflächen

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und der äußeren gezahnten Ringflächen_e Weiterhin sind die Größen der Spitzenwinkel der glatten, konischen Ringflächen veränderte

Vorteilhaft ist die Verbindung der Pleuelstangen mit der Taumelscheibe in gleicher Weise ausgebildet, wie die Halterung der Taumelscheibe in miteinander zusammenwirkenden glatten, konischen Ringflächen,, Die Übereinstimmung der Anordnung der Pleuelstangen und der Anordnung der Taumelscheibe ist nicht vollständig, da die Länge der Pleuel- stangen nicht unendlich ist, so daß die Pleuelstangen einen Winkel mit der Zylinderachse bilden und, die Anordnung von gezahnten Flächen somit unzweckmäßig ist₀ Darüber hinaus wären sie ein Hindernis. Außerdem haben sie kein Moment zu übertragen, wie die gezahnten Ringflächen der Tau- melscheibenanordnung_e

Zur Verhinderung einer Gleitbewegung entlang der Mantelberührungslinie der zusammenwirkenden konischen Flächen

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sind die bei der Taumelscheibe benutzten radialen Anschlagflächen ohne gezahnte Flächen nicht ausreichende

Daher weist jedes glätte, konische Flächenpaar eine ebene Fläche mit einem Spitzenwinkel von 180 auf, so daß jede Relativbewegung in axialer Richtung verhindert ist« Die Führung in radialer Richtung wird durch ein halbkugelförmiges Lager gegeben, in dem ein geringes Gleiten mit einer geringen Reibung auftritt«, Diese Anordnung bewirkt nur eine sehr geringe Reibung, da die radialen Kräfte lediglich etwa 6 % der axialen Kräfte betragen, die in den konischen Flächen durch Rollen übertragen werdeη₀

Vorteilhaft sind die Kolben der Verbindung der Pleuelstangen mit der Taumelscheibe angepaßt, wobei mehrere vorteilhafte Ausführungsformen vorgeschlagen sind_o

Bei einer bevorzugten Ausführungsform für serienmäßig hergestellte Verbrennungsmotoren sind die Kolben doppelkegel-

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artig ausgebildet und weisen im Bereich der Grundlinien der beiden Kegel eine Nut auf, in der ein oder zwei Dichtringe mit kugelförmiger Dichtfläche sitzen, und wobei weiterhin zwei dünnere Olabstreifringe vorgesehen sind«,

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein U-förmiger Abstreifring in einem schwenkbaren Kolbenmantel angeordnet,, Eine bevorzugte Ausführungsform hat einen zylindrischen Kolben mit herkömmlicher äußerer Oberfläche, in der in bekannter Art Kolbenringe angeordnet sind, wobei jedoch der Kolben nicht fest sondern gelenkig derart mit der Pleuelstange verbunden ist, daß die gelenkig mit der Taumelscheibe verbundene Pleuelstange eine sehr viel kleinere Taumelbewegung ausführte

Vorteilhaft ist am Äußeren der Maschine eine Federanordnung mit mindestens einer Blattfeder zur selbsttätigen Einstellung des Kompressionsdruckes in Abhängigkeit von der

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Belastung vorgesehen, wobei diese Blattfeder gleichzeitig zum Halten und Verkeilen der feststehenden Reaktionswelle und zum übertragen des Drehmomentes auf das Gehäuse der Maschine dient_o Diese beiden wichtigen Funktionen werden vorteilhaft von einer Blattfeder erfüllte

Eine axiale Verschiebung von einigen Millimetern der Motorachse und des Steuerrades^ um der Änderung des Kompressionsdruckes zu folgen, ist kein schwerwiegender Nachteil, da eine schwebende Anordnung einer von dem Steuerrad getragenen Kupplung mit einer axialen Verschiebung der An triebsachse des Getriebekastens vorgesehen werden kann«,

Da in der Regel ein in axialer Richtung festes Steuerrad ohne weitere Ausgleichsvorrichtungen bevorzugt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Maschine eine in Längsrichtung feste Achse aufweist_o Es kann daher eine aus zwei ineinander verschiebbaren Achsabschnitten bestehende Motorachse

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vorgesehen werden, von denen ein in axialer Richtung verschiebbarer Achsabschnitt den Kurbelarm trägt und bei der der andere Achsabschnitt das Steuerrad mit der Verriegelung in axialer Richtung trägt, wobei die beiden Achsabschnitte durch Nuten und Keile miteinander verbunden sind_o Diese verschiebbaren Nut-Keilverbindungen sind jedoch bei großen und ständig wechselnden Drehmomenten nachteilig.

Vorteilhaft ist daher der Lagerstumpf der Taumelscheibe in einem Wälzlager angeordnet, dessen äußere Lagerschale mit einer zylindrischen Außenfläche mit zur Motorachse paralleler Achse in einer Ausnehmung des Kurbelarmes verschiebbar geführt ist„ Damit können Kurbelarm, Motorachse und Steuerrad durch einen Anschlag in Längsrichtung unverschiebbar gehalten werden„ Der Lagerzapfen ermöglicht jedoch eine axiale Verschiebung. Die in der Ausnehmung des Kurbelarmes verschiebbar angeordnete Lagerschale hat keine Drehmomente zu übertragen, jedoch Kräfte sehr geringer einheitlicher Größe und ein sehr kleines Arbeitsspiel,,

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Civile de Ftecherches_o._o PA Schönhferc U₀ Serwe S 199

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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellte Es zeigen?

