DE3109908A1 - Schwingkolbenmaschine als kraft- und arbeitsmaschine und bausystem zur herstellung verschiedener maschinentypen (grau - motor) - Google Patents

Schwingkolbenmaschine als kraft- und arbeitsmaschine und bausystem zur herstellung verschiedener maschinentypen (grau - motor)

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DE3109908A1
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Ekkehard Dr.-Ing. 7100 Heilbronn Grau
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Description

  • I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
  • zur Patentanmeldung: Schwingkolbenmaschine als Kraft- und Arbeitsmaschine und Bausystem zur Herstellung verschiedener Maschinentypen (GRAU - MOTOR) Seite Beschreibung 1... .73 Zusammenfassung 74....79 Ansprüche 80....98 Zeichnungen 99...1O3 Schwingkolbenmaschine als Kraft- und Arbeitsmaschine und Bausystem zur Herstellung verschiedener Maschinentypen (GRAU - MOTOR) Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Maschinenart mit nahezu rein oszillierenden und i.d.R. in gleicher Funktionsebene arbeitenden Kolben-Triebwerken (Gestänge, Schwinge, ungekröpfte gerade Welle) mit konstantem Kolben-Hebelarm, in Ein- oder Mehrzylinderausführung, in Ein- oder Mehrkolbenausführung pro Zylinder, in Reihen-, Boxer- und V-Anordnung, ggf. mit für mehrere oder alle Zylinder gemeinsamen Getriebestufe(n) mit Schwungscheibe(n), (z.B.
  • mittige Schubkurbel, zentrische Kurbelschwinge, Bogenschubkurbel, ggf. auch umlaufende od. schwingende Kurbelschleife o.a.m.) zur Umwandlung der Oszillations- in Rotationsbewegung (und umgekehrt), ggf. mit zusätzlichen oder alternativ verwendeten Preilaufrädern bzw. -kupplungen (z.B. in Überhol- oder Momenten-Ausführung und/ oder als Gesperre) und/oder mit Freilauf-Kolbenschwinge(n) bzw.
  • -Welle(n) in Abtriebsrichtung, u.U. in Verbindung mit Blüssigkeitskupplung, automatischem Getriebe bzw. Strömungswandler o.a.m., sowie auf ein erfindungsgemäß entwickeltes Bausystem zur Herstellung verschiedener Typen dieser neuen Maschinenart, basierend auf direkt und/oder indirekt gekoppelten Kolben-Schwingelementen.
  • Die erfindungsgemäße Schwingkolbenmaschine kann sowohl als Kraftmaschine (z.B. Verbrennungsmotor im 2- oder 4-Taktverfahren, mit Wasser- oder Luftkühlung, als OTTO-,DIESEL- oder Vielstoffmotor, oder mit externer Verbrennung und für Kraftstoffe, wie Benzin, Leicht- und Schweröl, Gas, Methanol aus Kohle, Athanol aus Biomasse, Feststoff, Flüssiggas u.a.m., sowie als Hydraulik- oder Pneumatikmotor oder mit anderen Medien) als auch als Arbeitsmaschine (z.B. Pumpe, Verdichter, Kompressor, Bearbeitungsmaschine, Steuer-Gerät, Regel- oder Betätigungseinrichtung u.a.m.) ausgelegt und betrieben werden. In Betracht kommen alle Arten von Kolben je nach Maschinenbetrieb, jedoch mit gewichts-, kontur- und kostengünstigerer Gestaltung und Herstellung gegenüber dem gegenwärtigen, technischen Stand aufgrund besserer Bahngeometrie und wirksamerer Drehmomententwicklung.
  • Das anmeldungsgemäße Konstruktionsprinzip und Bausystem ermöglicht, neben normaler Einfach- auch eine Doppel- oder Gegenkolbenausführung und neben weitgehendem Ausgleich (bzw. Wegfall) oszillieren-1) der Massenkräfte bzw. -momente I. (bzw. II.) Ordnung, eine energiemäßige Ausnutzung der Arbeitsverfahrens-Dynamik durch direktes, kraftschlüssiges Zusammenspiel der Kolben i.d.R. in gemeinsamer und/oder paralleler Kinematikebene(n), sowie eine Verwendung von (ggf. zu- und abschaltbaren) Federelementen aufgrund nahezu reiner Oszillation des Kolbengestänges als Energiespeicher mechanischer, hydraulischer, pneumatischer oder anderer Art einschließlich Kombinationen mit konstanter, progressiver oder gesteuerter bzw. regelbarer Steifigkeitscharakteristik (mit geradem, kreisförmigem oder anderem Sederweg)bei Wirkung in Zylinderachs-, Umfangs- oder in Bewegungsrichtung der Triebwerksbauteile. In Betracht kommen z.B. Spiral-, Schrauben-, Uorsionsstab- und/oder Gas-/Luftdruckfedern u.a.m. in Druck-, Zug- oder Zug-/Druckausführung.
  • Wegen der Koppelung der Kolben und wegen weit geringerer Blindlasten in den Totpunktbereichen und infolge Verminderung der Kolben-, Zylinder- und Lagerreibung, sowie aufgrund besserem Drehmomentverhalten, bedingt durch die erfindungsgemäße Maschinenkonstruktion (mit konstantem Abstand der Kolbenkraft-Wirkungslinie zur Wellenachse), ferner durch die Energiespeicherwirkung der Federungseinheiten, wird eine effizientere Umwandlung der Kolbenenergie in mechanische Energie (und umgekehrt) als bisher erzielt. Dabei wird das Triebwerk zufolge günstigerem Energiefluß, der erfindungsgemaß in Eigenbedarfs- und Nutzleistung aufgeteilt wird, in geringerem Maße durch Gas- und oszillierende Massenkräfte beansprucht.
  • Da außerdem fast keine Pleuelschwenkbewegungen, i.d.R. keine Wellenmomente aus verschiedenen Zylinderebenen und keine rotierenden Massenkräfte zylinderseitig auftreten, die ohnehin keinen Beitrag zum Drehmoment leisten, mithin auch keine Gegengewichte erforderlich sind (mit Ausnahme in der Getriebestufe), wird eine ganz wesentliche Triebwerksentlastung erreicht, d.h. die Bauteile können schwächer als seither dimensioniert und/oder aus Werkstoffen geringeren spez. Gewichts (z.B. Al-Legierungen) gefertigt werden bei gleicher Leistungsauslegung und unter sonst übereinstimmen-1) Kräfte und Momente aus umlaufenden Massen treten nicht auf, ausgenommen in der Rotations-Getriebestufe.
  • den Betriebsbedingungen, was zur Verringerung des Maschinengewichts und der Massenwirkung, des Bauraums und mithin der Produktionskosten, sowie zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und der Laufruhe führt.
  • Nach einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens können bei Nehrzylindermaschinen einzelne Zylinderpaare (ggf. bei Massenausgleich durch entsprechende Feder-Gegenkräfte) oder ganze Triebwerks-Teilbereiche (bei bauseitigem Nassenausgleich) bei entsprechender Vorkehrung aus dem Betrieb abgenommen und wieder zugeschaltet werden je nach Leistungsbedarf (zeitliche Kolbenstillegung).
  • (Nicht zu verwechseln mit der anderenorts bei Motorenfirmen derzeit in Entwicklung befindlichen, blosen Zylinderabschaltung).
  • Dies ist von ökonomischer Bedeutung, z.B. beim Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen und in der Binnenschifffahrt zur Leistungsanpassung bei Berg- und Talfahrt bzw. in der Ebene (im be- und entladenen Zustand), aber auch bei stationären Verdichter-Kreisläufen zur Optimierung chemischer Verfahrensprozesse. Hierdurch kann der Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch wesentlich gesenkt werden (zuzüglich Abnützung und Reibung).
  • Die Darstellung des Erfindungsgedankens und die Beschreibung der Eigenschaften und Vorteile, sowie die Behandlung bzw. Abgrenzung zum Stand der Technik soll am Beispiel des mehrzylindrigen Verbrennungsmotors (Kraftmaschine) erfolgen, der industriell wichtigsten Ausführungsform. Die Angaben gelten sinngemäß auch für die Bauart als Schwingkolbenpumpe (Arbeitsmaschine) mit dem Unterschied, daß der Energiefluß in umgekehrter Richtung erfolgt.
  • Die erfindungsgemäße Neuerung betrifft die Mechanik der Maschine (Triebwerk), die das kinematische und dynamische Verhalten (Bewegungsablauf, Beschleunigung, Massenkräfte, Schwingungen, Laufgeräusche, Reibungsverluste etc.) bestimmt und Einfluß auf Leistungsfähigkeit, Drehmomentenverlauf, Bauteilbeanspruchung, Dimensionierung und Drehzahlverhalten nimmt, mithin sich auf die ganze Charakteristik des Motors (einschließlich Gestaltung, Abmessung, Gewicht, Verschleiß, Standzeit, sowie Xerstellungs- und Betriebskosten) auswirkt und den mechanischen Wirkungsgrad festlegt.
  • Der Schwingkolbenmotor gewinnt seine Energie z.. durch ärmezufuhr aus innerer (oder äußerer) Verbrennung eines zündfähigen, komprimierten Kraftstoff-Luftgemisches im eng umgrenzten, durch den Kolbenweg veränderlichen Raum (bei ständigem Wechsel von verbrauchtem durch frisches Gemisch im 2- oder 4-Takt nach thermodynamischer Kreisprozess-Gesetzmäßigkeit), wie die heute weltweit gebräuchliche Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, d.h. er arbeitet z.B. verbrennungsseitig nach dem OTTO- oder DIESEL-Prozess oder anderen Verfahren und deren verschiedenen Versionen als Saug-, Direkteinspritzer-, Vorkammer-, Wirbelkammer- oder Auflademotor u.a.m.. Die aus der Kraftstoffgemisch-Zündung entstandene, expansive Gaskraft bewirkt eine Kolbenbewegung im Zylinder und erzeugt damit mechanische Energie.
  • Im Unterschied zum herkömmlichen Verbrennungsmotor (Hubkolbenmaschine), bei dem die Kolbenbewegung unmittelbar durch den Kurbeltrieb (über Pleuelstange und Hubzapfen) in eine drehende Bewegung der (gekröpften) Motorwelle umgewandelt wird, wird beim Schwingkolbenmotor die Kolbenbewegung erfindungsgemäß mittels entsprechender Mechanik (z.B. Kolbenpleuel-, Ketten-2) oder Zahnstange und angelenkte Schwinge, z.B. Hebelbalken, Ketten- oder Zahnrad, ggf.
  • nur mit Te1umfang) auf eine (gerade) Welle übertragen, die demzufolge nur eine Drehschwingbewegung ausführt. U.U. oszilliert auch nur die Triebwerksschwinge auf feststehender Achse (je nach Lagerauslegung) oder die Lagerung erfolgt durch endseitig eingespannten Torsionsstab, der mit der Triebwerksschwinge eine Einheit bildet.
  • Die neue Maschinenart erhält von dieser Schwingbewegung ihren Namen.
  • Die Umformung in eine umlaufende Bewegung (Rotation) erfolgt erfindungsgemäß mittels ggf.für mehrere oder alle Zylinder gemeinsamer Getriebestufe(n) mit Schwungscheibe (n), (z.B. mittige Schubkurbel, zentrische Kurbelschwinge, Bogenschubkurbel, ggf. auch umlaufende oder schwingende Kurbelschleife etc., u.U. in Doppel-oder Mehrfach-Bauweise), entweder direkt an der Maschine als Motor-Abtrieb (bzw. Pumpen-Antrieb) oder erst einsatzseitig am jeweiligen Aggregat.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann die Motorleistung auch direkt (bei konstantem Hebelarm), d.h. vor der Rotations-Getriebestufe, die ggf. in diesem Fall nur zur Triebwerksverriegelung (im Zündzeitpunkt), zur Festlegung der Kolben-2) Etwa entsprechend der im Maschinenbau bekannten Art der Triebstock- bzw. Zykloidenverzahnung.
  • Endlagen und mithin eines gleichbleibenden Verdichtungsverhältnisses, sowie zur Bewegungssynchronisierung dient, mittels Preilaufrädern bzw. -kupplungen oder Preilauf-Kolbenschwinge(n) bzw0 -Welle(n), ggf. in Verbindung mit Flüssigkeitsgetriebe oder -kupplung bzw. Strömungswandler, abgenommen werden. Dabei kann die Bremswirkung des Motors im Schubbetrieb über die RG-Stufe sichergestellt werden (bei Freilauf in Abtriebsrichtung hinter der Schwungmasse).
