DE2946490C2

DE2946490C2 - Druckluftkolbenmotor als Antrieb für ein Spielzeug

Info

Publication number: DE2946490C2
Application number: DE2946490A
Authority: DE
Inventors: Kenzo Akiyama; Ryoji Tokyo Tomiyama
Original assignee: Tomy Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tomy Kogyo Co Ltd
Priority date: 1978-11-21
Filing date: 1979-11-17
Publication date: 1984-08-23
Also published as: IT7950851A0; CA1108488A; GB2041456B; IT1164764B; GB2041456A; FR2442333A1; MX150420A; DE2946490A1; FR2442333B1; IT7936193V0; ES486106A1; US4329806A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftkolbenmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Motor der vorstehend genannten Art ist der Stößel als Nase an der Oberseite des Kolbens ausgebildet. Die Einlaßkammer mit dem Kugelventil ist unmittelbar über dem Arbeitsraum angeordnet und wird direkt durch den Stößel betätigt. Die Auslaßkammer mit Auslaßschlitzen liegt unterhalb des Kolbens. Die den Stößel bildende Nase öffnet das Kugelventil bereits vor Erreichen der oberen Totpunktlage, so daß der Kolben dann gegen das bereits einströmende Arbeitsmedium arbeiten muß. Auch bei der Bewegung des Kolbens nach oben nach dem Verschließen der Auslaßschlitze und vor dem Auftreffen der Nase auf das Kugelventil muß der Kolben gegen den dann in dem Arbeitsraum herrschenden Druck arbeiten (Zeitschrift »Mechanikus« 1953, Heft 5, Seite 145, Ausführungsform II).

Weiterhin ist ein Druckluftkolbenmotor mit einer anderen, nämlich einer Schiebersteuerung bekannt, der in ein Spielzeug eingebaut ist. In dem Spielzeug befindet sich ein Druckluftbehälter, der durch eine Pumpe unter eo Druck gesetzt wird. Der Schieber wird durch einen Getriebemechanismus gesteuert, der ein Hebelgestänge aufweist, das an der Kurbelwelle angelenkt ist. Auch bei diesem Druckluftkolbenmotor ist der Teil des Zylinders, der nicht als Arbeitsraum wirkt, mehr oder weniger unter Druck, so daß der Kolben gegen diesen Druck arbeiten muß (US-PS 8 19 653).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Druckluftkolbenmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der dadurch mit einem günstigeren Wirkungsgrad arbeitet, daß der Kolben bei seinem Rüikhub, d. h. bei seiner Bewegung zurück in die obere Totpunktlage, in der dann die Druckluftbeaufschlagung erfolgt, druckentlastct ist, d. h. nicht gegen einen mehr oder weniger starken Kammerdruck arbeiten muß.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches gelöst

Die einzelnen Kammern werden durch das Zusammenwirken von Ventilstange und Stößel sowie Kugelventil so mit Druckluft versorgt bzw. vom Druck entlastet, daß der Kolben bei seiner Bewegung zurück in die obere Totpunktlage, in der er mit Druckluft beaufschlagt werden soll, nur gegen den Umgebungsdruck arbeitet Wenn sich der Kolben nach der Durchführung eines Arbeitshubes wieder zurück in seine obere Totpunktlage bewegt, ist die Zwischenkammer mit der Auslaßöffnung verbunden und das Kugelventil ist geschlossen, so daß die Druckluftzufuhr unterbrochen ist. Erst wenn der Kolben seine obere Totpunktlage wieder erreicht hat, und der Arbeitsraum mit Druckluft versorgt werden soll, wird die Zwischenkammer von der Auslaßöffnung getrennt und das Kugelventil wird durch den Stößel geöffnet, so daß der Arbeitsraum mit Druckluft versorgt wird und der Kolben seinen Arbeitshub durchführen kann. Hierbei wird der Kolben auf seiner anderen Seite wiederum nicht durch einen dort anstehenden Druck oder eine durchzuführende Kompressionsarbeit behindert.

In dem Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung unter Schutz gestellt.

Die Ansprüche 3 und 4 sind auf unterschiedliche Ausführungsformen hinsichtlich des Getriebemechanismus zur Betätigung der Ventilstange gerichtet.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Spielzeuges, nämlich eines Fahrzeuges mit einem Druckluftkolbenmotor nach der Erfindung;

F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Druckluftkolbenmotors nach der Erfindung;
F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 der F i g. 2; F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 der F i g. 3; F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Nockensteuerung;

Fig.6 einen Teilschnitt der demjenigen nach Fig.3 entspricht, jedoch im vergrößerten Maßstab; und

F i g. 7 einen Schnitt durch einen Druckluftkolbenmotor einer anderen Ausführungsform.