Fig« 1 einen erfindungsgemäßen Motor mit radialen Widerlagern im Längsschnitt,

Fig₀ 2 eine andere Ausführungsform der Abstützflächen der Taumelscheibe im Längsschnitt,

Fig_e 3 die Lagerung der Motorachse und der Taumelscheibe nach Fig₀ 1 in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt,

Fig₀ 4 der Motor mit einer Federanordnung in Stirnansicht,

Fig. 5 die Befestigung einer Pleuelstange auf der Taumelscheibe nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und im Längsschnitt,

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Civile de RschercheSc-oo PA Schönherr u_o Serwe S 199

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Fig_o 6 die Befestigung der Pleuelstange auf der Taumelscheibe in Draufsicht,

Fig_o 7 einen Kolben nach Fig_o 1 in vergrößerter, teilweiser Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 8 einen Kolben mit schwenkbarem Kolbenmantel im Längsschnitt,

Fig. 9 eine andere Ausführungsform eines Kolbens mit gelenkartig verbundener Pleuelstange im Längsschnitt,,

Ein erfindungsgemäßer Motor weist nach Fig. 1 ein Gehäuse aus zwei Gußteilen 1 und 2 auf, die durch Bolzen konzentrisch miteinander verbunden sind_o Ein Gehäusekasten 1 umschließt den Antrieb und trägt die Motorachse 3 - 3¹ und weitere Hilfsorgane_o Ein anderer thermodynamischer Gehäuseabschnitt 2 umfaßt Zylinder, Zylinderkopf, Kühlkreislauf,

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Civile de R3cherches«._Oo PA Schönherr U₀ Serwc S 199

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Steuerung und in seinem mittleren Abschnitt eine Reaktionswelle 4. Der Motor hat drei wesentliche Bestandteile, nämlich die Motorachse 3 - 3^tt _f die Reaktionswelle 4 und eine Taumelscheibe 5, 6„

Die Motorachse 3-3* besteht zur Vereinfachung des Zusammenbaus aus einem äußeren Achsenabschnitt 3 und einem inneren Achsenabschnitt 3', die konzentrisch ineinandergreifen und durch starke Zapfen miteinander verbunden sind₀ Der äußere Achsenabschnitt 3 trägt ein Steuerrad 30 und übliehe Dichtungen sowie in dem unterbrochen dargestellten Abschnitt einen Antrieb zur Steuerung der Verteilung«,

Der innere Achsenabschnitt 3^f hat einen Kurbelarm 10, der ein gelenkiges Rollenwälzlager 9 aufnimmt, in dem der Lagerzapfen 8 der Taumelscheibe 5 gehalten ist„ Der Mittelpunkt des Wälzlagers ist mit D bezeichnete Jede Verschieder Taumelscheibe 5 in Richtung der mit yy¹ bezeichneten

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Civile de R3chei^kohes_roo PA Schonherr U₀ Serwe S 1?9

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Achse in bezug zum Kurbelarm 10 wird durch geeignete Vorrichtungen verhindert, wie z.B_o Klemmringfedern, Circlips od₀dglo

Auf dem gleichen Achsenabschnitt 3^f können dem Kurbelarm 10 gegenüberliegend abnehmbare Ausgleichsgewichte 31 angeordnet sein_e Die Motorachse 3-3* ist von Rollenlagern 28 und 29 gehalten, die eine gewisse Verschiebung in Achsenrichtung der Achse erlauben«, Eine Ausnehmung 32 in dem Steuerrad bewirkt eine Unwucht und bei Drehung mit der in D durch den Kurbelarm und den Lagerzapfen der Taumelscheibe erzeugten Unwucht ein Drehmomente

Koaxial zur Motorachse 3 - 3^f und entgegengesetzt zur Motorachse ist die Reaktionswelle 4 im Gehäuseabschnitt 2 angeordnet und durch Lagerflächen 33 und 36 im Gehäuse gehalten«, In den Lagerflächen sind ringförmige Dichtungen angeordnet, insbesondere in der Lagerfläche 33 die Dichtung 34_O Der Gehäusehohlraum 35 zwischen der Reaktions-

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welle 4 und dem Gehäuseabschnitt 2 ist mit Öl gefüllt, das unter Druck steht und das durch eine Leitung von einer Öldruckpumpe kommt_o Eine in die Reaktionswelle 4 eingeschraubte Düse gewährleistet die Schmierung der Maschine und außerdem die Dämpfung der axialen Bewegung der Welle 4.

