DE3019288A1

DE3019288A1 - Vorrichtung zum umwandeln von energie

Info

Publication number: DE3019288A1
Application number: DE19803019288
Authority: DE
Inventors: Primo 7760 Radolfzell Fantinel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1981-11-26

Description

Vorrichtung zum Umwandeln von Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum-Umwandeln von Energie, insbesondere von in einer Druckkammer durch Explosion eines Gasgemisches erzeugter Druckenergie in Bewegungsenergie, mittels alternierend in Bewegung gesetzten Kolben, welche über zumindest ein gemeinsames Verbindungsglied ein Getriebe antreiben, sowie ein Verfahren hierzu.
Vorrichtungen dieser Art sind als Dtto-Motoren, Dieselmotoren, Boxermotoren od. dgl. bekannt. Dabei wird in der Regel die Hubbewegung des Kolbens von einer Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen, welche ein Getriebe in Bewegung setzt. Die Kurbelwelle weist dabei meist eine sinuskurvenartige Form auf, wobei die PLeueLstangen an den ¢Wellenbergenw bzw. Wellentälern" angelenkt sind.
Die Verbindung zwischen Pleuelstangen und Kurbelwelle sind sehr verschleißanfällig, da sie die von den Explosionen erzeugten Stöße auffangen müssen. Das gleiche gilt auch für die Kurbelwelle selbst, die zudem noch infolge ihrer Form sehr bruchanfällig ist.
Ein bekanntes Problem sind auch die Kurbelwellenlager, welche leicht ausschlagen und häufig erneuert werden müssen.
Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile beseitigt und eine einfachere Herstellung und eine verbesserte Energieübertragung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Kolben über eine Pleuelstange verbunden sind, die in einem Mittelbereich mit einer bestimmten Länge eine Zahnung aufweist, in welche Stufenräder zumindest teilweise eingreifen und die Stufenräder untereinander in Verbindung stehen.
Vorteilhafterweise ist durch diese- Anordnung eine direkte Verbindung beider Kolben hergestellts so daß die durch die Explosion in den Druckkammern erzeugte Druckenergie direkt über die Pleuelstange von Kolben zu Kolben übertragen wird und keine Umsetzung von der Pleuelstange des einen Kolbens auf die Kurbeluelle und von dieser auf die Pleuelstange des zweiten Kolbens erfolgt. Hierbei entfallen vor allem die verschleißanfälligen Lagerteile von Kurbelwelle und Pleuelstangen.
Ein wesentlicher Teil der Erfindung ist die Ausgestaltung der Stufenräder. Sie bestehen aus einem Zahnkranz und einem darauf mit gemeinsamer Achse angeordneten mindestens teilweise gezahnten Ring. Letzterer teilt sich vorzugsweise in ein ungezahntes Halbrad und einen gezahnten Halbring -auf, wobei der Radius des Halbrades kleiner oder gleich ist dem Radius des Halbringes von der Achse bis- zu dessen Zahngrund. Da gleichzeitig die Stufenräder so beiderseits der Pleuelstange angeordnet sind, daß die Achsen- einen Abstand voneinander aufweisen, welcher dem doppelten Radius zuzüglich des Durchmessers der Pleuelstange entspricht, wird gewährleistet, daß nur die gezahnten Halbringe mit der Zahnung der Pleuelstange in Eingriff stehen können. Das Halbr-ad berührt die Zahnung nicht.
Erfindungsgemäß ist die Länge der Zahnung etwa gleich dem Umfang des gezahnten Halbringes.
Der Zahnkranz der Stufenräder bewegt sich außerhalb des Serührungsfeldes der Zahnung der Pleuelstange. Sein Radius kann gleich dem Radius des Halbrades oder gleich dem Radius des gezahnten Halbrades sein, jedoch auch eine-andere den Gegebenheiten des Getriebes entsprechende Größe aufweisen.
Die Zahnkränze der Stufenräder stehen miteinader über ein Zahnrad in Verbindung. Dieses bewirkt die synchrone Drehung der beiden Stufenräder. Gleichzeitig bildet es den Kopf einer Antriebswelle.
Diese erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die Übertragung der Druckenergie von der Pleuelstange über die Stufenräder auf eine Antriebswelle in einfachster Weise.
In den Druckkammern, -in welchen die Kolben gleitend angeordnet sind, werden abwechselnd in genauen Zeitabständen durch die Explosionen eines Gasgemisches Druckenergie erzeugt und die Kolben abwechselnd in gegenläufige Bewegung versetzt. Dadurch wird die Pleuelstange in einem gewissen Rahmen hin- und herbewegt. Deren Zahnung steht dabei immer mit dem gezahnten Halbring des einen Stufenrades in Eingriff und dreht dieses, während sie an dem ungezahnten Halbrad des anderen Stufenrades vorbeigleitet. Die beiden Stufenräder bewegen sich genau synchron und in einer Richtung, da sie über das Zahnrad miteinander verbunden sind.