  • Die Maschinenleistung kann auch zu gleichen oder verschiedenen Teilen über die Getriebestufe(n) und über die Freilaufräder bzw.
  • -kupplungen und /oder Freilauf-Schwinge(n) bzw. -Welle(n) abgeleitet werden. Auch eine Schw'ingkolben-Maschinenausful'irung ohne Rotations-Getriebestufe ist möglich, mit Freilauf-Einrichtung in Abtriebsrichtung.
  • Bei Zusammenschluß zweier Schwingkolbenmaschinen vorzugsweiser gleicher Baugröße (Motor/Motor, Pumpe/Pumpe und ggf. auch Motor/ Pumpe) ist eine Direktkupplung (vor der Getriebestufe) mit/ohne Uber-/Untersetzung möglich. Hierdurch unterbleibt der bei bisherigen Kolbenmaschinen auftretende 2-malige Wechsel von hin- und hergehender Bewegung in drehende und umgekehrt.
  • Eine weitere Verwirklichungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens besteht darin, einen Schwingkolben-Verbrennungsmotor und eine Hydraulik-Schwingkolbenpumpe und/oder einen Schwingkolben-Luftverdichter integriert als geschlossene Maschineneinheit zu bauen und zu betreiben, wobei die Motor-, Pumpen und Verdichterzylinder in gleicher oder verschiedenen Kinematikebene(n) auf gemeinsame oder getrennte Aggregatwelle(n) arbeiten. Der erzeugte Mediums-Pumpendruck kann z.B. zum Schub- und Bremsbetrieb von Fahrzeugen (etwa durch Beaufschlagung von Slügelrädern, ggf, mit Durchmesser -Abs tufung zur Über- oder Untersetzung, aus steuerbarer Richtung) oder zum Antrieb eines Hydraulik- oder Pneumatikmotors, (der im Bremsbetrieb über den Kardan von den Rädern als Pumpe angetrieben arbeitet und so die kinetische Energie von Fahrzeugen bei Bremsvorgängen, insbesondere bei großen Talfahrten, weitgehend zurückzugewinnen gestattet), sowie zur eventuell hydrostatischen Lagerung oszillierender Teile (wie Schwingen, Kolbenpleueln, Maschinenwelle etc.) genutzt werden. Die Punlpen-Kreislaufflüssigkeit (z.B.
  • Wasser mit Antirost- und Frostzusatz, Öl, Wasser/Öl- Emulsion, Luft o.ä.) kann ggf. die Kühlfunktion für den Motorteil mitübernehmen. Die komprimierte Luft des (1- od. mehrstufigen) Verdichters kann u.a. mit zur Steigerung der Abgasturboaufladung eingesetzt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindungsidee kann anstelle von Pumpen bzw. Verdichtern auch ein B-Schwing-Generator in Ein- od.
  • Mehrsektionsbauweise (mitentwickelte, neue Konstruktionsart mit oszillierender Ankerbewegung analog dem Anmeldungsgegenstand) in die abaueinheit mit einer Schwingkolbenrnaschine integriert werden.
  • Statt Pumpenzylinder und -kolben sind dann Ständer-Dauermagnete oder -E-Magnetwicklungen angeordnet, vgl.Fig.14 der Beschreibung, in die im Rhythmus der Naschinenfrequenz geschlossene Ankerwicklungen bzw. -windungsspulen linearbewegt eintauchen. Mit dem induzierten Strom können Antriebs-, Betätigungs- und/oder Steuerungsvorgänge (mittels in der Geschwindigkeit gut regelbaren Gleichstrommotoren) ausgeführt werden. Die Nullspannung der Totlagen wird durch die Trägheit der E-Motor-Rotoren überbrückt.
  • stegen Durchschreiten der Magnetfeldlinien ohne Anter-Spulenwendung beim Hin- und Rückgang liefert die Induktion Gleichstrom ohne Gebrauch eines Kommutators, der bekanntermaßen sehr störungsempfindlich, verlustbehaftet und fertigungskostenauiwendig ist und i.d.R. mit < 20 Volt Segmentspannung zwischen Stromwenderstegen der Spulen heutiger Gleichstrommaschinen eine maximal zulässige, technische Grenze setzt. Diese kommutator- und schleifringfreie Ankerstrom-Abnahmemöglichkeit aufgrund ausschließlicher Translationsbewegung stellt einen wesentlichen Vorteil bzw. Fortschritt gegenüber dem Stand der E-Technik dar und somit einen bedeutsamen Teilaspekt des Anmeldungsgegenstandes. Diese Erkenntnisse sind von grundsätzlichem Wert für die Stromerzeugung, auch in Einzelstromaggregaten, und für spezifische Aufgaben in der Technik.
  • Die Zwangsläufigkeit der Triebwerksbewegung des erfindungsgemäßen Schwingkolbenmotors beruht auf der Anordnung der Zylinder in bezug auf die Wellenachse und gegeneinander, auf der Zünd- und Kompressionsfolge der Zylinder (mit entgegengesetzter Wirkung auf Kolbenbewegung inkl. gesamter Massenkraft) und auf der Getriebestufe (mit Schwungmasse) bzw. den Freilaufrädern, sowie auf der Wirkung von (ggf. regel- und/oder abschaltbaren) Federelementen (Schwinger-Version). Das oszillierende Maschinensystem kann in Analogie zur Elektrizität als mechanischer Schwingkreis (mit regelmäßiger Ein- und Ableitung von Energie) bezeichnet werden.
  • Die Mechanik des heutigen, mehrzylindrigen Hubkolben-Verbrennungsmotors, der in der ganzen Welt millionenfache Verwendung als Benzin- und DIESEL-Motors findet, vor allem zum Antrieb von Fahrzeugen aller Art (einschließlich von Flugzeugen und Schiffen), aber auch für stationäre Anlagen und Arbeitsgeräte, geht in der Grundkonzeption auf den Anfang des technischen Zeitalters zurück. Vorbild war hauptsächlich die Triebwerkskonstruktion für Drehbewegung der durch Dampf betriebenen, verbesserten Niederdruck-Wärmekraftmaschine von JAMES WATT (1782...84)3). , die wesentlich zur industriellen Revolution beitrug (vor allem durch Weiterentwicklung zum Dampflokomotivantrieb), bestehend aus Arbeitszylinder, doppeltwirkendem Kolben, Treib-/Zugstange mit Kreuzkopf und exzentrisch angelenktem Schwung- bzw. Laufrad (mit Unwuchtmasse). (Technische Daten: Dampfdruck 0,5 atü bzw. bar, Drehzahl n = 48 min 1 bzw.
  • 0,8 s-1, Leistung N = 13 PS bzw. 9,56 kW und Gewicht 13 t bzw. rd.
  • 130 kN).
  • Von wenigen Ausnahmen in der Kraftübertragung abgesehen, wie z.B.
  • bei der 1. Balancer-Dampfmaschine (Einzylinder) von FREMD (1815, mit eine der ersten Expansionssteuerungen, n = 25 min 1), der Halb-Balancer-Dampfmaschine von EVANS (1847, n = 40/50 min ), der atmosphärischen Gaskraftmaschine von OTTO und LANGEN (1867) und der Flugkolbenmaschine von GILLES (1874, Maschinenbau-Anstalt Humboldt, Köln), sowie anderen, vorausgehenden Konstruktionen, z.B.
  • von HUYGHENS (1673), HAUTEFEUILLE (1678), PAPIN (1688), CECIL (1820), BROWN (1823), JOHNSON (1841) und von BARSMI/MATTEUCCI (1854), die alle keine technische Bedeutung erlangten, ging die Entwicklung der Gas- und Verbrennungskraftmaschinen in den mechanischen Teilen bei allen Vorläufern, z,B. bei STREBT (1794), LE-BON (1801), WRIGHT (1833), BARNETT (1838), DRAKE (1842), DEGRAND (1858), LENOIR (1860, doppeltwirkende 2-Taktmaschine mit exzentergesteuerten Ein- und Auslaßschiebern und elektr. Zündung), BISHOP (1871), HOCK (1873) und bei der Verwirklichung der ersten 4-Takt-Gasmaschine durch OTTO (1876, liegendes, noch massiv gebautes Aggrçgat; Grundlage des ganzen, heutigen Motorenbaus) vom unmittelbaren Kurbeltriebmechanismus aus. Dazu zählen auch Maschinenkonstruktionen mit umlaufenden Zylindern und feststehender Kurbelwelle, wie die Kolben-Dampfmaschine von PARSONS (1877).
  • 3) JAMES WATT erfand 1765 die 1. Dampfmaschine (direktwirkend, mit Niederdruck) mit vom Zylinder getrenntem Kondensator und Zylinder-Dampfmantel, (engl. Patent Nr. 913 von 1769).
  • Dasselbe gilt auch für alle weiteren Motoren-Entwicklungen, wie z.B. für die erste, schnellaufende, leicht gebaute 4-Taktmaschine von DAIMLER/MAYBACR (1883, mit Leuchtgasbetrieb, Spülung und Aufladung durch Kurbelkastenpumpe, n = 650 min~1, N = 1,1 PS), für die daraus zum kleinen, leichten Benzinmotor weiterentwickelte, stehende, luftgekühlte 1-Zylindermaschine von DAIMIER/2RYBACH (1885, n = 700 min-1, N = 0,5 PS), für die Maschine von BRAY2ON (1883), für den von HORN3Y & SONS, Acroyd, erstmals gebauten Glühkopfmotor (1893, mit 4-2aktverfahren), für den ersten selbstzündenden Schwerölmotor (durch hohe Luftverdichtungstemperatur) von DIESEL (1893), sowie für den Gegenkolben-Zweitaktmotor Bauart Jumo 52 von JiKERS (1929, mit 2 Kurbelwellen).
  • Diese Triebwerkskonstruktion mit Schubkurbel (als energieübertragende Verbindung von Kolben über Pleuelstange und Hubzapfen zur Kurbelwelle) wurde bei allen Motoren-Entwicklungen der letzten 100 Jahre beibehalten, weltweit, bis zum heutigen Tag.
  • Der unmittelbare Kurbeltrieb, abgeleitet aus der Viergelenkkette nach der klassischen Getriebelehre, erschien als die beste Lösung, die hin- und hergehende Kolbenbewegung in drehende Nutzleistung umzuwandeln. Seine technische Anwendung beim Aufkommen von Gas-, Benzin- und Schwerölmotoren war daher naheliegend, zumal die ersten, gebauten Motoren nur Einzylindermaschinen waren und der Weg von der Dampfmaschinentechnik (insbesondere vom Eisenbahnantrieb) vorgezeichnet war.
  • Die Übernahme dieses Konstruktionsprinzips in das technische-Zeitalter des Verbrennungskraftmaschinenbaus (mit innerer Verbrennung und Zündung) war auch dadurch begründet, daß bei der anfänglichen Unsicherheit im Verbrennungsprozeß (mit noch häufigen Zündstörungen, sog. Aussetzern) in jedem Fall die Kolben-Mitnahme beim Einzylindermotor bei der Rückbewegung gewährleistet sein mußte zur Sicherstellung des Verfahrensablaufs. Auf diese Weise war trotz der vorhandenen Mängel ein dauernder Naschinenlauf möglich. 4) Das Hauptaugenmerk der Motoren-Entwicklung richtete sich daher seinerzeit vielmehr auf das schwierige Verbrennungsproblem (Kraft-4) Diese Notwendigkeit entfällt heute aufgrund des hohen Entwicklungsstandes der Verbrennungs- und Zündtcchnik (mit z.T. elektronischer Steuerung). Das Kurbeltriebwerk, das nach den heutigen Erkenntnissen des Anmelders mehr den Erfordernissen einer Kolbenpumpe als eines Motors entspricht, erwies sich aber im Anfangsstadium der technischen Entwicklung als unerläßlich.
  • stoffart, Gemischbildung, Zündung, Brennraumgestaltung, Einspritzung, Zylinderkopf-, Ventil- und Kolben-Konstruktion, Lösung der Ansaug- und Abgasverhältnisse, Klopffestigkeit etcO) und nicht auf die Triebwerksmechanik.