Dieser Dämpfungszylinder verlangsamt den Anstieg des Drukkes ohne einen Nachteil, wobei er nicht den Abfall des Druckes verlangsamt«, Ist dies nicht der Fall, so tritt ein schädliches Klingeln des Motors auf_o

Auf einem Lagerzapfen der Reaktionswelle 4 sind mehrere Blattfedern befestigt, von denen nur die Blattfedern 38 und 39 dargestellt sind_e Nach den Fig_e 1 und 4 stützt sich die Hauptblattfeder 38 an der mit 40 bezeichneten Stelle auf am Gehäuse 2 befestigten Lagerstützen ab und wird durch Anschläge 41 an einer Drehung gehindert. Unterhalb der Blattfeder 38 kann um den Lagerzapfen der Reaktions-

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welle 4 eine Hilfsspiralfeder 43 oder eine zylindrische Anschlaghülse 44 angeordnet sein_f die sich auf dem Gehäuseabschnitt 2 abstützte, Ein entgegengesetzter Anschlag der Welle 4 wird durch eine Anschlagfläche 45 des Gehäuseabschnittes 2 gehalten.

Entsprechend dem Grundprinzip weist die gegen Drehung durch die äußere Feder 38 gesicherte ReaktionsweHe 4 feststehende konische Ringflächenpaare zur Achse xx* auf. Es sind dies auf einer ringförmigen Erweiterung 36' die äußeren festen Ringflächen, glatt und gezahnt, und auf einem mittleren zentralen Fortsatz 26 der Welle die inneren feststehenden Ringflächen, glatt und gezahnte Die Erläuterung dieser festen Ringflächen erfolgt bei der Erläuterung der entsprechenden Ringflächen der Taumelscheibe_o

Die Taumelscheibe 5, 6 besteht aus der Scheibe 5 und dem Tellerrad 6_O Scheibe 5 und Tellerrad 6 sind konzentrisch

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zueinander angeordnet und fest durch einen Kreis von Schrauben 7 miteinander verbundene Auf dem Lagerzapfen 8 der Scheibe 5 sitzt das Lager 9₀ Das Tellerrad 6 trägt in seinem Inneren die beweglichen, inneren, konischen Ringflächen, glatt und gezahnt, und an seinem Äußeren die beweglichen, äußeren, konischen Ringflächen, glatt und gezahnt, die konzentrisch und feststehend zueinander und zur Scheibe 5 angeordnet sinde

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig« 1 ist eine glatte, äußere_f feststehende, konische Ringfläche 19 unmittelbar auf der Erweiterung 36* der Welle 4 angeordnet und weist entsprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180 -a auf β

Eine glatte, äußere, bewegliche, konische Ringfläche 12 ist unmittelbar auf dem Tellerrad 6 angeordnet und weist ent-

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sprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180 -a aufο Diese glatte äußere Ringfläche 12 rollt ohne Gleiten auf der glatten,äußeren,feststehenden Ringfläche 19_O

Eine gezahnte_f äußere, feststehende Ringfläche 18 ist auf der Erweiterung 36* der Welle 4 angeordnet_o Diese konische Ringfläche weist ebenso entsprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180 - α auf und ist mit einer gezahnten, äußeren^ bewegliche^ konischen Ringfläche 11 in Eingriff, die auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist_o

Eine glatte, innere, festehende, konische Ringfläche 25 ist auf einem Ring 23 aus gehärtetem Stahl zentrisch zum Fortsatz 26 der Welle 4 angeordnet₀ Der Spitzenwinkel der Ringfläche 25 liegt in der Nachbarschaft von 60 sexagesimal und die Mantellinie wird in zwei gleiche Abschnitte durch die Winkelhalbierende AB geteilt.

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Eine glatte, innere, bewegliche, konische Ringfläche 16 liegt auf einem gehärteten Stahlring 15, der zentrisch auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist«, Der Spitzenwinkel der konischen Ringfläche 16 ist gleich dem Spitzenwinkel der konischen Ringfläche 25, vermehrt um 2 oc „

Eine gezahnte, innere, feste, konische Ringfläche 21 ist zentrisch auf dem Fortsatz 26 angeordnete Ihr Grundkegel entspricht dem Basiskegel mit einem Spitzenwinkel von 180 -ex, und die Ringfläche 21 greift in eine gezahnte, innere, konische Ringfläche 14 des gleichen Basiskegels ein, die auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist_o

Das Spiel in Umfangsrichtung zwischen den gezahnten Ringflächenpaaren 11-18 und 14-21 ist sehr gering, kleiner oder gleich 0,05 mm.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig_o 1 hat ein radiales äußeres, festes zylindrisches Rollwiderlager 20 mit dem Kegel-

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spitzenwinld. 0 , das auf der Erweiterung 36' der Welle 4 angeordnet ist und die äußere konische Ringfläche 9 begrenzt,,

Mit dem Widerlager 20 wirkt ein äußeres, bewegliches Widerlager 13 zusammen, das einen Spitzenwinkel von 2a aufweist und das auf einem Kranz 61 angeordnet ist, der auf dem Tellerrad 6 innerhalb der verzahnten Ringfläche 11 sitzt.