Die Zündfolge der beiden Zylinderist so ausgelegt, daß die Zündung in der anderen Druckkammer in dem Augenblick erfolgt, wenn der gezahnte Halbring des einen Stufenrades die Zahnung der Pleuelstange abgelaufen hat und der Bereich des nichtgezahnten lalbrades erscheint sowie der erste Zahn des gezahnten Halbringes des anderen Stufenrades im Begriff ist, in die Zahnung der Pleuelstange einzuhaken. Da-dieses zweite Stufenrad der bisherigen Bewegung der Pleuelstange entgegenläuft, wird durch die Zündung in der Druckkammer und die dadurch erzeugte Energie der Pleuelstange eine gegenläufige Bewegungsrichtung gegeben, so daß das zweite Stufenrad wiederum die Zahnung ablaufen kann. Dieser Vorgang wiederholt sich nunmehr jeweils in einer bestimmten Zeitfolge. Dadurch werden die Stufenräder immer in der gleichen Richtung gedreht, ebenso das Zahnrad und mit diesem die Antriebswells Um eventuell auftretende tote Punkte" beim Einklinken der gezahnten Halbringe zu vermeiden, ist an der Antriebswelle erfindungsgemäß ein Schwungrad angeordnet, welches die Drehbewegung über den ntoten Punkt!" aufrecht erhält.
Durch diese Vorrichtung bzw. das Verfahren wird denkbar einfach die in den Druckkammern erzeugte; Druckenergie in Bewegungsenergie umgewandelt. Lagerteile, welche durch gleichzeitigen Stoß und Reibung verschleißanfällig erscheinen, sind nicht vorhanden. Der Lauf der Antriebswelle wird wesentlich gleichmäßiger.
Der erfinderische Gedanke umfaßt auch eine Vorrichtung und ein Ver-fahren den vorliegenden Art, bei dem die Antriebsarbeit von mehr als zwei Kolben vorgenommen wird. So kann z.B. rechtwinkelig zur vorgesehenen Pleuelstange eine weitere Pleuelstange gleicher Art von Kolben bewegt vorgesehen sein, wobei dann der Ring der Stufenräder nur einen gezahnten-Viertelring aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Bes-chreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig. 1 eine Kraftübertragungsvorrichtung. in Draufsicht; Fig. 2 einen Querschnitt der Vorric,htung nach Linie II - II in Fig. 1; Fig. 3 ein Detail der Vorrichtung in Schrägsicht.
Bei einer Kraftübertragungsvorrichtung K sind zwei in -- nicht dargestellten -- Zylindern beweglich angeordnete Kolben 1 über eine Pleuelstange 2 verbunden, welche in ihrem Mittelteil eine Zahnung 3 der Länge m aufweist.
Die Kolben 1 tragen übliche- Kolbenringe 4 und Ölabstreifringe 5 und sind über einen in der Regel hohlen Kolbenbolzen 6 mit der Stange 2 verbunden.
Beidseits der Pleuelstange 2 sind Stufenräder 7 und 8 angeordnet, welche um ih-re AchsenA drehen. Diese Stufenräder 7, 8 bestehen nach Fig. 3 aus einem Zahnkranz 9 und einem darauf sitzenden Ring 10, welcher sich aus einem gezahnten Halbring -11 und einem Halbrad 12 zusammensetzt, wobei der Radius r des Halbrades 12 dem Radius des gezahnten Halbringes 11 von der gemeinsamen Achse A bis zum Zahngrund 13 entspricht.
Die Achsen A der beiden Stufenräder 7 und 8 sind in einem Abstand b beidseits der Zahnung 3 angeordnet, welcher etwa dem doppelten Radius r des Ringes 10 zuzüglich des Durchmessers d der Stange 2 im Bereich der Zahnung 3 entspricht. Dadurch können der gezahnte Halbring 11 und die Zahnung 3 ineinandergreifen, während der Zahnkranz 9 außerhalb des Berührungsbereiches der Zahnung 3 liegt.
Die Zahnkränze 9 der Stufenräder 7 und 8 stehen planetengetriebeähnlich mit einem Zahnrad 14 in Eingriff, welches den Kopf einer Antriebswelle 15 bildet (Fig. 2).
Die Antriebswelle 15 steht mit einem Schwungrad 16 und daran anschließend mit einem -- nicht dargestellten -- Getriebe in Verbindung.
Durch eine in den Zylindern erzeugte wechselnde -Explosion eines Gasgemisches od. dgl. werden die Kolben 1 in gegeneinanderläufige Bewegung versetzt. Die Zahnung 3, welche über die Kolben 1 zwischen den beiden Stufenrädern 7 und 8 hin- und herbewegt wird, greift in den gezahnten Halbring 11 des einen Stufenrades 7 ein und treibt dieses in Richtung R an. In dieser Bewegungsphase befindet sich der gezahnte Halbring 11 des Stufenrades 8 außerhalb des Zugriffs der Zahnung~3, da beide gezahnten Halbringe 11 genau synchron zueinander verlaufen. Dies bewirkt das zwischen beiden Zahnkränzen 9 angeordnete Zahnrad 14, welches mit beiden Stufenrädern 7, 8 in dauerndem Eingriff steht. Die gezahnten Halbringe 11, die Länge m der Zahnung 3 und der Bewegungsspielraum der Kolben 1 bzw. der Zündzeitpunkt der Kolben 1 zueinander stehen in einem solchen Verhältnis, daß in dem Augenblick, wo der gezahnte Halbring 11 des Stufenrades 7 den Eingriff mit der Zahnung 3 aufgibt, der gezahnte H-albring 11 des Stufenrades 8 in die Zahnung 3 einklinkt und die Zahnung 3 durch den vom Druck einer Gasexplosion im Zylinder bewegten Kolben in gegenläufige Bewegung versetzt wird. Diese Bewegungsrichtung wird so lange beibehalten, bis in der anderen Druckkammer wieder eine Gasentzündung erfolgt und durch den Druck ein Richtungswechsel eintritt. Im Augenblick der Zündung klinkt der gezahnte Halbring 11 des StuFenrades 8 aus und der Halbring 11 des Stufenrades 7 übernimmt seine Funktion. Dadurch wird das Zahnrad 14 dauernd in BewegungLgehalten .
Der Unterstützung des Aus- und Einklinkens der gezahnten Halbringe 11 dient das Schwungrad 16, durch welches ein möglicher Totpunkt zwischen Aus- und Ein-klinken vermieden wird.