  • Wie die Geschichte des Verbrennungsmotorenbauslehrt, ging man mit wachsendem Leistungsbedarf und zur Verbesserung des Drehmomentenverlaufs von ein- auf zweizylindrige und durch weitere Verdopplung auf vier- also auf mehrzylindrige Bauweise über unter Beibehaltung des bekannten und bereits beim Einzylindermotor bewährten, unmittelbaren Kurbeltriebwerks-Prinzips, wobei die Kolben unter Wegfall des Kreuzkopfes die Geradführung mitzuübernehmen hatten (Tauchkolben- oder Plungerbauweise). Diese Entwicklung führte zur mehrfach gekröpften Kurbelwelle, entsprechend der Zylinderanzahl, dem funktionsbestimnjenden, mechanischen Bauteil heutiger Hubkolbenmaschinen aller Bauarten, Größen und Leistungsklassen0 Analytisch im Sinne der Getriebetechnik bewertet, stellen die heute existierenden, vielzylindrigen Motorenausführungen (Reihen-, Boxer-, V-Maschine) eine Aneinanderreihung mehrerer gleicher Schubkurbel-Einzylindermotoren dar.5) Kinematisch wird die (wegen der Pleuelschwenkung) unreine, hin- und hergehende bewegung jedes Kolbens unmittelbar und einzeln durch die Kurbelwelle in Drehung umgeformt. Dabei wird der Kraftschluß zwischen den Kolben über zwei Rotations-Getriebestufen hergestellt, also auf Umwegen, was die Unwirtschaftlichkeit des Systems ahnen läßt. Nur V-Maschinen mit zwei Kolben pro Kröpfung stellen sich getriebetechnisch etwas besser. Dafür treten aber noch höhere Kurbelwellenbeanspruchungen auf.
  • Dieses Bauprinzip führte in den letzten Jahrzehnten bei ständig fortschreitender Leistungssteigerung der Motoren, die vorwiegend über die Drehzahl und über höhere Verdichtung, sowie durch 3enzineinspritzung und ggf. durch Turboaufladung (vor allem bei DIESEL-Motoren) erzielt wurde, zu immer größeren Pestigkeits- und Schwingungsproblemen an der Kurbelwelle, den Pleuelstangen, den Kolben und in den Lagern, hauptsächlich wegen den überproportional zunehmenden Massenkraften (abhängig von der 2. Potenz der Winkelgeschwindigkeit), den starken, systembedingten blindbeanspruchungen und 5) Diese i3auweise bedingt die extreme Gls- und Massenkraftbeanspruchung. Ein Sonderfall ist der Sterninotor, bei dem alle Kolben mit Haupt- und Nebenpleueln auf einen Hubzapfen arbeiten, aber auch in Kurbelbauart. Seit Aufkommen der Gas turbine (Strahltriebwerk) kommt ihm keine Bedeutung er zu.
  • wegen des zu pendelnden Verdrehungen um die Längsachse (aus Wechselbeanspruchungen infolge Massenverteilung) und zu Schwungrad-Kreiselmomenten (aufgrund von Wellendurchbiegungen) neigenden Mehrmassen-Wellensystems.
  • Hinzu kam die Porderung nach immer geringerem Motorgewicht und kleinerer Abmessung aus auraum-, Produktions- und Kraftstoff-Ersparnisgründen. Vorzeitiges Bauteilversagen (Verschleiß, Materialbrüche) waren die Folgen. Diesen Schwierigkeiten versuchte man mit einer Vielzahl von Maßnahmen zu begegnen, wie z.B. mit Werkstoffen höherer Festigkeit und mit besserer Verarbeitungstechnologie, mit Erhöhung der Anzahl der Kurbelwellenlager (nach jeder Kröpfung), mit Vervollständigung des Massenausgleichs (durch bestmögliche Gegengewichtsanordnung, größere Auswuchtgüte, genauere Gewichtskontrolle von Kolben, Ringbestückung, Bolzen, Pleuel, inklusive Lagerschalen und Deckelschrauben, z.T. sogar durch Einbau zusätzlicher Ausgleichswellen), mit verbesserter Gestaltung und Dimensionierung gefährdeter Querschnitte, mit engeren Fertigungstoleranzen und sorgfältigerer Oberflächenbearbeitung (vor allem der Zapfenübergänge zu den Kurbelwangen, bei der Sphärogußwelle mit 'Wangennieren' und z.T. mit Zapfen-Hohlausführung, der Ausildung des geteilten Pleuelkopfs, der Verrundung von Ölbohrungen), durch weiterentwickelte, mehrschichtige Stahl-Verbundlagermaterialien (mit overlay und flash) und engerer Spielgebung, sowie durch außerordentliche Anstrengungen in bezug auf die Theorie (Erstellung von Rechenverfahren) zur möglichst genauen Erfassung und Beschreibung der. auftretenden, mechanischen und thermischen Beanspruchungen (einschließlich der Schwingungen) bei allen Bauteilen und insgesamt im Triebwerk, vor allem mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente unter Einsatz der EDV.
  • Trotz erheblicher Fortschritte im Detail bleibt die grundsätzliche Problematik der Maschinencharakteristik mit allen Nachteilen bestehen, insbesondere hohe Massenkraftbelastung vor allem aus Rotation (trotz weitgehendem, dynamischen Kraft- und Momentenausgleich), aufgrund der kinematischen Gesetzmäßigkeiten des (mehrfach gekoppelten) unmittelbaren Kurbeltriebsystems. Dies bedingt auch den wesentlichen Mangel, daß der gezündete, treibende Kolben energiemäßig im OT-Bereich gleichsam wie vom System abgekuppelt ist aufgrund fehlender Drehmomentwirkung, d.h. die Maschineneigenbedarfsenergie (für die Bewegung der leerlaufenden Kolben) muß in diesem Kurbelwinkelbereich aus der Schwungscheibe zurückgeholt werden, unter Energieverlust. Beim herkömmlichen Motorbauprinzip führen außerdem größere Pleuel- und Kurbelwellenlagerbreiten zu höheren Biegebeanspruchungen der Welle und zu größerer Motorbaulänge (Kostenfrage!). Der hohe Entwicklungsstand heutiger mehrzylindriger Hubkolbenmotoren hat daher eine Grenze erreicht.
  • Das Aufkommen der Dreh- oder Kreiskolbenmaschine (auch WANKEL-Motor nach seinem Erfinder genannt) seit nahezu zwei Jahrzehnten als völlig neuer Verbrennungsmotortyp kann hierfür als Bestätigung angesehen werden. Bei dieser Maschine kommt nur Drehbewegung (eines 3-bogigen Kolbens auf einem rotierenden Exzenter in einem 2-bogigen Motorgehäuse mit Trochoidenkontur bei Bildung von drei um 1200 versetzter, zeitlich veränderlicher, nach dem 4-Taktverfahren arbeitender Hubräume) zustande. Kreiskolben und Exzenterwelle drehen im Verhältnis 1:3 absolut im gleichen Sinn mit Synchronisierung durch eine Kolben-Innenverzahnung (bewegt) und einer Gehäuse-Außenverzahnung (ruhend) mit dem Zähnezahlverhältnis 3:2. Hin- und hergehende Trägheitskräfte und -momente treten bei dieser Konstruktion nicht auf. Hervorgerufen wird bei unwuchtfreiem Läuferkolben, gleichförmiger Bewegung und Vernachlässigung von Drehschwingungen nur eine umlaufende Massenkraft (entsprechend der Läufermasse, Exzentrizität und Winkelgeschwindigkeit der Exzenterwelle), die sich durch Gegengewichte (am Schwungrad und an der Riemenscheibe) kräfte- und momentenmäßig vollkommen ausgleichen läßt.
  • Insoweit stellt der WANKEL-Motor eine gute, technische Alternativlösung in der Weiterentwicklung dar.
  • Allerdings liegt auch hier ungünstiges Drehmomentverhalten vor (aufgrund der Abhängigkeit von der Stellung der im Betrag ohnehin geringen Wellen-Exzentrizität, mit dem Wert null im Zündzeitpunkt), weshalb der Drehkolbenmotor seine Leistung vor allem über hohe Drehzahlen erbringen muß, was bei diesem Maschinentyp zu Schwierigkeiten ganz anderer Art führt. Neben unvorteilhaftem, zu lang gestrecktem Brennraum und relativ hohem Ölverbrauch sind es hauptsächlich die Radial-Dichtleisten in den drei Kolbenecken (gegen die Epitrochoiden- Gehäusekontur), deren Funktion und Standzeit infolge vorzeitigem Verschleiß und/oder Bruchanfälligkeit wegen hoher Gleitgeschwindigkeit, Fliehkraftwirkung und zusätzlicher Relativbewegung zum Gehäuse (Schwenkvorgang) trotz intensiver, weltweiter Forschungsarbeit immer noch nicht technisch und wirtschaftlich befriedigen. Der große technische Durchbruch zur Ablösung der herkömmlichen Hubkolbenmaschine blieb daher dem Drehkolbenmotor versagt.
  • BUNKERS erkannte bereits in den 30er Jahren dieses Jahrhunderts die Problematik des Kurbeltriebs bei der Konstruktion seines Preikolben-Riotorverdichters, der ohne Kurbelwelle, Pleuel und Lager arbeitet. Zwei mittels Gleichlaufgestänge asynchron freifliegende, koaxiale Stufenkolben bilden nach innen einen 2-Dakt-Gegenkolben-DIESEL-Motor, durch dessen Zünd-Expansionskraft die Kolben nach außen Luft komprimieren. Dieses Prinzip erlaubt höchste Verdichtungsdrücke (in mehreren Stufen) herzustellen und findet heute noch vereinzelt als sog. Druckgas-Erzeuger für Gasturbinen Verwendung.
  • Die in jüngster Zeit in der Fachpresse (VDI-Nachrichten Nr.39 vom 26.09.1980) vorgestellte SULLZER-Motorentwicklung (2-Takt-Brennkraftmaschine mit freifliegendem Mehrstufenkolben, ohne Mechanik, nur linearbewegt) baut nach Arbeits- und Konstruktionsprinzip auf den Überlegungen von JUNKEiS auf. Der STELZER-Erfindungsgedanke bezieht sich im wesentlichen auf eine neue, konstruktive Lösung des 2-Taktverfahrens-Funktionsablaufs durch besondere Brennraumaufteilung bzw. Gliederung eines einteiligen Kolbens (mit an beiden Enden axial nach innen angeordneten, verhältnismäßig großen Verbrennungs- und Ausströmungsstufen mit jeweiliger, kleinerer Füllungs-/Vorverdichtungs-/Ausspülungs-BemessungSsture, sowie mittiger, beidseitig wirkender, großer Gasgemisch-Einlaß-Steuerstufe) mit entsprechender Zylinder-KarUmereinteilung, Überströmungskanälen und Auslaßschlitzen. Diese Anordnung ergibt eine axiale Kolbenschwingung mit selbsttätiger Verfahrenssteuerung und hohen, möglichen Frequenzen, wobei durch Massenkraft (kinetische Kolbenenergie) die Kompression der jeweiligen, anderen Verbrennungsstufe mitbewirkt wird.
  • Diese spezifische Motorkonstruktion, (arbeitend nur im 2-Taktverfahren und mit einem Mehrstufenkolben, mit ausschließlicher Linearbewegung, keiner mriebverksmechanik, ohne Massenausgleich, mit frequenzabhängigem Kompressionsgrad mithin uneinheitlicher Maschinencharakteristik über dem ganzen Arbeitsbereich, ohne direkten Nutzleistungs-Abtrieb, z. B. nur über Druckluftpumpe möglich, mit relativ kleiner Expansions-Arbeitsphase etc.) weicht aufgrund völlig anderer, erfindungsgemäßer Aufgabenstellung und Lösung in allen wesentlichen Merkmalen von vorliegender Anmeldung ab.
  • Überlegungen, die Nachteile des althergebrachten Hubkolbenmotors, vor allem in baulicher Hinsicht (großer Platzbedarf des Kurbelgehäuses ), durch Entwicklung von Axialkolbenmotoren zu überwinden, reichen schon in die Zeit vor dem 2 ten Weltkrieg zurück. Dieser Prage wenden sich in neuerer Zeit vereinzelte Universitätsinstitute wieder zu. Die Bemühungen sind aber noch nicht über das Anfangsstadium hinausgekommen. Schwierigkeiten bereitet vor allem die betriebssichere Auslegung der sehr stark tribologisch beanspruchten Bauteile. Dieser Maschinentyp weist einen vom Anmeldungagegenstand grundsätzlich anderen Konstruktionsaufbau auf und stützt sich gedanklich auf die bereits seit Jahrzehnten existierenden Axialkolben-Hydraulikmotoren und -purnpen.