Ein inneres radiales Widerlager wird unmittelbar von der bereits genannten konischen, festen Ringfläche 25 gebildet, deren Spitzenwinkel in Verbindung mit der beweglichen konischen Ringfläche 16 dies ermöglicht,, Um diesen Winkel sehr klein zu machen, damit ein gutes radiales Widerlager entsteht, ist eine ebene Fläche 24 mit einem Spitzenwinkel von 180 vorgesehen, die mit einer konischen Ringfläche mit dem Spitzenwinkel von 180 -2 ac zusammenwirkte

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c Civile de Recherches PA S(;h(5nher3 U₀ Snrwe S 199

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Die ebene bewegliche Stützfläche 24 ist auf einem Abschnitt 22 angeordnet, der konzentrisch zum Fortsatz 26 zwischen dem Stahlring 23 und der gezahnten Ringfläche 21 sitzte Die drei Teile, der Stahlring 23, der Abschnitt 22 und die gezahnte Ringfläche 21, sind fest auf dem Fortsatz 26 durch eine Mutter 27 gehalten, die in üblicher Weise arretiert ist_o Diese drei Teile sind gegen Drehung durch Nuten gesicherte

Eine konische Ringfläche 17 ist auf einem Ring 15 angeordnet, der zylindrisch innerhalb der verzahnten Ringfläche sitzt, wobei diese Teile fest mit dem Tellerrad 6 verbunden sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die miteinander zusammenwirkenden verzahnten Ringflächenpaare gleich angeordnet, wie die Ringflächenpaare 11-18 und 14-21 des Ausführungsbeispiels nach Fig₀ 1#

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Soc_c Civile de Recherches_oJo PA Si; h< in Kerr U₃ Snrwe S 199

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Die äußeren konischen Ringflächen 12 und 19 sind ebenfalls identisch denen des Ausführungsbeispiels nach Fig_o l_r wobei jede Ringfläche den gleichen Spitzenwinkel von 180 - ο gemäß den Grundkegeln geschnitten durch die Winkelhalbierende AB aufweist,. Ebenso entspricht ein äußeres Winderlager 13-20 dem der Äusführungsform nach Fig_o I₀

Im Gegensatz dazu sind die glatten, inneren Ringflächen vollständig anders ausgebildet. Eine feste konische Ringfläche 62 mit einem Spitzenwinkel von 180 - Oi wirkt mit einer beweglichen konischen Ringfläche 63 mit dem gleichen Spitzenwinkel zusammen_f wobei diese beiden Ringflächen ohne Gleiten entsprechend den Grundkegeln geschnitten durch die Winkelhalbierende AB aufeinanderrollen_o

Die konische Ringfläche 62 ist auf einem Ring 64 angeordnetf der fest auf dem Fortsatz 26 sitzt_¥ und die konische Ringfläche 63 ist auf einem Ring 65 angeordnet, der fest innerhalb der gezahnten Ringfläche 14 im Tellerrad 6 sitzt_β

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c Civile de Renherches«, _Jo PA Suhünherj U₀ Snrwe S 199

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Das zweite Rollwiderlagerj das wegen der Form der Ringflächen 62 und 63 notwendig ist, ist gebildet durch eine zylindrische Oberfläche 66 auf dem Tellerrad 6, die auf einer konischen Ringfläche 67 mit einem Spitzenwinkel von 180 -2a abrollt, angeordnet auf der Erweiterung 36* der Welle 4. Die zylindrische Oberfläche 66 ist gewölbt, dji. sehr leicht sphärisch ausgebildete

Die Scheibe 5 weist weiterhin Flügel auf, die mit Zylindern zusammenwirkeηο Einer dieser Flügel ist in den Fig_o 1, 2_f 5 und 6 erkennbare Jeder Flügel trägt eine Befestigung für die Pleuelstange des zugeordneten Zylinders₀ Der Mittelpunkt der Pleuelstangenbefestigung ist an der mit 0 bezeichneten Stelle_ς Dieser Punkt 0 liegt in einer Ebene zz¹, die rechtwinklig zur Achse yy¹ im Schnittpunkt mit der Achse xx* liegt. Somit beschreiben alle Punkte dieser Ebene und insbesondere der Punkt 0 bei Drehung der Achse yy* um die Achse xx* eine Bahn, die gleich der Schnittlinie zwischen

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einer Kugel mit dem Mittelpunkt S und dem Radius OS und einem inneren Zylinder in dieser Kugel ist, mit einer zu der Achse xx^f parallelen Achse und dem Durchmesser OS (1 - cos α)o

Die Projektion dieser Schnittlinie auf die radiale Ebene der Fig_o 1 ist ein Kreisbogen mit dem Mittelpunkt S und dem Radius OS. Die Projektion der Schnittlinie in eine zur radialen Ebene senkrecht stehende Schnittebene ist eine Schleifenlinie in Form einer Acht, und die Projektion der Schnittlinie in eine rechtwinklig zur Achse xx¹ stehende Ebene ist ein kleiner Kreis mit dem Durchmesser OS (1 - cosa) im aufrechten Abschnitt des berührenden Zylinders_o

Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, die Achse MN des Motorzylinders durch die Achse des Berührungszylinders zu führen (Fig. 5)_ς Auf diese Weise hat der Punkt

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Soc_o Civile de Rechecnhes₀oo PA Schönhviri u_o Sei we S 199