Der Druckluftkolbenmotor 12 der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 6 ist in ein Spielzeug 14 eingebaut, das einen Rahmen (nicht gezeigt) hat, auf dem die Fahrzeugkarosserie 18 aufgesetzt ist. Ein Druckluftbehälter, ζ. B. eine Kunststoffflasche 20, ist mit Hilfe von Gummibändern auf dem Rahmen befestigt. Die Achsen 22 und 24 sind drehbar in dem Rahmen gelagert. Die Vorderräder 26 sind auf der Achse 22 fest angebracht, wohingegen die Räder 28 und ein Zahnrad 30 auf der Achse 24 befestigt sind. Der Motor 12 weist eine Welle 32 (F i g. 3) auf, auf der ein Schwungrad 34 und ein Zahnrad 36 befestigt sind. Das Zahnrad 36 steht mit dem Zahnrad 30 im Eingriff um das Fahrzeug anzutreiben.

Der Druckluftbehälter 20 ist mit einer luftdichten Kappe 38 versehen, die eine Öffnung aufweist. Ein Ende eines luftdichten flexiblen Schlauches 42 ist dicht mit dieser Öffnung verbunden, während das andere Ende

dieses Schlauches 42 dicht mit der entsprechenden Öffnung eines Ventiles 46 verbunden ist, das ebenfalls am "ahmen angebracht ist Entsprechend ist ein Schlauch 48 dicht mit der öffnung 50 des Ventiles 46 verbunden, während das andere Ende des Schlauches 48 mit der Einlaßöffnung 52 des Motors 12 verbunden ist Ein weiterer flexibler Schlauch 54 ist mit einer Einlaßöffnung 56 des Zylinders 104 verbunden, während das andere Ende des Schlauches 54 mit einer Luftzuführöffnung 60 verbunden ist In eine Füllöffnung 62 paßt ein Schlauch 64 einer Luftpumpe 68 mit Handgriff 66. Das Ventil 46 ist ein Sicherheitsventil, so daß verhindert wird, daß der Druckluftbehälter 20 mit zu hohem Druck versorgt wird. Wenn dieser Sicherheitsfall eintritt strömt die Luft mit Oberdruck bei 70 aus. Der Zylinder 104 kann ebenso wie die Gehäuseteile 106 und 108 aus Kunststoff hergestellt sein. Versteifungen UO, 112 und 114 dienen über eine öffnung 116 gleichzeitig der Befestigung am Rahmen.

Den F i g. 2,3 und 6 ist zu entnehmen, daß uie Einlaßöffnung 52 in eine Einlaßkammer 120 führt. Diese ist durch eine Wand 124 von einer Zwischenkammer 122 getrennt. In der Wand 124 ist eine Ventilöffnung 126 vorgesehen. Eine Auslaßkammer 128 innerhalb des Gehäuseteils 106 ist durch eine Wand 130 von der Zwischenkammer 122 getrennt. Die Ventilöffnung in dieser Wand 130 ist mit 132 bezeichnet. Die Zwischenkammer 122 ist über die Luftzuführöffnung 60 und den Schlauch 54 mit der Einlaßöffnung 56 in dem Deckel 144 des Zylinders 104 verbunden.

Insbesondere der Fig.3 ist zu entnehmen, daß eins Ventilstange 136, deren Durchmesser dem Durchmesser der Ventilöffnung 132 entspricht, in der Auslaßkammer 128 angeordnet und in dieser frei bewegbar ist. Das eine Ende der Ventilstange 136 ist über einen konischen Abschnitt 138 mit einem Stößel 140 von geringerem Durchmesser verbunden. Der Stößel 140 erstreckt sich dabei bis in die Ventilöffnung 126. Diese Ventilöffnung 126 arbeitet mit einer Kugel 142 zusammen und bildet so ein Kugelventil zwischen den Kammern 120 und 122. In der in F i g. 3 veranschaulichten Stellung füllt die Ventilstange 136 die Ventilöffnung 132 aus und verhindert so eine Druckluftströmung zwischen der Zwischenkammer 122 und der Auslaßkammer 128. Um die Wirksamkeit dieser Dichtung zu erhöhen, kann ein entsprechend viskoses Schmiermittel auf die Ventilstange 136 aufgetragen werden.