  • Bei der Axialkolben-Brennkraftmaschine neuer Konzeption arbeiten achsparallele Zylinder bzw. Kolben (z.i3. 5 Stück), angeordnet im Kreis, über Kugelkopfstangen auf eine axial taumelnde Scheibe, die mittels langem, einseitigem Planschhals auf einem senkrecht auf der Scheibenebene stehenden sog. Schräghub-Wellenzapfen (mit nur einer Wange) gelagert ist. Dabei entspricht der Taumel- gleich dem Schrägwinkel gemäß halbem Kolbenhub. Hierdurch wird die durch die Axialkolbenbewegung hervorgerufene Taumelscheiben-Bewegung in Rotation der in Achsrichtung beidseitig geführten Maschinenwelle umgewandelt. Sphärische Druckflächen am Gehäuse nehmen die Scheiben-Axialkraftbelastung auf. Durch eine Kegelradverzahnung (beweglicher Kranz an Taumelscheibe, feststehender am Gehäuse) wird die Drehkraftreaktion abgestützt und ein schlupffreier, zwangsläufiger Abtrieb sichergestellt.
  • Nach den Beurteilungskriterien: Drehmomentverhalten (veränderliche Hebelwirkung mit Nullstellungen und Blindlasten, Abhängigkeit von Schräghubzapfen-Bemessung, tribotechnisch unvorteihafte Bewegungsumwandlung in Drehung), Energiefluß (mit örtlich starken Konzentrationen), Eineeltriebwerksverl;e ttung (kein reibungsarmes Zusammenspiel nach Arbeitstaktverfahren), Kolbenanlenkung (fertigungsmäßig teuere und tribologisch problembehaftete Lösung mit Eugelstangen), Reibungsverhältnisse bei Gleitvorgängen (mit Xestkörperkontakten), Schwingungsneigung durch Momente (Kolben arbeiten in verschiedenen Ebenen) und Ventiltrieb (ungünstige Anordnungsmöglichkeit) etc. handelt es sich bei der Axialkolben-Brehnkraftmaschine um keine mechanisch günstigere Konstruktion als beim herkömmlichen Hubkolbenmotor, mit Ausnahme der Kolbengeometrie (kleinere Reibung bzw. Gleitbahndrücke) und möglicherweise insgesamt etwas geringerer 13auraumbedarf. Andererseits sind aber die Verhältnisse hinsichtlich freier Kräfte und Momente ungünstiger.
  • Zinn Stand der Technik und zur Begrünung vorliegender Brfindungsanmeldung im Vergleich zur Hubkolbenmaschine sei folgendes angeführt: Die althergebrachte, über 100 Jahre zurückreichende, derzeit weltweit gebräuchliche Triebwerksmechanik (umlaufendes, rnittiges Kurbelgetriebe bzw. offene Viergelenkkette nach der Getriebelehre mit zwei zusammenfallenden, unendlich langen Gliedern mit angelenktem Kolben auf gerader Polbahn) heutiger, vielzylindriger Hubkolben-Verbrennungsmotoren (nach 0220- u. DIESEL-Verfahren), bestehend aus den Bauteilen: Kolben (mit Ringen und Bolzen, einschließlich Sicherungen), Pleuel- oder Treibstange (mit Lagerbüchse im kleinen Auge und zwei Halbschalen im i.d.R. geteilten Pleuelkopf) und der wurbelwelle (mehrfach gekröpft je nach Bauart und Zylinderanzahl) weist nach einer vorn Anjnelder vorausgehend durchgeführten, ganzheitlichen Tribologie-, Funktions- und Konstruk tions-Analyse folgende, wesentliche Mängel und Nachteile auf: a) Keine optimalen Energieflußbedingungen, wodurch erhebliche, mechanische Verluste auftreten, weil die für den zewegungsablauf des Arbeitsvertahrens (i.a.R. 4-Takt: Zünden/Expansion, Ausschieben, Ansaugen ggf. mit Aufladung, Komprimieren) notwendige Motor-Eigenbedarfsleistung fortlaufend aus transzendenter bewegung in rotative - und wieder zurück - umgewandelt wird; pro Zyklus und Zylinder 4 bzw. 16 mal beim üblichen 4-Zylindermotor. Jede Umformung von (mechanischer) Energie ist aber nach physikalischen Gesetzen mit Verlusten verbunden; beim ganzen Motoraggragat ergibt dies in summa über alle Zylinder einen beachtlichen Verlustbetrag. Beim unmittelbaren Kurbeltriebwerk entspricht also die kinematische und dynamische Verknüpfung der Zylinder nicht optimalen, tribologischen Kriterien. Das gilt sowohl hinsichtlich der Gas- als auch der Massenkraftwirkung. Man kann auch feststellen: der Energieaustausch zwischen arbeitsleistendem und unproduktivem Verfahrensablauf ist triebwerks- und tribotechnisch ungünstig.
  • b) Getrennte Massenwirkung der einzelnen Kolbentriebwerke in den Totpunkt-Bersichen (OT und UT), wo die freien Kräfte 1. und IIo Ordg. (und Momente) zudem Extremwerte annehmen. Dies bedeutet bei üblicher 4-Taktarbeitsweise nur eine ganz begrenzte Auswertung 6) Diese fachlichen Feststellungen und Erkenntnisse auf dem Gebiet des Hubkolben-Kraftmaschinenbaus sind bisher nicht erkannt und ausgesprochen worden. Sie stellen die Ausgangsbasis für die Überlegungen zu vorliegender Schutzrechtsanmeldung dar.
  • der kinetische Energie in OT beim jeweiligen, verdichtenden und zündenden Kolben (in bezug auf die Gaskraftwirkung), ansonsten nur Energieverluste in allen Ul-Stellungen durch starke Bauteilbeanspruchungen (elastische Deformationen durch Blindlasten und -momente). Bei den beiden Gaswechseltakten (Ausschieben und Ansaugen) trifft dies auch in OT zu. Mit anderen Worten: Beim derzeitigen Verbrennungsmotor rufen die Massenkräfte aller Einzeltriebwerke in den Totpunkten nutzlose Verformungsarbeit (Zug, Druck, Biegung und Torsion) hervor, mit Ausnahme in OT beim Kompressions- und Zündtakt, (bei höheren Drehzahlen ergibt sich auch hier eine überschüasige Massenwirkung). Auf diese Weise wird dauernd Energie abgetötet, die nach OT und UT sofort wieder zur Kolbenbeschleunigung (vom System) aufgebracht werden muß, was auf Kosten der Nutzleistung geht. Eine weitere Konsequenz hieraus ist die aus Festig keitsgründen entsprechend starke Dimensionierung mit massenkraftverstärkender Rückwirkung und negativem Einfluß auf Leistungsgewicht und Kraftstoffverbrauch.
  • cr Bei der heutigen Bauweise des Hubkolben-Mehrzylindermotors (in Reihen-, Boxer- und V-Alaschinenversion) wird der pro Zylinder erzeugte, nach außen abgeführte (Nutz-)Leistungsanteil einzeln aus der Oszillations- in die Rotationsform gebracht anstatt gemeinsam für mehrere oder alle Zylinder. Hierdurch entstehen weitere Energieverluste, verursacht durch übermäßige Reibung in den Pleuel-und Grundlagern. Die herkömmliche, aus der Dampfmaschinentechnik entwickelte Konstruktion der mehrzylindrigen Hubkolbenmaschine stellt triebwerksmäßig als Motor die sog. triviale Lösung dar, die nach den Gesetzen der Getriebelehre kinematisch allemal funktioniert, wie die vielen Millionen bisher gebauter Benzin- und DIESEL-Motoren zeigen, aber eben nicht bei minimalem Energie-Eigenverbrauch und Bau-Aufwand, sowie bestmöglicher Kraftstoffenergie-Nutzung.
  • Die heutigen, vielzylindrigen Explosions-Hubkolbenmotoren stellen ein Rotationssystem mit Schwungmassen (Pleuelköpfe mit Stangenanteil, Schrauben und Lagerschalen, Kurbelwelle, Gegengewichte und Kupplungsscheibe) dar, an das jeder Zylinder pro Umdrehung seine Bewegungsenergie abgibt und wieder Energie zur Fortsetzung des Verbrennungs-Verfahrenszykluses und für die Maschinenkinematik entnimmt. Dieses Prinzip arbeitet zwar technisch bis zu hohen Drehzahlen (z.B. n = 267 s 1 im Automobilrêrmsport) ist aber wegen erheblicher Systemmängel (übermäßige Transformationsverluste und energievergeudende Bauteildeformationen) wirtschaftlich, energie-, massenkraft- und schwingungsmäßig nicht optimal und verlangt daher ungerechtfertigten Aufwand hinsichtlich Abmessung, Gewicht, Bauraum, Herstellung und tribologie, d.h. die Kosten-Nutzenrechnung dieser über ein Jahrhundert alten Hubkolben-Kraftmaschine ist unbefriedigend.
  • Jd Der unmittelbare Kolben-Kurbeltrieb, konzipiert und entwickelt für die nur mit 2 Takten (Expansion und Ausschieben) arbeitende, frühere Dampfmaschinentechnik für Antriebsräder, schöpft die dem Kraftstoff-Verbrennungsverfahren (mit den zusätzlichen Takten: Ansaugen und Komprimieren) inneliegenden, kinematischen und dynamischen Möglichkeiten leistungsmäßig nicht aus. Dies bedingt weitere Leistungseinbußen, bezogen auf die Treibstoffenergie.
  • 4 Das Kurbeltriebwerk (gemäß Pkt. a...d) verlangt eine mehrfache Kröpfung der Welle, entsprechend den Zylindern beim Xeihenmotor, mit i.d.R. jeweils dazwischen liegenden Grundlagern (statisch unbestimmtes Lagerproblem); ein produktionsmäßig teueres, weil kompliziertes Bauteil, insbesondere bei verschiedenen Kröpfungsebenen (z.B. beim 6-, 5- und 3-Zylindermotor), sowohl in den Vorstufen: Gesenkschmieden oder Gießen, als auch in der mechanischen Bearbeitung: z.B. Bohren langer Ölzuführungskanäle mit Verrunden, Schleifen der Haupt- und Pleuelzapfen mit Bunde und der Übergangsradien zu den Wangen (nach dem Härten), Angießen ggf. Anschrauben von Gegengewichten, Richten und Auswuchten (vor und nach der Bearbeitung). Dabei liegt die besagte Konstruktionsabhängigkeit in der Bemessung der Lagerbreiten der Pleuel- und Kurbelwellenzapfen mit der Baulänge und dem Gewicht des Motors vor, mithin ein~Lagertragfähigkeits-, Wellensteifigkeits-, Gewichts-, Energie- und insgesamt Kostenproblem.
  • Wegen geringer Gestaltfestigkeit infolge Schwächung durch die Kröpfungen (mit Neigung zur Wangenatmung, Zapfendurchbiegung und -schiefstellung, sowie zu Torsions- und Biegeschwingungen) einerseits und wegen der kurbeltriebwerksbedingten, dauernden, hohen Beanspruchung durch rotierende, vom Quadrat der Drehzahl abhängigen Massenkräfte (entsprechend dem Kurbelradius und den beteiligten Massen: Hubzapfen, Pleuelkopf mit Verschraubung und Lager, Stangen- und Kurbelwangenanteile, sowie Gegengewichte), und wegen der starken Wechselbelastung der Hubzapfen durch die Gaskräfte (im Verdichtungs- und Explosionstakt im OT-Bereich) und durch oszillierende Massenkräfte I.u. II.Ordg. (im OT-u. U2-Bereich) andererseits mit dynamischer Stoßüberhöhung und mit entsprechender Momentenwirkung aus Verdrehung und Biegung (aufgrund der Kröpfung und der Zylinderabstände bzw. Massenverteilung auf verschiedene Ebenen) muß die Kurbelwelle sehr stark dimensioniert werden, was sich wiederum vergrößernd auf die Massenkräfte auswirkt (implizite Abhängigkeit). Die Folge ist ein gewichts- und produktionsmässig aufwendiges Werkstück, das trotz allem wegen der Mehrkröpfigkeit ein stark biege-, dreh- und längsfedriges Gebilde bleibt.7) f) Die Notwendigkeit zur reichlichen Querschnittsbemessung besteht auch bei den Pleuelstangen einerseits wegen deren Abhängigkeit von der starken Kurbelwellen-Hubzapfen-Dimensionierung und wegen geringer Gestaltfestigkeit infolge der Teilung mit Deckel (aufgrund der mehrfachgekröpften Wellengestalt) und andererseits wegen der hohen Belastung (Schleuderwirkung) durch die kurbelkonstruktionsbedingte, große, rotierende Massenkraftbelastung. Pleuelstangon u.