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ständig einen konstanten Abstand I¹ von der Achse MN, und die Pleuelstange PO steht ständig im konstanten Winkel β zu MN₀ An den beiden Totpunkten hoch und tief ist der Punkt 0 unterhalb der Achse MN, wie auch der Winkel ^Λ _ο Somit ergibt sich, daß die Achsen der Pleuelstangen in den beiden Totpunkten parallel sind, verschoben um den Winkel /} zur Achse MN₀ Werden nur die beiden Totpunkte betrachtet, so ist die gesamte Befestigung der Pleuelstange auf der Taumelscheibe um /3 in bezug zu den Achsen MN und AB verschoben«, In diesem Fall ist insbesondere die Winkelhalbierende kk¹ des Winkels oc um den Winkel α in bezug zur Winkelhalbierenden AB verschobene, Weiterhin ist im Punkt die Achse einer auf dem Flügel der Scheibe 5 befestigten Stütze um den Winkel 0 in bezug zur Achse yy¹ verschobene

Vorteilhaft unterliegen alle mittleren Stellungen des Punktes 0 zwischen den beiden Totpunkten nicht der Hauptverschiebung, und während der gesamten Verschiebung des Punk-

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tes 0 bleibt der Winkel der Achse PO mit der Achse der Stütze 52 bis auf eine kleine Abweichung nahezu konstant^ die entweder vernachlässigbar ist oder deren Betrag genau berechnet werden kann«

_ OS (T -

η _. VA3 V ι - COS Oi

PO

Nach den Fig₀ 1 und 5 hat der Stumpf 55 der Pleuelstange die gerade Achse PO₀ Der Stumpf ist mit einem Kolben bzw. der Pleuelstange 60 durch ein Gewinde 59 oder andere Verbindungsmittel lösbar verbundene Der Stumpf 55 weist eine ebene Stützfläche 58 auf, die im rechten Winkel zur Achse PO im Abstand zu 0 liegt, so daß die Winkelhalbierende kk¹ die Ebene in einem mit R bezeichneten Punkt näher am Umfang als in der Mitte schneidet₀ Auf einer Erweiterung des Stumpfes 55 ist eine weitere ebene Abstützfläehe 57 rechtwinklig zur Achse PO und im Abstand von 0 entgegengesetzt zum Punkt P angeordnet, so daß die Winkelhal-

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Sooo Civile de Rechfcvc!ies._oo PA Schönhorr u„ Serwe S 199

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bierende kk^J die Stützfläche in einem mit T bezeichneten Punkt genau in der Mitte der Krone trifft«, Die Erweiterung weist eine äußere Oberfläche 56 mit einem Kugelabschnitt mit dem Mittelpunkt 0 auf_o

Nach den Fig_o 5 und 6 sitzt der Stumpf 55 in einer Halterung, die auf dem Flügel der Scheibe 5 befestigt ist₀ Diese Halterung weist mehrere Abschnitte auf, die mit der Oberfläche des Stumpfes zusammenwirken

Die Halterung hat einen Stützbolzen 52 aus hartem Stahl in Form eines Kegels 53 mit einem Spitzenwinkel von 180° -2a«, Dieser Kegel ist um den Punkt R, Mittelpunkt der Berührung mit der Ebene 58 des Stumpfes 55 leicht gewölbt ausgebildete

Die Halterung weist weiterhin eine Widerlagerkrone 47 auf, die eine konische Fläche mit dem Spitzenwinkel von 180 -2a

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PA Schönhorr u_u5erwe S 199

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hat,, Diese Fläche ist leicht gewölbt um den Punkt T ausgebildetp der der Mittelpunkt der Berührung mit der Abstützfläche 57 der Krone des Stumpfes ist_o

Schließlich weist die Halterung eine Lagerbuchse 49 aus Leichtmetall mit einem geringen Reibungskoeffizienten auf_e Diese Lagerbuchse 49 hat eine innere halbkugelförmige Fläche 51, die in Gleitberührung mit der gewölbten Fläche 56 des Pleuelstumpfes ist„

Der Stützbolzen 52, die Widerlagerkrone 47 und die Lagerbuchse 49 sind konzentrisch in einem Gehäuse 45 angeordnete Das Gehäuse ist mit Schrauben 46 am Flügel derart befestigt, daß gleichzeitig Stützbolzen, Widerlagerkrone und Lagerbuchse am Flügel gehalten sind_e Zwischen den drei Abschnitten der Halterung sind zwei Keile 48 und 50 angeordnet, wobei mit dem Keil 48 das Spiel der kugelförmigen Führung und mit dem Keil 50 das axiale Spiel der rollenden Berührung

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einstellbar ist«, Das Gehäuse 45 hat seine größte Dicke an der Mantellinie in der Nähe der Achse xx% da in diesem Bereich die Trägheitskräfte des Kolbens am größten sind₀ Diese maximale Dicke des Gehäuses nimmt stetig ab, und der der Achse xx* abgewandte Abschnitt ist abgestumpft, da das Gehäuse in diesem Abschnitt keine Kräfte aufnehmen muß und es wichtig ist, die Trägheit der Taumelscheibe zu verringern«,

Nach Fig_o 7, die den Kolben und die Pleuelstange 60 in vergrößertem Maßstab zeigt, ist der Kolben eine Erweiterung der Pleuelstange durch eine Kehle mit großem Radius 68, damit die Grundfläche 69 des Kolbens eine ausreichende Festigkeit hat, eine Ableitung des Wärmeflusses nach der Mitte gewährleistet ist und die Pleuelstange gut durch Öl benetzt ist, wodurch die Kolbenringe thermisch entlastet werden.