In der in Fig.3 gezeigten Stellung ist die Einlaßöffnung 52 mit der Luftzuführöffnung 60 verbunden. Wenn die Ventilstange 136 aus der in F i g. 3 gezeigten Stellung nach links bewegt wird und zwar in die Stellung nach Fig.6, kann das Strömungsmittel aus der Zwischenkammer 122 in die Auslaßkammer 128 strömen und durch eine Auslaßöffnung 146 entweichen. Wenn diese Stellung erreicht ist, wird das Kugelventil 126,142 zwischen den Kammern 120 und 122 geschlossen und die Luftströmung ist unterbrechen.

Der F i g. 3 ist ferner zu entnehmen, daß tier Kolben 148 einen flexiblen Flansch 150 aufweist. Der Kolben 148 ist in dem durch die Wände 144 mit Deckel gebildeten Zylinder 104 hin- und herbewegbar. Der Arbeitsraum ist mit !52 bezeichnet. In F i g. 3 nimmt der Kolben 148 seine obere Totpunktlage ein. Der Arbeitsraum 152 ist über den Schlauch 54 mit der Zwischenkammer 122 verbunden. An seiner Unterseite weist der Kolben 148 eine konische Vertiefung 154 auf, in der sich die Pleuelstange 158 abstützt. Aie Pleuelstange 158 ist auf der anderen Seite mit dei^i Kurbelzapfen 168 der Kurbelwangc 160 verbunden. Die Kurbelw jnge 160. die als Scheibe ausgebildet ist. ist auf der Welle 32 befestigt.

Wie der F i g. 5 zu entnehmen ist, ist die Kurbelwange 160 mit einem Nocken 164 versehen. Der Kurbelzapfen 168 ist in einer öffnung 166 der Kurbelwange 160 drehbar gelagert. Ein Vorsprung 172 auf der anderen Seite des Kurbelzapfens 168 gleitet auf einer ringförmigen Wand 170, die ein entsprechendes Widerlager bildet, um zu verhindern, daß der Kurbelzapfen 168 jus der öffnung 166 herausfällt

Der Nocken 164 betätigt die Ventilstange 136, um die vorstehend beschriebene Druckluftsteuerung durchzuführen. In Verbindung zu F i g. 3 ist zu sagen, daß in dem hier gezeigten Schnitt der höchste Punkt 174 (Fig.5) des Nockens 164 hier nicht gezeigt ist sondern über die Darstellungsebene vorsteht In dieser Stellung ist die Ventilöffnung 132 geschlossen, so daß d Druckluftbehälter 20 gefüllt werden kann. Danach br t eine geringe Drehung des Schwungrades 34 den Kolben 148 aus der oberen Totpunktlage heraus und der Motor 12 beginnt zu laufen.

Der Betrieb des Spielzeuges 14 nach Füllung des Druckluftbehälters 20 mit Hilfe der Pumpe 68 wird im folgenden kurz geschildert. Wenn sich der Kolben 148 in dem Zylinder 104 nach unten bewegt, trifft der Nocken 164 auf die Ventilstange 136 und nimmt diese mit. Hierdurch verschließt die Ventilstange 136 die Ventilöffnung 132 und gleichzeitig wird die Ventilöffnung 126 geöffnet, so daß die Druckluft aus der Einlaßkammer 128 in die Zwischenkammer 122 und von dort über die Luftzuführöffnung 60 und den Schlauch 54 in den Arbeitsraum 152 strömen kann. Hierdurch wird der Arbeitshub ausgelöst und das Schwungrad 34 beschleunigt. Die hierdurch in dem Schwungrad 34 gespeicherte Energie wird auf die Kurbelwange 160 übertragen. Wenn der Kolben 148 sich seiner untersten Stellung nähert, wird der Nocken 164 von der Ventilstange 136 gelöst, und die Kugel 142 unterbricht die Druckluftverbindung zwischen den Kammern 120 und 122. Gleichzeitig wird die Ventilöffnung 132 geöffnet und die Druckluft kann aus der Zwischenkammer 122 in die Auslaßkammer 128 strömen. Der Arbeitsraum 152 wird hierdurch von der Verbindung mit dem Druckluftbehälter 20 getrennt, gleichzeitig findet aber eine Verbindung zur Umgebungsluft statt. Wenn es gewünscht wird, kann eine Düse 156 in der Zylinderwandung 144 vorgesehen sein, um ein »Putt-putt-Geräusch« zu erzeugen. Eine weitere Drehung des Schwungrades 34 bewegt den Kolben 148 zurück in seine obere Tolpunktlage und der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich von neuem.

Der Druckluftmotor ist nicht nur geeignet zum Antrieb eines Fahrzeuges sondern gegebenenfalls auch als Antrieb für ein Flugzeug. Im letzteren Fall kann ein Schwungrad entfallen, da der Propeller gleichzeitig die Aufgabe des Schwungrades übernehmen kann. Der Rumpf des Flugzeuges kann gleichzeitig Druckluftbehältersein.