  • Dehnschrauben (zur Deckelbefestigung) verlangen daher hochfeste Werkstoffqualitäten (bei schnelldrehenden Motoren hochlegierte Stähle, bei Rennmotoren sogar z.T. Titan). Nur eine ausreichende Formsteifigkeit des Pleuelkopfes gewährleistet betriebssicheres Laufverhalten, insbesondere der extrem hochbeanspruchten Pleuellagerschalen, vor allem bei DIESEL-Motoren (mit hoher Verdichtung und Aufladung). Übermäßige Deformationen unter der wechselnden Betriebsbeanspruchung führen zu Störungen beim hydrodynamischen Schmierfilmdruckaufbau (aus Gleitflächen-Verschiebung und -Verdrängung), ggf. zum teilweisen oder vollständigen Ölfilmabriß und mithin zum Lagerversagen.
  • Hinzu kommt die Belastung der Pleuelstange auf Druck, Knickung und Biegung durch die große Pleuelneigung aus dem kurbeltrieb, was gleichfalls eine stärkere Stangenabmessung erforderlich macht mit der Folge weiterer Gewicht und Massenkrafterhöhung. (Bauteile sicherheit gegen Knicken verlangt nach der Festigkeitslehre die höchsten Bemessungszuschläge, nämlich SK= 3).
  • g) Die Pleuelschwingungen (Auslenkungen) erfolgen bei mehrzylindrigen Hubkolbenmaschinen in verschiedenen, parallelen Ebenen (im Abstand der Zylinderachsen) und beeinflussen durch Momentenwirkung (aus Verdrehung und Biegung) und Bewegungs-Ungleichförmigkeit zu-7) Man könnte den heutigen llubkolbenmotor aufgrund seiner nachteiligen Mechanik außer als Motor auch als PrüSmaschine für Kurbelwellen (auf Biegewechsel- und Torsions-sauerfestigkeit) und für Pleuelköpfe (auf Zugschwell-, Biegewechsel- bzw. Schleuderfestigkeit) bezeichnen.
  • sammen mit den z.T. sehr harten Kolben-Anlagewechseln (nahe der Totpunkte, trotz Desachsierung) und der Kolben-Seitenbelastung nachteilig die Maschinenlaufruhe. Der konventionelle, großvolumige 4-Zylinder-Reihenmotor läßt zur Erträglichkeit des Schwingungsverhaltens daher u.a. eie ausepragte, kurzhubige Bauweise als zweckmäßig erscheinen (mit mangelhafter Gas-Expansionskraft-Ausnutzung).
  • Außerdem rufen diese Pleuslschwenkbewegungen großenteils ungerechtfertigte reibung in den Eleuellagern (bei hoher Last) hervor infolge weitgehendem 'Leerlauf' in bezug auf den Kolbenhub. Im Kurbelwinkelbereich 45° vor und nach den Extremstellungen legt der Kolben nur ca. 14,5 % seines Hubs zurück, d.h. 50 ,ó einer vollen Kurbelwellenumdrehung s zind fast ohne Wirkung auf die Kolbenbewegung. Dies bedeutet unnötigen Reibungsverlust.
  • h) Das Auftreten hoher Kolben-Gleitbahndrücke in den Zylindern-(bis zu 20 % der größten Achskräfte, je nach Stangenverhältnis, besonders bei DIESEL-Motoren wegen der hohen Kompression, speziell bei Aufladung), was zu starken Energieverlusten durch reibung und Verschleiß, sowie zu hoher, thermischer Belastung der Zylinder führt, hauptsächlich beim Arbeits- und Verdichtungstakt aufgrund hoher Gaskräfte.
  • Die Kolben nehmen bei der Kurbeltriebs-Kinematik bzw. -Geometrie (wegen der großen Pleuelneigung) bei der allgemein üblichen Plungerbauweise außer der eigentlichen Explosionsenergie-bertragungsaufgabe auch weitgehende lagerfunktion (zur Führung und Abstützung) in den Zylinderlaufflächen wahr, (analog den Kreuzköpfen als Geraàführungselement; irn Großmotorentau). Die Kolbenreibung (inkl.
  • Ringanteil) derzeitiger Motorenausführungen beträgt allein rund 6G % der gesamten, mechanischen Verluste.
  • Eine betriebssichere Kolben-Auslegung erfordert daher bei den heutuben, hohen Beanspruchungen (hinsichtlich effektivem Mitteldruck, mittlerer Kolbengeschwindigkeit, Kompression, Temperatur, zylinder- und kolbenseitigen Verformungen unter Last und Wärme) großdimensionierte Kolbenschäfte (zur erzielung kleiner Flächenpressung, mithin satter Tragoilder) mit nachteiligen Auswirkungen auf Kolbengewicht und Pleuelbelastung bzw. auf die hin- und hergehenden Massenkrüfte (I. u.II. Ordg.), sowie großen Kolbenherstellungs-und -bearbeitungsaufwand bezüglich Mikro- und Makrogeometrie (Rauhigkeit, Formgenauigkeit, komplizierte Schaft-Feinform mit ballig-steigend-ovaler Kontur vom Feuersteg aus, Schaftschlitzung, Wärmedehnungs-Regelglieder u.a.m.), vor allem aber umfangreiche, zeit- und kostspielige Motor-Prüfstands- und Freigabe-Versuche (zur Gewährleistung der Laufsicherheit bei engstmöglicher Spielgebung, geringer Gasdurchblasemenge, kleinem Ölverbrauch etc.).
  • Die heutige Motor-Triebwerkskonstruktion verlangt also aufgrund der Kurbelgeometrie (mit hohen Gleitbahndrüchen bzw. Kolbenseitenbelastungen, harten Anlagewechsel, starken Pleuelschwenkbewegungen), neben dem i.d.r. unterschiedlichen Wärmedehnungsverhalten gegenüber dem Zylinderwerkstoff, bezüglich der Kolben-Gestaltung besonderen, z.T. übermäßigen Aufwand in fertigungstechnischer, erprobungs-, Óewichtskontroll- und reibungsmäßiger Hinsicht; (Kosten- und inergieproblem).
  • i) Periodisch stark schwankender Drehmonentverlauf des Hubkolbenmotors (mit Nulldurchgängen in den Totlagen des Arbeitszykluses) aufgrund der Abhängigkeit von der 'riurbelstellung. Die höchsten, auftretenden Explosions-Gaskräfte bleiben wegen mangelndem Hebelarm ungenutzt (gleichbedeutend mit beträchtlichem Energieverlust), und zwar sowohl bezüglich des Energieflusses nach außen (@utzleistung) als auch zwischen den einzelnen Kolbentriebwerken (Eigenbedarfsleistung).
  • Stattdessen werden festigkeitsmäßig hohe Beanspruchungen und Schwingungen durch innere Krüfte und Momente (sog. Blindlasten) in den Bauteilquerschnitten (von Kurbelwelle, Pleuel, Kolben, Bolzen und Lager) hervorgerufen, ohne Beitrag zuin Drehmoment, aber mit dem Zwang zu noch stärkerer Dimensionierung und der Folge noch höherer Massenkraftwirkung.
  • Erst bei Kurbelwinkeln von 200 bzw. 300 nach OT treten wirksame Hebelverhältnisse für die Stangenkraft auf, nämlich rd. 40 bzw.
  • 60 % vom Kurbelradius. Dann hat sich aber der Gasdruck auf den Kolbenboden (nach Indikator-Diagramm) schon deutlich abgesenkt (trotz Zündverzug), sodaß das Drehmoment dann gaskraftssitig abnimmt. Vermindernd wirkt sich dann auch noch die mit der Pleuelauslenkung stark zunehmende Kolbenseitendraft-Heibung aus. 8) Die Mehrzylindermaschine, zusammengesetzt z.B. zus z unmittelbaren Einzylinder-Kurbeltrieben, weist en@rgieflußmüßig z2 solcher 8) Umgekehrt bleibt bei dieser Drehmoment-Charakteristik mit veränderlicher Kurbelstellung die Verdichtungsarbeit entsprechend gering. Das Motor-Nutzdrehmoment, in 1.Näherung als Arbeitsdifferenz von Gas-Expansions- und Gas-Kompressionstakt aufgefaßt, ist aber direkt proportional dem wirksamen Hebelarm.
  • singulärer '2riebwerksblockierungen' auf, nämlich die in der eigenen Kolbenfunktionsebene im Zündkraft-Einleitungszeitpunkt in OT-Lage und z-1 gleichzeitiger Blockierungen in bezug auf die anderen Kolbenebenen (in Maschinen-Längsrichtung), und dies entsprechend der Zylinderanzahl insgesamt z mal. Der in der Welt am meisten gebaute 4-Zylinder-Reihenmotor ist also nachteiligerweise mit 16 solcher kurzzeitiger Energieflußsperren über alle Arbeitszyklen der Zylinder behaftet.
  • Diese Triebwerks-Hebelverhältnisse heutiger, vielzylindriger Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen (nach 0220- u. DIESEL-Verfahren) machen daher zur Erlangung ausreichender Motorleistungen starke Treibkräfte, also große Kolbendurchmesser notwendig, neben hoher Verdichtung (verbrennungstechnisch mitbedingt) und großer Geschwindigkeit. Die Höchstwerte des Drehmoments müssen deshalb ein Vielfaches vom mittleren, effektiven Wert betragen. Großvolumige Motoren sind aber unter diesen Voraussetzungen sowohl in bezug auf die Bau- als auch Betriebskosten (Kraftstoffverbrauch) unvorteilhaft bzw. unwirtschaftlich.
  • Die unmittelbare Kurbel-Mechanik ist triebwerksmäßig hinsichtlich Energiefluß und sonstigen Anforderungen nur für Arbeitsmaschinen (wie Kolbenpumpen, Exzenterpressen, Kurbel-Stanzautomaten u.a.m.) günstig, (da der Antrieb von der Welle ausgeht und möglichst kleine Hebelarme wegen den großen Kompressions-,Preß- bzw.
  • Schnittkräftenvon Vorteil sind), nicht aber für Kraftmaschinen (wie Verbrennungsmotoren, Hydraulik-, Pneumatik-Kolbenmotoren u.
  • a.m.), (bei denen der Antrieb vom arbeitsleistenden Kolben bewirkt wird, d.h. ein möglichst großer Kraftarm ist in Verbindung mit den Expansions- bzw. Druckkräften für die Drehmomententwicklung wichtig).
  • Dieser fundamentale Unterschied ist im Kolbenmaschinenbau bisher nicht erkannt und beachtet worden. Nach dem Stand der Technik baut man daher alle Kolbenmaschinen nach dem selben Konstruktionsprinzip, nämlich dem optimalen für die Arbeitsmaschinenversion. Das bedeutet aber, daß der Hubkolbenmotor bis heute unbewußt in der Triebwerksmechnik gewissermaßen als 'Kolbenpumpe' ausgeführt wird, d.h. noch verbesserungsfähig ist. Dies erklärt auch die aufgezeigten Mängel in wirtschaftlicher und baulicher Hinsicht.
  • Der Schutzrechtsanmelder hat sich daher die Aufgabe gestellt, triebwerks technisch die optimale Motor-Bauart zu schaffen. Hierzu wird die erfindungsgemäße Schwingkolbenmaschine (GRAU-Motor) vorgeschlagen, wie noch im Folgenden näher erläutert und beschrieben wird.