Der Kolben weist eine Krone 70 auf, die eine Nut 71 zur Aufnahme von Abdichtkolbenringen hat, deren Mitte durch den

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Civile de Recharchos₀₀o PA Schcnnerr u_g Serwe S 199

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mit P bezeichneten Punkt bestimmt ist_f der der Mittelpunkt der Taumelbewegung der Kolbenpleuelstange ist„ Ein einfacher oder doppelter Kolbenring 72 hat eine sphärisch ausgebildete Oberfläche, die mit der Innenbohrung des Zylinders in Berührung steht₀ Um eine ständige Berührung der Zylinderwand während der Taumelbewegung zu gewährleisten, ist die Breite A des Kolbenringes größer als ß φ . Beidseits des Kolbenringes 72 ist die Oberfläche der Krone derart konisch ausgebildet, daß sie in allen Grenzstellungen in den Zylinder eingepaßt ist, wobei eine Mantellinie des inneren Kegels 73 sich am Zylinder abstützt, was wegen der geringen seitlichen Kraft des Kolbens zulässig ist. Der äußere Kegel 74 an der Seite des Brennraumes berührt nie die Innenbohrung des Zylinders„ Als Ölabstreifer dienen zwei dünne Abstreifringe 75, die in kreisförmigen Ausnehmungen der Krone 70 sitzen und zwischen denen Durchtrittsöffnungen 76 angeordnet sind_o

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Civile de PA Sohcnhtri u_o Serwe S 199

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Bei der verbesserten Ausführungsform eines Kolbens mit schwenkbarem Kolbenmantel ist ein Kolben 95 fest mit dem Pleuelstumpf 55 verbundene Der Kolben 95 weist in seinem hinteren Abschnitt eine kugelförmig ausgebildete Lagerfläche 96 auf, die mit einem Gegenkolben 97 zusammenwirkte Der Gegenkolben 97 ist mit einer Glocke 98 verbunden, die in ihrem mittleren Abschnitt eine kugelförmige Lagerfläche 99 aufweist, die sich gegen ein Lager 100 des Schaftes 101 des Kolbens abstützt.

Der Kolben 95 ist in einem Abschnitt oberhalb einer Nut konisch ausgebildet, in der zwei Kolbenringe 72 sitzen,, Der mit P bezeichnete Mittelpunkt dieser Nut ist der Bewegungsmittelpunkt der Taumelbewegung des Kolbens 95 und seiner Pleuelstange 55_O

Bei der weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach Fig_o ist ein Kolben Π in seinem Äußeren einschließlich der KoI-

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benringe in bekannter Weise ausgebildet,, Der Kolben hat in seinem mittleren Abschnitt eine Lagerpfanne 78 mit einer konischen Lagerfläche 79_S die einen Spitzenwinkel von 180 -2 /3 aufweist₂ und einen Ring 80 mit einer konischen Lagerfläche 81 von gleichem Spitzenwinkel_e Der Ring 80 ist getragen von radialen Querrippen 82 und einer Querplatte 83, so daß die konische Lagerfläche 81 fest angeordnet istο Die Querplatte 83 weist Öldurchtrittsöffnungen 84 auf_o Der Stumpf der Pleuelstange 55 ist mit dem Stumpf 85 des Kolbens durch eine Hülse 86 verbunden» Der Stumpf 85 weist, wie der Stumpf 55, zwei ebene Flächen auf, die rechtwinklig zu den Achsen stehen, eine innere Lagerfläche 87, die sich gegen die konische Lagerfläche 79 abstutzt, und eine äußere Lagerfläche 88, die sich gegen die konische Lagerfläche 81 abstützt,, Weiterhin ist eine Erweiterung durch einen kugelförmigen Abschnitt 89 begrenzt, der mit ifiel in halbkugelförmige Lager 90 der radialen Rippen 82 eingreift,, Zwei Sätze von Keilen ermöglichen die Einstellung des axialen Spiels und des Umfangsspiels_o

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Die Pleuelstange aus den beiden Pleuelstümpfen 55 und 85 bildet mit ihrer Achse stets einen Winkel von ß mit der Achse MN des Zylinders und des Kolbens und dreht sich um die Achse MN mit der Geschwindigkeit 2^.