Eine zweite Ausführungsform eines Druckluftmotors 183 ist in F i g. 7 dargestellt. Dieser Motor 183 besitzt eine Einlaßkammer 186 und eine Zwischenkammer 188, die auf einem Teil eines Chassis 190 befestigt sind. In einer Wand 192 ist eine Ventilöffnung 194 vorgesehen, und c^;n Schlauch 196 führt dicht in eine Einlaßöffnung 198 der Einlaßkammer 186. Der Zylinder 199 besteht

b5 aus einer zylindrischen Wand 200 und einem Boden 202, der praktisch Teil des Chassis 190 ist, sowie aus einer öffnung 204 in dem Zylinderdeckel. Eine Kolbenstange 206 geht durch die öffnung 204 hindurch. Diese ist auf

der einen Seite mit dem Kolben 208 fest verbunden. Der Arbeitsraum ist mit 210 bezeichnet. Dieser Arbeitsraum ist über eine öffnung 212 mit der Zwischenkammer 188 verbunden. Wenn das durch eine Kugel 214 gebildete Ventil die in F i g. 7 gezeigte Stellung einnimmt, strömt die Luft aus der Einlaßöffnung 198 an der Kugel vorbei durch die Ventilöffnung 194 in die Zwischenkammer 188 und von dort durch die öffnung 212 in den Arbeitsraum 210. Hierdurch wird der Kolben 208 mit seiner Kolbenstange 206 nach oben bewegt. Diese Bewegung wird auf die Pleuelstange 216 übertragen, so daß die Kurbel 220 und damit die Welle 222 und das Schwungrad 224 in Drehung versetzt werden. Gleichzeitig wird die Stange 218, die zwischen der Pleuelstange 216 und der Kurbel 220 gelenkig befestigt ist, mit bewegt. Die Bewegung der Stange 218 wird auf die Stange 226 übertragen, die bei 230 durch eine Schraube drehbar an dem Chassis 190 befestigt ist. Das andere Ende der Stange 226 ist bei 233 auf die Ventilstange 232 angelenkt. Eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 208 erzeugt damit praktisch eine Hin- und Herbewegung der Ventilstange 232. Die Ventilstange 232 drückt die Kugel 214 von ihrer Ventilöffnung 194, wie dieses in F i g. 7 dargestellt ist. Die Auslaßkammer 234 ist zur Atmosphäre entlüftet. Die Zwischenkammer 188 ist von dieser durch die Wand 236 getrennt. Die Auslaßöffnung 238 ist in der Wand 236 ausgebildet. Wenn die Ventilstange 232 nach rechts bewegt wird, wird die Zwischenkammer 188 mit der Auslaßkammer 234 verbunden, so daß die Luft aus dem Arbeitsraum 210 entweichen kann, wenn das Schwungrad 224 den Kolben nach unten bewegt. Wenn der Kolben 208 seine unterste Stellung erreicht hat, wird die Ventilstange 232 wieder nach links bewegt, wodurch die Kugel 214 verschoben und gleichzeitig die Ausiaßöffnung 238 verschlossen wird. Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

40

45

55

60

b5

Claims

Patentansprüche:

1. Druckluftkolbenmotor als Antrieb für ein Spielzeug, bei dem der Zylinder eine Auslaßkammer mit Auslaßöffnung und eine Einlaßkammer aufweist, in der ein Kugelventil angeordnet ist, das über einen Stößel in Abhängigkeit von der Kolbenstellung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einlaßkammer (120; 186) und der Auslaßkammer (128, 146; 234) eine mit dem Arbeitsraum (152; 210) in Wirkverbindung stehende Zwischenkammer (122; 188) angeordnet ist, und daß der Stößel (140) an einer Ventilstange (136; 232) befestigt ist, die eine zwischen Auslaßkammer (128; 146; 234) und Zwischenkammer (122; 188) vorgesehene Ventilöffnung (132; 238) öffnet bzw. schließt und die über einen Getriebemechanismus mit der Kurbelwelle (32,160; 220,222) verbunden ist.

2. Druckluftkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (136; 232) einen größeren Durchmesser als der Stößel (140) aufweist, wobei die Ventilöffnung (132, 238) dem größeren Durchmesser entspricht.

3. Druckluftkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebemechanismus zur Betätigung der Ventilstange (136) einen an der Kurbelwange (160) angeordneten Nocken (164) aufweist.

4. Druckluftkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebemechanismus zur Betätigung der Ventilstange (232) als ein an dem Kurbelarm (220, 222) angelenktes Hebelgestänge (218,226) ausgebildet ist.

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