  • Dabei sollen alle in Pkt.a...i (S.14 ff) dargestellten Nachteile des heutigen Hubkolbenmotors überwunden werden, d.ho Leistung und Reibungsverluste, Gewicht, Platzbedarf, Produktionskosten und Kraftstoffverbrauch gesenkt und damit die Wirtschaftlichkeit ganz wesentlich verbessert werden. Die schmälere Bauweise dieses Schwingkolbenmotors, bedingt durch den Wegfall der Kurbelwelle und mithin deren starke Ausladung (inkl. Gegengewichte und Pleuelauslenkung), soll zudem bei Einsatz als Fahrzeugantrieb (z.B. für Personen- u.
  • Lastkraftwagen) frontseitig flachere Karosserieformen (Motorhauben) ermöglichen zur Verminderung des Strömungs- und Luftwiderstandes mit weiterem Brennstoff-Ersparniseffekt (c-Wert-Redusierung um ca. 50 ).
  • Das eingesehene Patentschrifttum und die Fachliteratur10 liefern zur Lösung keine Hinweise. Eine Abgrenzung gegenüber neueren Offenbarungsschriften ist nicht erforderlich. Eingesehen wurden z.B.
  • folgende Anmeldungen: Kl.46a, Gr. 75.26: OS 15 76 043 v. 15.11.67 OS 14 51 661 v. 14.05.65 OS 15 23 630 v. 18.05.66 75.32: OS 15 26 463 v. 07.02.66 OS 15 26 342 v. 12.07.66 Kl.14a, Gr. 5.00: OS 19 11 482 v. 06.03.69 Die Erfindungsaufgabe wird gedanklich und konstruktiv wie folgt gelöst (Erfindungs-Philosophie): Im Vergleich zu WANKEL, der die 9) Beim alternativen Gebrauch als Arbeitsgerät oder Maschine (z.3.
  • für Betätigungs-, Steuer- und Regelzwecke) hat das neue Kolbenmaschinenprinzip gegenüber dem bisherigen den Vorzug einer getriebetechnischen Ubersetzungsmöglichkeit zwischen Antriebs- u.
  • Nutzarbeits-Seite.
  • 10)0.Kraemer, Bau und Berechnung der Verbrennungsmotoren, Springer-Verlag B/G/H 1963, 4.neubearbeitete Auflage W.D.Bensinger u.A. Meier, Kolben, Pleuel und Kurbelwelle bei schnellaufenden Verbrennungsmotoren (Konstruktion u.Berechnung) Springer-Verlag B/G/H 1961, 2.völlig neubearb.Aufl.
  • O.R. Lang, Triebwerke schnellaufender Verbrennungsmotoren (Grundlagen zur Berechnung und Konstruktion), Springer-Verlag 1966 Hütte IIA (Maschinenbau), Des Ingenieurs Taschenbuch, letzte 28.Aufl. 1954,Verl. W.Ernst& Sohn,Berlin (6.Abschn.Kolbenmaschinen, Kap.V Verbrennungsmotoren, 2.Abschn. Getriebe, Kap. V Kurbelgetriebe, 3.Abschn. Maschinendynamik) konventionelle, ossillierend-rotierende Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine durch Schaffung des Drehkolben-Motors (mit reiner Triebwerksrotation, analog der Konstruktionstechnik im Strömungsmaschinenbau, als Voraussetzung weiterer Steigerung der Schnellläufigkeit bzw. des Leistungsgewichts und aus Gründen der hohen, unerwünschten Massenkraft) abzulösen versuchte, aber an der für die Maschineneffizienz entscheidenden Prozeßgröße 'Verbrennung' wegen schwerwiegender Nachteile (ungünstiger, langgestreckter Kompressions-Verbrennungsraum mit erheblich schwierigeren, geometrischen Abdichtungsverhältnissen) scheiterte, wird in vorliegender Patentanmeldung mit dem erfindungsgemäßen Schwingkolben-Motor (mit nahezu reiner Triebverksoszillation) genau der entgegengesetzte Lösungsweg beschritten zur Überwindung der auf S.14ff definierten, beträchtlichen Systemmängel der heutigen Hubkolbenmaschine. Damit bekommt der Verbrennungsmotorenbau eine ganz neue Entwicklungsrichtung.
  • Reine Schwingbewegungen schaffen verbrennungs- also kolbenseitig die besten Voraussetzungen, ermöglichen zudem wirtschaftlichere Bauteil-Konstruktions-Tribologie-Lösungen und eignen sich für höchste Frequenzen bei energieminimalem Aufwand. Letzteres lehrt die Wellennatur wichtiger, vorwiegend trägheitsloser Vorgänge auf vielen Gebieten der Physik und Chemie (Naturwissenschaft); vgl.
  • z.B. das elektromagnetische Wellenspektrum (Röntgen-, Licht-, Infrarot-, Radar-, UICW-, TV- und Radio-Strahlen), die Elektrizität (Wechselstrom, kapazitiv-induktive Schwingkreise, Quarzschwingungen etc.), die Akustik (Schall), die Atomphysik (Materiestruktur, Elektronen-, Elementar-, Ionen-, Holekül-Schwingungen), sowie Wärmestrahlen, Wasserwellen, Pendelschwingungen u.a.m.; vgl. hierzu auch die rhythmische Funktion des Lebensmotors (Herzfrequenz), sowie die Plügel- und Schwingenfrequenz als Antriebsquelle bei allen Arten von Flugtieren (Vögel, Insekten etc.).
  • Mit der Erfindungsidee soll dieses naturgemäße Oszillationsprinzip auch für die Mechanik des Primär- und Individualenergie-erzeugenden Verbrennungskraftmaschinenbaus nutzbar gemacht werden. Der Lösungsweg bzw. die Überlegungen hierzu sind also auch - neben den erkannten, schwerwiegenden Mängeln - durch die in der liaturwissenschaft mit gutem Erfolg vorherrschende Gesetzmäßigkeit von Schwingungserscheinungen gerechtfertigt. Die Entwicklungslinie des Verbrennungsmotorenbausgeht damit vom Oszillation-Rotations-Motor (Hubkolbenmaschine OTTO, DIESEL) über den Rotations-Motor (Drehkolbenmaschine WAIff ) zum Oszillations-Notor (Schwingkolbenmaschine).
  • Bei der Lösung der Erfindungsaufgabe wird vom kreiszylindrischen Kolben ausgegangen, dessen Geometrie nach fachlichem Wissen die besten Voraussetzungen zur Herstellung einer technisch einwandfrei und sicher arbeitenden Abdichtung gegen extreme Bedingungen (heiße Verbrennungsgase hohen Drucks) aufweist. Damit kann der hohe, heutige Entwicklungsstand der motorischen Verbrennung bei der Problemlösung miteingesetzt werden. Das gilt für alle Teile dieser Baugruppe (Ringbestückung, Zylinderkopfkonstruktion, Ventilausrüstung etc.).
  • Für das vorrangige Ziel der maximalen Umsetzung der Kraftstoff-Verbrennungsenergie in mechanische Energie beim Bau von Mehrzylindermotoren wird vom unmittelbaren Kolben-Kurbeltrieb abgegangen und die für jeden Zylinder einzelne Verknüpfung von Kolbenfunktion und Bewegungstransformation aufgehoben, erfindungsgedanklich gelöst durch Trennung der Energieströme für die Maschinen-3igenbedarfsleistung und für die abzugebende Nutzleistung und erfindungsgemäß verwirklicht durch direkten Kraftschluß aller Kolben (ohne dazwischenliegendem,2-fachem Kurbeltrieb) unter energetischer Nutzbarmachung der 4- oder 2-Takt-Arbeitsverfahrensdynamik (mit den einander entgegen gerichteten Taktwirkungen von Expansion und Kompression), der zusammengefaßten Massenkraftwirkung aller gekoppelten Zylinder (als Energiepuffer bzw. -speicher) für die Gesetzmäßigkeit der Triebwerkskinematik und durch Ermöglichung des Einsatzes von (u.U. regel-, steuer- und/oder abschaltbaren) Federelementen.
  • Der Kolbentrieb soll dabei ausschließlich der eigentlichen Aufgabe der Energieentwicklung gerecht werden und die Systemenergie für den Arbeitsverfahrensablauf soll frei von dauernder, verlustreicher Umformung sein (von hin- und hergehender in drehende Bewegung und wieder zurück). Kennzeichnend dabei ist ein direkter Energiefluß zwischen den einzelnen KolbentriebwerkenO Die bisherige, überlagerte Pleuelkinematik von Oszillation und Rotation wird hierzu durch eine nahezu reine Schwingbewegung erersetzt, geometrisch bewerkstelligt durch die Bedingung, daß die Kolben in den Endstellungen (02 und UT) noch einen Hebelarm endlicher Länge ( größer null) aufweisen, der vorzugsweise von konstanter Größe über dem ganzen Kolbenweg ist. Erreicht wird dies beispielsweise durch Verschiebung der (geraden) Zylinderachse (n) aus dem Wellenmittelpunkt im bestimmten Abstand a , (s. Fig.1 der Beschreibung). Die Umformung in Rotation erfolgt getrennt von der Kolbenbewegung am Maschinenausgang mit gesonderter Getriebestufe, u.U. auch erst motoreinsatzseitig am angetriebenen Aggregat, ggf.
  • mit zusätzlicher oder alternativer Freilaufeinrichtung.
  • Hierdurch ergeben sich folgende Verbesserungen (im Sinne der Weiterentwicklung des Standes der Technik bzw. Fortschritts): 1) Eine auf das Arbeitsverfahren (4- und 2-Takt) ausschließlich ausgerichtete, bestmögliche Kolbenarbeitsweise bzw. -geometrie.
  • (Entlastung von der Geradführungsfunktion, Wegfall harter Kolbenanlagewechsel, bessere Kolbendichtung mithin geringere Gasdurchblasemenge bzw. Erhöhung des Gütegrads 2) Starke Minderung des Gleitbahndrucks (durch Wegfall der Pleuelneigung), dadurch wesentliche Reduzierung der Kolben- und Zylinderreibung, insgesamt also entscheidend geringerer, innerer Maschinenwiderstand, sowie kleinere Reibungswärmeentwicklung (kältere Zylinder und Kolben). (Besserer mechanischer und thermischer Wirkungsgrad am und ti , größerer Lieferfüllungsgrad als höhere Klopffestigkeit, weniger Kolben-, Zylinder- und Ringverschleiß, mithin höhere Bauteil-Standzeiten).
  • 3) Bessere Drehmomententwicklung durch größere, vorzugsweise konstante Hebelwirkung über den ganzen Kolbenweg. (Gesteigerte Motorenleistung).
  • 4) Größerer Nutzeffekt der maximalen Gasexpansionskraft im OT-Bereich. (Bessere Ausnutzung der Kraftstoff-Verbrennungsenergie).
  • 5) Vereinfachungs- und Gewichteinsparungs-Möglichkeit an der Kolbenausführung. (Kürzerer Schaft wegen Wegfall der Seitenbelastung, damit geringere Massenkraftwirkung, einfacheres Schleifbild wegen günstigerer Laufbedingungen, weniger Fertigungs- und Erprobungsaufwand, mithin stark reduzierte Kolbenentwicklungs- und Versuchskosten). Aufgrund der weit besseren Kolben-Laufgeometrie, mit erheblich geringeren Gleit- und Werkstoffanforderungen an das tribotechnische Re ibpaarungs system: Kolben-Ringe-Zylinder ist ggf. zukünftig ein genereller Übergang auf Aluminiumzylinder im Motoren bau möglich (kleineres Gewicht), mit Minimalspiel wegen gleichem Wärmeausdehnungaverhalten von Kolben und Zylinder (bessere Dichtverhältnisse), ohne komplizierte und fertigungstechnisch aufwendige, daher teueren Xegelkolben-Eonstruktionen.
  • 6) Festigeits- und schwingungsmäßige Triebwerksentlastung von hoher Rotationsbeanspruchung. (Material- und Baukosten-Einsparungen, sowie größere Flaschinenlaufruhe).