Bei der Ausführungsform der Befestigung der Motorachse nach Fig. 3 besteht die Motorachse aus den Achsabschnitten 3 und 3', die ineinandergreifen und durch Zapfen miteinander verbunden sind₀ Das Rollenlager 28 an der Seite des Kurbelarms ist gleich dem entsprechenden Rollenlager bei der Ausführungsform nach Fig_o 1 und weist Rollen mit hoher Belastbarkeit auf_o Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Rollenlager 29 durch ein doppeltes Kugellager 29* in schräger Berührung ersetzt. Dieses Kugellager nimmt alle Beanspruchungen, die von der Anord- nung der Taumelscheibe 5 oder von außerhalb durch das Steuerrad 30 kommen, auf«,

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Der Kurbelarm 10 weist eine Bohrung 91 mit einer Achse uu' auf, die parallel zur Achse xx^f ist_o Der mit D bezeichnete Mittelpunkt des Drehzapfens liegt im Schnittpunkt der Achsen uu¹ und yy*_o Der Abstand des Punktes D zur Achse xx¹ ist der gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig_o 1, ebenso die Länge der Strecke SD und der Winkel a₀ Die Scheibe 5 trägt auf ihrer Achse yy¹ gleicherweise ein Rollenwälzlager 9_S das jedoch eine äußere Lagerschale 92 aus einem gedrehten Zylinder mit der Achse uu¹ aufweist, der verschiebbar in der Bohrung 91 sitzt_o In der Fig. 3 ist das Wälzlager wie auch die Scheibe in eingeschobener Stellung dargestellte Entsprechend der Beanspruchung der Welle 4 kann die Motorachse 3-3* sich um einige Millimeter verschieben^ wobei die Gerade SD parallel verschoben wird.

Während des Betriebs des Motors dreht sich die Lagerschale 92 nicht in der Bohrung 91_f da sich sonst die Stellung

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der Achse yy^f zur Ebene uu'/xx¹ veränderte„ Darüber hinaus ist der Winkel ix ausreichend groß, um ohne besondere Hemmung diese relative Drehung zu verhindern,, Zur Sicherheit ist ein zylindrischer Stift 94 im Achsenabschnitt 3' in der Nähe der Achslinie angeordnet, der in eine entsprechende Nut 93 der Lagerschale 92 einschiebbar ist und so jede unerwünschte Drehung verhinderte

Die Kolbenmaschine arbeitet wie folgts Die Kolben nehmen den Über- oder Unterdruck auf und übertragen den Druck auf die Befestigungen der Pleuelstange_o Sie sind der Sitz der Trägheitsenergie während der schnellen Bewegung der Maschine₀

Die resultierende Kraft F der Druckkräfte hat die Richtung POo Die Pleuelstange bewirkt eine gleiche Gegenkraft bei R und ein Moment F χ OR₀ Dieses Moment ist durch ein Gegenmoment im Gleichgewicht, das zwei Kräfte erzeugte Eine

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Seitenkraft auf den Kolben 60 bei 73 und eine Seitenkraft auf die Halbkugel der Führung 56. Diese Kräfte haben den Wert

F χ JtL. ~ o,O6F PO

Diese seitlichen Stoßkräfte auf den Kolben und die Lagerschalen sind sehr gering«,

Die Reaktionskräfte aufgrund der Trägheitskräfte F^f haben den Wert

F^f χ -2L· a 0,16F' PO

F¹ ist sehr klein, weil die Masse des Kolbens und der Pleuelstange sehr gering ist«,

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Diese Kräfte, die Resultierende der Druckkräfte und die Resultierende der Trägheitskräfte wirken einander entgegen₀ Ihre Resultierende ist daher kleiner als jede dieser Kräfte„

In der Halterung der Pleuelstange wirkt noch eine weitere Hilfskraft (Fig_o 5)₀ Die Pleuelstange dreht sich in einem Winkel β um die Achse MN mit der Winkelgeschwindigkeit 2*> _t wobei ~> die Geschwindigkeit der Motorachse ist_o Somit wirkt

2 auf die Pleuelstange eine Zentrifugalkraft von 4M^ OP„ Diese Kraft wirkt mit den Druckkräften und den Trägheitskräften in der Lagerbuchse 49 zusammen« Die Berechnungen zeigen, daß in allen Betriebszuständen des Motors die Wirkung der resultierenden Kraft aus allen genannten Kräften auf die Lagerbuchse 49 sehr gering ist.

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Leerseite

Claims (1)

1. Civile dc R&cherches _{s o} PA Schdrherr u_o Scrwe

   Patentansprüche

   \ I₉J Taumelscheibenmaschine, insbesondere thermischer Kolbentaumelscheibenmotor, mit Kolben und einer mit den Kolben verbundenen Taumelscheibe mit einer schräggestellten Achse^ deren Drehung durch Rollen ohne Gleiten von zwei auf der Taumelscheibe ausgebildeten Ringflächen auf zwei dazu im Winkel im Maschinengehäuse angeordneten konischen Ringflächen erfolgt, wobei die gemeinsame Mantellinie der konischen Ringflächenpaare die Winkelhalbierende des Winkels zwischen Maschinenachse und Taumelscheibenachse ist, und die Taumelscheibe an einer Seite mit ihrer Achse mit einem Kurbelarm der Motorachse verbunden ist und an der anderen Seite gelenkartig in der Mantellinie durch Berührung zweier gezahnter Ringflächenpaare gehalten ist, deren Grundkegel ein Doppelkegel ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sich berührende und miteinander zusammen-