Claims

PflTENTNSPRÜCHE ( 1.)Vorrichtung zum Umwandeln von Energie, insbesondere von in einer Druckkammer durch Explosion eines Gasgemisches erzeugter Druckenergie in Bewegungsenergie, mittels alternierend in Bewegung gesetzten Kolben, welche über zumindest ein gemeinsames Verbindungsglied ein Getriebe betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (1) über eine Pleuelstange (2) verbunden sind, die in einem Mittelbereich mit' der Länge (m) eine Zahnung (3) aufweist, in welche'ctufenräder (7,8) zumindest teilweise eingreifen und die Stufenräder (7,8) untereinander in Verbindung stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die StuFenräder (7,8) einen Zahnkranz (9) und einen darauf mit einer gemeinsamen Achse (A) angeordneten mindesten teilweise gezahnten Ring (10) aufweisen.
3= Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) aus einem gezahnten Halbring (11) und einem ungezahnten Halbrad (12) besteht, wobei der Radius (r) des Halbrades (12) keiner oder gleich ist dem Radius des Halbringes (11) von der Achse (A) bis zu dessen Zahngrund (13).
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenräder (7,8) beidseits der Pleuelstange (2) angeordnet sind, wobei die Achsen (A) einen Abstand (b) voneinander aufweisen, welcher dem doppelten Radius (r) des Halbrades (12) zuzüglich des Durchmessers (d) der ~Pleuelstange (2) entspricht.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (m) der Zahnun-g (3) etwa gleich dem Umfang des gezahnten Halbringes (11) ist.
6.-Uorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) des Halbrades (12) dem Radius des Zahnkranzes (9) von der gemeinsamen Achse (A) bis zum Zahngrund von dessen Zähnen entspricht.
7. Vorrichtung nach wenigstens -einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzichnet, daß die Zahnkränze (9) der Stufenräder (7,8) miteinander über ein Zahnrad (14) in Verbindung stehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (14) den Kopf einer Antriebswelle (1-5) bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zahnrad (14) an der Antriebswelle (15) ein Schwungrad (16) nachgeordnet ist.
10. Verfahren zum Umwandeln von Energie, insbesondere von in einer Druckkammer durch Explosion eines Gasgemisches erzeugter Druckenergie in Bewegungsenergie, mittels alternierend in Bewegung gesetzten Kolben, welche über zumindest ein gemeinsames Verbindungsglied ein Getriebe betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Stufenräder (7,8), welche jeweils aus einem Zahnkranz (9) und einem darauf mit gemeinsamer Achse (A) angeordnetem Ring (10) aus einem Halbrad (12) und gezahntem Halbring (11) bestehen, abwechselnd von einer mit den Kolben (1) verbundenen Pleuelstange (2) mit einer Zahnung (3) angetrieben werden, wobei die Zahnung (3) alternierend in den gezahnten Halbring (11) des einen oder anderen Stufenrades (7,8) eingreift und die synchrone Bewegung beider Stufenräder zueinander von einem zwischen beiden Zahnkränzen (9) angeordnetem Zahnrad (14), welches gleichzeitig mit einer Antriebswelle (15) verbunden ist, aufrechterhalten wird.

11-. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Antriebswelle (15) und des Zahnrades (14) durch ein Schwungrad (16) unterstützt wird.