  • Erfindungsgemäß ist die Mehrzylinder-Bauweise der Schwingkolbenmaschine konstruktiv so gelöst, daß jeweils Kolben (in Einfach-, Doppel- oder Gegenausführung), z.B. mittels Kolbenpleuel, Ketten-2) oder Zahnstange oder unmittelbar, vorzugsweise auf jeder Seite einer Schwinge (ausgebildet z.B. als Hebelbalken, Ketten- oder Zahnrad, ggf. nur als Teilumfangsrad, u.U. auch in Doppel- oder Mehrfachbauweise) im besagten Abstand a' zur mittigen Schwingelagerung angelenkteind, wodurch im Betrieb entgegengesetzte Kolbenbewegungen auftreten (paarweises Zusammenwirken). Die Kolben liegen dabei in einer gelaeinsamen, zur Schwinge-Wellenachse senkrechten Ebene und wirken i.d.R. in gleicher oder wn 1800 gegeneinander versetzten Xichtung (2-Kolben-Schwingelement); vgl. Fig.1 (1.1 bis 1o4) der Erläuterung der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens.
  • Auch eine gleichzeitige Kolbenanlenkung in beiden Richtungen auf jeder Seite der Schwinge in einer Ebene ist möglich (4-Kolben-Schwingelement); vgl. Fig.2 (2.1 und 202).
  • Solche Kolben-Schwingelemente können nach der Erfindungsidee im Sinne eines Bausystems in beliebiger Anzahl - je nach Leistungsbedarf - vorzugsweise in gleicher Ausführung unter Beachtung der Bewegungszwangsläufigkeit (Schwingen), des Massenausgleichs, des Verbrennungsverfahrens (4- oder 2-Takt) und der Verwendung von (ggf.
  • regel-, steuer- und/oder abschaltbaren) Pederungseinheiten (mechanischer, hydraulischer, pneumatischer, kombinierter oder sonstiger Art) in Reihen-, Boxer- oder V-Ånordnung in gemeinsamer oder verschiedenen Ebenen kraftschlüssig aber drehschwingbeweglich miteinander direkt und/oder indirekt gekoppelt werden zur Herstellung unterschiedlicher Maschinentypen. Dabei wird eine den Takten des Arbeitsverfahrens entsprechende, zusammenwirkende und energieoptimale Kinematik aller Kolben erreicht; vgl. Fig.3 (4-Zyl.Reihenmaschinen), Fig. 4 (4-Zyl.noxermaschinen), Fig. 5 (8-Zyl.Maschinen), Fig.6 (Vielzylinderittaschinen), sowie Fig.9, 10 u.110 Dieses erfindungsgemäße Bausystem gestattet die Verwendung der wichtigsten Triebwerksteile (in bestimmter Abmessung und Ausführung) als zinheitsgröße nach dem Baukastenprinzip für mehrere Maschinen-Leistungsklassen, was starke Rationalisierungseffekte bei der industriellen Auswertung in den Bereichen: Produktion und Montage, Materialbeschaffung und Lagerhaltung (inkl. EDV), Ersatzteil- und keparatur-Geschäft, sowie Konstruktion/Berechnung/Entwicklung/Versuch und Vertrieb mit sich bringt. Motor-Herstellerfirmen können damit zukünftig ihre sämtlichen Aggrogat-Baureihen (gesamtes Motorprogranun) mit gleichen Triebwerksteilen gf. produzieren und zusammenstellen, (gleichzusetzen mit enormer Kostenverbilligung bzw. Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit).
  • Höherzylindrige Schwingkolbenmaschinen können zur Erzielung einer noch gedrängteren Bauweise erfindungsgemäß auch mit Doppel- oder Mehrfach-Anlenkung von Kolben pro Schwinge-Seite (in einer oder beiden Richtungen) ausgeführt sein, ggf. mit Doppel- oder Mehrfach-Bauweise der Schwinge (Mehr-Kolben-Schwingelement); vgl.
  • Fig.7. Die Kolben liegen dabei vorzugsweise in parallelen Ebenen (mit gleiche Abstand a ' zur mittigen Schwingelagerung und mit gleichem Durchmesser) oder in einer gemeinsamen Ebene (mit unterschiedlichen Abständen und Hüben und mit verschiedenen, kraft-und momentenmäßig abgestimmten Durchmessern). Letztere Lösung ist theoretischer Art.
  • Andererseits sind aber auch ganz einfache Maschinentypen zu verwirklichen, z.B. mit nur einer Schwinge und Welle mit einfacher bzw. doppelter oder mehrfacher Anlenkung pro Seite (und Richtung) also z.. mit 2 (4) oder 4 (8) Kolben im 2- oder 4-Taktbetrieb in gemeinsamer bzw. parallelen Funktionsebenen; analog Fig.1 u. 2.
  • Die freien Kräfte und Momente sind in diesen Auslegungsfällen ggf.
  • durch Federn aufzunehmen.
  • Beispielsweise ist auch ein Zwei-Schwinge-1schinentyp in Parallelanordnung mit Kegelrad-Koppelung (mit entsprechender Anlenkung und Kolbenbestüchung wie oben) möglich bzw. technisch von Interesse wegen geringer Maschinenbauhöhe und völligem i4assenausgleich; vgl.Fig.8. Die koaxialen Schwingen oszillieren gegeneinander und lagern auf (mitbewegten, ü£'f. hohlausgeführten) Wellen, alternativ (ruhenden) Achsen oder stützen sich auf Torsionsstäben.
  • Die hin- und hergehende Oszillationsbewegung der Kolben-Schwingelemente wird nach den Erfindungsgedanken gemäß des heutigen, hohen Entwicklungsstandes der motorischen Verbrennung (Zündsicherheit) durch die Arbeitsverfahrensdynamik (4- oder 2-Takt) mit den entgegengesetzten, physikalischen Wirkungen von Kompression (Dämpfung und Expansion (Impuls) unter Nutzung der gesamten, kräftemäßig umgekehrten Massenwirkung erzielt, ggf. unterstützt durch Federn (mechanischer, hydraulischer, pneumatischer, kombinierter odcr sonstiger Art, mit konstanter, progressiver oder variabler bzw. gesteuerter Steifigkeitscharakteristik), (Schwingerversion), und ggf. synchronisiert zur Abtriebsdrehbewegung durch eine (oder mehrere) Getriebestufe(n) mit Schwungmasse(n).
  • Der periodische Bewegungs-Hichtungswechsel der Kolben-Schwingelemente erfolgt erfindungsgemäß im Rhythmus der Zündfolge der Zylinder auf entgegengesetzten Seiten der Schwingen bzw. Schwingelemente. Durch den Gasdruck des komprimierenden Kolbens wird die Schwingbewegung abgebremst und durch die Explosionskraft der anschließenden Zündung in umgekehrter Richtung fortgesetzt. Damit wird nach der Erfindungsidee ein selbsttätiger Oszillationsrhythmus mit gesetzmäßigem Bewegungsablauf erzielt, (ggf. unterstützt durch Pederkrciftc und Getriebestufe-Schwungmoment). Zur Gleichförmigkeit der Schwingbewegung des Systems trägt auch die gesamte, erfindungsgemäß direkt oder indirekt zusammengekoppelte Masse aller Einzel-Kolbentriebwerke bei unter voller, energetischer Nutzbarmachung der der Gaskraft jeweils entgegengesetzten Massenwirkung (mit Dämpfung der Zündung/Explosion und Unterstützung der Verdichtung, also mit Energiepuffer- mithin Entlastungsfunktion für das gesamte Triebwerk). (Dadurch kann auch die Getriebestufe-Schwungscheibe entsprechend kleiner ausgelegt werden).
  • Erfindungsgemäß stellt demzufolge das 2-Kolben-Schwingelement im 2-Taktverfahren (mit Einfachkolben) und im 4-Takt (mit Doppel-oder Gegenkolben) einen selbsttätigen, iechanischen Schwingkreis 1.Art (mit Einfach-Impuls) dar; allerdings ohne Massenausgleich, dem ggf. mit Federeinheiten (eventuell Drehzahl und/oder druckgesteuert) teilweise oder vollständig entgegen zu wirken ist; vgl.
  • Fig.1. Entsprechendes gilt für das 4-Kolben-Schwingelement im 4-Takt (mit Einfachkolben); im 2-Tkt liegt sogar ein Schwingkreis 2.Art (mit Doppel-Impuls) vor; vg. Fig.2.
  • Vollkommener, bauseitiger Massenausgleich (kräfte- und momentenmäßig) tritt bei zwei direkt und/oder indirekt gekoppelten 2- bzw.
  • 4-Kolben-Schwingelementen (vorzugsweise in gemeinsamer Ebene) mit normalüblichen Einfachkolben auf, wobei im 4-Takt insgesamt ein Schwingkreis 1. bzw. 2.Art und im 2-Takt ein Schwingkreis 2 , bzw.
  • 4.Art zustande komn'it; vgl. Fig.3, 4 u.5, sowie 10 und 11. In gleicher Weise laßen sich nach dem erfindungsgemäßen Bausystem auch Schwingkreise aus Mehr-Kolben-Schwingelementen herstellen; vgl.
  • Fig.6, 7 u.8.
  • Die direkte oder indirekte Koppelung der Kolben-Schwingelemente erfolgt z.. direkt mit Hilfe von (z.B. gerad-, schräg-, pfeil-, schrauben- oder bogenverzahnten)Zahnkränzen an den Schwingen und/ oder indirekt mittels Stirn- und/oder Kegelzahnrädern, (ggf. nur mit Teilumfan), kraftschlüssig aufgesetzt auf den Schwingewellen oder befestigt an den Schwingen (z.B. bei Lagerung auf ruhender Achse); ggf. zusätzlich oder ausschließlich gekoppelt mit endlichem und/oder endlosem Riemen- und/oder Kettentrieb (alternativ auch verzahnt) u.a.m. mit gleich- bzw. wechselseitiger Umschlingung der Scheiben, Räder und /oder Schwingen bei gleichem bzw.
  • entgegengesetztem Bewegungssinn, (ggf. in Doppel- oder Mehrfachausführung); vgl. Fig.3 bis 14.
  • Der Ab- oder Antrieb der auf solche Weise g«-bautën Schwingkolbenmaschinen erfolgt nach dem Erfindungsgedanken vorzugsweise mittels einer nachgeschalteten (bei Kraftmaschinen) bzw. vorgeschalteten (bei Arbeitsmaschinen), für mehrere oder alle Zylinder gemeinsamen, vollumlaufenden, nichtdurchschlagenden Getriebestufe (mit entsprechender Schwungmasse), abgeleitet z.B. aus der allg. Getriebe-Vier-Gelenkkette, in der Bauform z.B. als mittige Schubkurbel, zentrische Kurbelschwinge, Bogenschubkurbel, umlaufende Kurbelschleife u.a.m. als integriertes oder angebautes, u.U. getrennt gefertigtes oder nur als einsatzseitig am angetriebenen Aggregat vorhandenes Maschinenelement. Diese Getriebestufe dient zur Umformung und Synchronisierung der Dreh-Schwingbewegung in Rotation (und umgekehrt), zur genauen Festlegung der 02- und U2-Kolbenstellungen und mithin des Verdichtungsverhältnisses (unabhängig von der Schwingefrequenz und damit der Massenkraft), sowie zur Triebwerksverriegelung im Zünd-/Explosionszeitpunkt. Außerdem kann der Ventiltrieb erforderlichenfalls hiervon abgeleitet werden; siehe Anlenkungsbeispiele nach Fig. 12 (12.1 bis 12.3).
  • Bei höherzylindrigen Maschinen sind ggf. z.B. aus Beanspruchungsgründen zwei oder mehrere, solcher Getriebestufen (mit Schwungmasse) notwendig, zweckmäßigerweise in einer Kinematikebene angeordnet und im Gegen- (oder Gleich-)Lauf betrieben mit selbständigem Massenausgleich; vgl. Fig. 12.4 u. 12.5. (Im Gegenlauf ergeben sich zwei Abtriebsdrehrichtungen).
  • liach der Erfindung ist (sind) diese Getriebestufe(n) an ein (oder mehr) Kolben-Schwingelement(e) einer Maschinen angelenkt, und zwar im größeren, kleineren oder gleichen Abstand zum Dreh-Schwingemittelpunkt als die Kolben, wodurch verschiedene tJbersetzungsverhältnisse (der Leistung) entsprechend den Anforderungen des Maschineneinsatzes hergestel:Lt werden; (vgl. Fig. 12.3, 13.2 u.14). Es können auch Getriebestufen gleicher oder verschiedener Baugröße mit unterschiedlicher Übersetzung unabhängig von einander an einem Schwingkolbenmotor (im Gegen- odor Gleichlauf) angeschlossen sein, um verschiedene Abtriebsbedingungen gleichzeitig herzustellen.