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   ORIGINAL INSPECTED

   Civile de Renherches_o._o PA Schönherr u_o Snrwe

   wirkende konische, glatte Ringflächenpaare (19-12,. 25-16 bzw_o 62-63, 20-13, 24-17 bzw_o 67-66) vorgesehen sind, daß die Ringflächen koaxial zueinander und aneinander angrenzend angeordnet sind und daß die Spitzenwinkel derart im Bereich von 0-180 bestimmt sind, daß bei Betrieb der Maschine durch die zusammenwirkenden Ringflächenpaare der Drehmittelpunkt (S) der Taumelscheibe (5_S 6) auf der Maschinenachse (xx¹) liegte

   2„ Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier miteinander zusammenwirkende Ringflächenpaare (19-12, 25-16 bzw« 62-63, 20-13, 24-17 bzw. 67-66) vorgesehen sind, von denen zwei Stützringflächenpaare (19-12, 25-16 bzw_o 62-63) der axialen Führung dienen und die beiden anderen Führungsringflächenpaare (20-13, 24-17 bzw„ 67-66) der radialen Führung der Taumelscheibe (5, 6) dienen,,

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   Soc Civile ds. Rfecherches₀₀o Pm Schönherr u_o Scrwe S 199

   3„ Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet, daß die Stützringflächenpaare (19-12, 25-16 bzw» 62-63) den Spitzenwinkel des Grundkegels der gezahnten Ringflächen (18-11, 21-14) haben und daß die Führungsringflächenpaare (20-12, 24-17 bzw, 67-66) jeweils eine zylindrische Ringfläche (20, 24 bzw«, 66) mit dem Spitzenwinkel 0 und eine konische Ringfläche (13, 17 bzw«, 67) mit dem Spitzenwinkel 2 α haben, wobei o. der Winkel zwischen der Taumelscheibenachse yy¹ und der Maschinenachse xx¹ ist_o

   4«, Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle feststehenden Stützflächen (18, 19, 20, 21, 24, 25, 67) auf einer Reaktionswelle (4) angeordnet sind, die das Maschinengehäuse (2) überragt und die an ihrem überragenden Ende mit einer Blattfederanordnung (38, 39) zur Veränderung des Kompressionsdruckes und zur unmittelbaren Übertragung der Reaktionskraft auf das Maschinengehäuse verbunden ist«,

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   Civile de Rfer.herches_oe. Pa Schönherr u_o Serwe S 199

   5o Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorachse (3_e 3') gegen eine Längsverschiebung in Richtung der Maschinenachse (xx¹) durch ein Wälzlager (29^f) gehalten ist und daß in dem Kurbelarm (10) der Motorachse eine zylindrische Ausnehmung (91) angeordnet ist, in der der Lagerzapfen (8) der Taumelscheibe (5_t 6) in Richtung der Maschinenachse verschiebbar gelagert ist₀

   6_O Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Pleuelstange (55) mit der Taumelscheibe (5, 6) entgegengesetzt beaufschlagte konische Stützflächenpaare (53-58, 54-57) und eine kugelförmige Lagerschale (49) aufweist_o

   7„ Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Stützflächenpaare (53-58 bzw. 54-57) der Befestigung der Pleuelstangen (55) jeweils eine ebene Stützfläche (57, 58) mit

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   Civile dt Recherches_o#o PA Schcnherr u_e Serwe S 199

   einem Spitzenwinkel von 180 und eine konische Stützfläche (53, 54) mit einem Spitzenwinkel von 180 -2 a aufweise^ wobei die ebenen Stützflächen auf der Pleuelstange (55) und die konischen Stützflächen auf der Taumelscheibe (5, 6) angeordnet sind_e

   8_e Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7g dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Stützflächen (53, 54) der Befestigung der Pleuelstange (55) sowie die Lagerschale (49) zentrisch in einem Gehäuse (45) angeordnet sind, das auf der Taumelscheibenachse (5, 6) mit zwei Schrauben (46) befestigt ist und das in seinem äußeren Abschnitt zur Verringerung der Trägheitsmasse abgestumpft ist«,

   9ο Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (77₁ 95) lösbar mit den Pleuelstangen (55) verbunden sind«,

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   Soc_e Civile de Recherches_o._o PA Schönherr U₀ Strwe S 199

   10₀ Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben doppelkegelartig ausgebildet sind und im Bereich der Grundlinie der beiden Kegel eine Nut (71) aufweisen, in der ein oder zwei Dichtringe (72) mit kugelförmiger Dichtfläche sitzen, wobei der Mittelpunkt der Nut der Mittelpunkt (P) der Taumelbewegung des Kolbens der Pleuelstange (55) ist_o

   11„ Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (77) mit herkömmlicher äußerer Form und üblichen Kolbenringen gelenkig mit den Pleuelstangen (55, 85) durch konische Abstützflächenpaare (79-87_e 81-88) und eine Lagerschale (99) zur radialen Führung verbunden sind, wobei der Taumelwinkel die Größe ß aufweist, und daß die Pleuelstangen zwei lösbar miteinander verbundene Abschnitte (85, 55) aufweisen,,

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