  • Auch ein Zusammenkoppeln von Schwingen (Teil-Triebwerken) einer oder verschiedener Maschine(n) mit Hilfe solcher Ro-tations-Getriebestufe(n) ist möglich, und zwar ohne bzw. mit Phasenverschiebung.
  • Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindungsidee tonnen bei Maschinen mit Schwingkreisen 1. oder höherer Art, zeit indirekter Koppelung, einzelne, koaxiale Kolbenpaare (bei Massenausgleich ggf.
  • auch durch Feder-Gegenkräfte) oder ganze Teil-Triebwerke bzw. Kolben-Schwingelemente (bei selbständigem, bauseitigem lviassenausgleich) bei entsprechender Kupplungseinrichtung (oder anderer, geeigneter Vorkehrung) aus dem Betrieb genommen und wieder zugeschaltet werden je nach Leistungsbedarf bzw. Maschinenanforderung; (vgl.Angaben zu Fig.9). Dies ermöglicht einen wirtschaftlicheren Betrieb und Einsatz von Kolbenmaschinen (Kraft- und ggf. auch Arbeitsmaschinen) als nach dem bisherigen Stand der Technik.
  • Vergleichbare Lösungen existieren bis heute nicht auf dem Markt.
  • Aus den Entwichlungsabteilungen einzelner, inländischer hutomobilfirmen sind in jüngster Zeit (gemäß Mitteilungen in der Pachpresse) Bemühungen bekannt geworden, bei 6- und höherzylindrigen Hubkolbenmotoren einzelne Kolben im Betrieb leer mitzuschleppen, bezeichnet als sog. Zylinderabschaltung, ausgeführt in der Art als Kraftstoff- oder Ventil-Abschaltung (ohne Kraftstoffzufuhr bzw0 Ladungswechsel), aus zylinderlaufthermischen Gründen notwendigerweise beaufschlagt durch Abgase der arbeitenden Kolben.
  • Demgegenüber sieht die Lösung vorliegender Anmeldung eine zeitweise, völlige Stillegung von Kolben vor, wodurch außer Kraftstoff (durch Unterbleiben des Ansaugvorgangs bzw. Ladungswechsels) auch Kolben-, Lager- und Zylinder-Reibungsverluste (inkl. Verschleiß) sowie Energie zur Kolbenbewegung eingespart werden; (s. auch Angaben auf S.3, Abschn.2). Im Gegensatz zur Zylinderabschaltung, die neuerdings bei Motorenfirmen entwicklungsseitig im Gespräch £h ist, handelt es sich hier also um eine komplette Kolbenstillegung in einzelnen Zylindern; (vgl. Fig.5, 6, 9, 10 u.11).
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann die Leistung von Schwingkolbenmotoren auch direkt, d.h. vor der Rotations-Getriebestufe, die dann nur zur Bewegungssynchronisierung und Triebwerksverriegelung (im Zündzeitpunkt) sowie zur Konstanthaltung der Kompression (unabhängig von Frequenz und Massenk-raft) dient, bei konstantem Kolben-Kraftarm mit Hilfe von Freilaufrädern bzw. -kupplungen (z.B. in Form von Überhol- oder Momentenausführungen) über die Maschinenwellen (mitschwingend) oder direkt an den mit Freilauf ausgerüsteten, auf (ruhenden) Achsen oder Torsionsstäben gelagerten Triebwerks-Schwingen abgenommen werden (mit/ohne Übersetzung), ggf. in Verbindung mit einem Flüssigkeitsgetriebe bzw. Strömungswandler (zur Verbesserung der Bewegungs-Gleichförmigkeit). Für die Freilauffunktion kommen auch z.B.
  • selbsttätige und geräuschlos arbeitende Reibgesperre (wie Klemm-und Rollengesperre) sowie reibungsschlüssige Kuppltmgen, Selbsthemmungs-Bremsarten, aber auch hydraulische Kupplungen (z.B. mit scharniergelagerten Eingriff-Plügeln) u.ä.m. in Betracht.
  • Ziel hierbei ist es, eine bessere Ausnutzung der aus dem Verbrennungs-Umwandlungsprozeß (chemisch/mechanisch) hervorgegangenen, erfindungsgemäß gesteigerten Kolben-Bewegungsenergie zu erreichen, unabhängig von der veränderlichen Hebelgeometrie der Rotations-Getriebestufe. Die Bremswirkung des Motors, z.B. im Fahrzeug-Schubbetrieb, kann über die Getriebestufe sichergestellt werden (ggf. mit Freilauf in Abtriebsrichtung hinter der Schwungscheibe).
  • Auch eine teilweise,alternativ gesamte Leistungsableitung über die Freilaufeinrichtung mit, alternativ ohne Rotations-Getriebestufe ist möglich (mit/ohne Übersetzung). Ersterer Fall kommt bei Getriebestufen ohne abtriebsseitigen Preilauf zustande und im letzteren Fall liegt keine Motorbremswirkung vor; vgl. Fig.13.
  • Hinsichtlich weiterer Verwirklichungsmöglichkeiten der Erfindungsidee als integrierte Baueinheit aus Schwingkolben-Verbrennungsmotor, Schwingkolben-Hydraulikpumpe und/oder Schwingkolben-Luftverdichter (ein- oder mehrstufig) oder E-Schwing-Generator, arbeitend in gleicher oder verschiedenen Kinematikebene(n) auf gemeinsamer(n) oder verschiedener(n) Aggregatwelle(n); vgl. Fig. 14, sowie bezüglich unmittelbarer Kupplung (mit/ohne Übersetzung) zweier Schwingkolbenmaschinen (Hotor/Riotor, Pumpe/Pumpe ggf. auch Motor/Pumpe u.ä.m.), ohne Zwischenschaltung von Rotations-Getriebestufen, sei auf die Angaben auf Seite 5 und 6 verwiesen.
  • Mit dem erfindungsgemäß entwickelten Konstruktionsprinzip und Bausystem des mehrzylindrigen Schwingkolbenmotors ergeben sich zusätzlich zu den auf Seite 24/25 genannten Verbesserungen (Pkt. 1 bis 6) folgende, weitere technische und wirtschaftliche Vorteile und Eigenschaften gegenüber dem herkömmlichen Hubkolbenmotor, (in Fortsetzung der Nummerierung): 7) Bei der z- Zyl.Schwingkolbenmaschine (mit Rotations-Getriebestufe RG) treten im Vergleich zum z- Zyl.Hubkolben-Reihenmotor nur z anstelle von z2 Energieflußblockierungen (in OT-Zündstellung) über die Arbeitszyklen aller Zylinder auf, d.h. es werden 2 mit der neuen Maschinenart - z getriebekinematisch bedingter, energiesperrender Kolbengestänge-Stellungen vermieden. Das ist leistungsmäßig ein entscheidender Punkt. Bei der Freilaufausfüh- -rung (ohne XG-Stufe)treten überhaupt keine Blockierungen auf. Daher empfiehlt sich auch diese erfindungsgemäß vorgeschlagene Konstruktion für den Leistungsabtrieb.
  • 8) Unmittelbarer, innerer, tribologiegerechter Energieaustausch zwischen den Zylindern durch direktes Kolben-Zusammenspiel aufgrund der Schwingmechanik des Triebwerks (analog elektrischen Schwingkreisen); hierdurch Leistungsgewinn, keine Umwandlung der Maschinen-Eigenbedarfsleistung (von Oszillation in Rotation und wieder zurück), mithin deutliche Triebwerksentlastung.
  • 9) Nutzbarmachung der Eigendynamik des 4- und 2-Taktprozeßes(OTTO-u, DIESEL-Verfahren) für den Bewegungsablauf durch Energieauswertung der Gaskraft-Gegenwirkungen von Verdichtung und Expansion; gleichbedeutend mit verfahrensoptimaler Mechanik mit besserer Leistungsausbeute.
  • 10) Im Totpunktbereich Nutzbarmachung der gesamten, zur Gaskraft entgegengesetzten Massenträgheit des Systems (als Snergiepuffer und -speicher) beim Kompressions- und Expansionstakt. Damit Vermeidung bisheriger, starker Bauteil-Blindbeanspruchungen bei wesentlich verbesserten Energieflußverhältnissen und Entlastung aufgrund möglicher schWächerer Werkstückbemessung. Die in jedem Pall vorhandenen, oszillierenden Kolben-Triebwerksmassen (ggf. noch unterstützt durch Federkräfte) übernehmen dabei die Schwungradfunktion der wegfallenden, seitherigen, großen Rotationsmassen (Kurbelwelle mit Gegengewichten und rotierendem Pleuelanteil) und ermöglichen damit weitere Reduzierungen am Maschinengewicht.
  • 11) Einsparung der mehrfach gekröpften, technisch komplizierten, herstellungsaufwendigen, sehr biege- und drehelastischen, riß-und bruchanfälligen Kurbelwelle (inkl. Gegengewichte) mit starker Schwingungsneigung (Biegung und Torsion) aufgrund der Kröpfungen, Zylinderachsabstände und Massenverteilung (in Längsrichtung).
  • Stattdessen kurze, gerade Wellen bzw. Torsionsstäbe (oszillierend) oder Achsen (feststehend), ggf. hohlausgeführt, als Abstützung der Triebwerks-Schwingen. (Letztere z.B. in Leichtbaukonstruktion, etwa fachwerkträgerartig, und/oder in Leichtmetall-Verbundwerkstoffausführung). Hierdurch ergeben sich Produktionsvereinfachungen, stabilere Verhältnisse, kein unbestimmtes Lagerproblem, keine Zusatz-Zwangsbelastungen aus Pluchtungsfehlern, höhere Aggregatfestigkeit, keine Momentenbeanspruchungen auf die Naschinenwellen aufgrund i.d.R. gemeinsamer Funktionsebene aller Kolben und weit schmalere Notorbauweise wegen Wegfall der Kurbelwellenausladung (mit Gegengewichten) und der Pleuelrotation.
  • 12) Vermeidung gerad- oder schräggeteilter Kolben-Pleuelköpfe (inklusive Zentrierungen bzw. Verzahnungen der TeilungsSlächen) mit fertigungsaufwendiger und schadensanfälliger Deckelverschraubung, sowie Wegfall geteilter Pleuel- und Kurbelwellenlager (keine Halbschalen, keine Pleueldeckel, keine Schrauben). Stattdessen einfache Pleuelstangen mit geschlossenen Lagerstellen (ggf. sogar beidseitig mit gleicher Lagerbüchse und Bolzen, entspr. heutiger Kolbenbolzenlagerung) oder alternativ Verwendung von Zahn- oder Kettenstangen (ohne Lagerstellen). Hierbei ergeben sich weitere Produktionsvereinfachungen, leichtere otormontage, keine Maschinenschadensgefahr durch Schraubenbrüche. Durch Wegfall der Pleuelschwenkbewegung, mithin Stangen-Knickbeanspruchung und Pleuelkopf-Fliehkraftbelastung ggf. Verwendungsmöglichkeit für hochfeste Aluminium-Pleuelstangen, geschmiedet ggf. auch gegossen; hiermit erheblich geringere Gewichts- und Massenkräfte, ggf. sogar Einsparungsmöglichkeit getrennter Pleuel- und Kolbenbolzenlager bei ausreichenden Material- und Gleiteigenschaften, Verschleißfestigkeit und Warmhärte der Al-Legierung.
  • 13) Erheblich geringere Pleuellängen möglich (mit Stangenverhältnissenl/1,5. .1/2 anstelle bisherigen Wertenl/3,5. .1/4) wegen wegfall des Pleuelgeigen-Umlaufs, der Gegengewichte und der Bemessungsabhängigkeit vom Hub; hierdurch ergibt sich geringere Motorbauhöhe, damit Einsparung an Gewicht, Bau- und Energiekosten.
  • 14) Nehezu ausschließliche Transformation der Nutzleistung in umlaufende Bewegung. (Damit entstehen weniger Verluste durch Reibung und Ventilation; Energiegewinn proportional der Zylinderanzahl).
  • 15) verwendungs- u. Einbaumöglichkeit für Federelemente (aufgrund nahezu reiner Kolbengestänge-Oszillation bzw. erfindungsgemäßer Drehschwing-Triebwerksmechanik), vorzugsweise mit Entspannungsphase in der Schwingungs-Nullage (ggf. mit regel-, abachalt- und/oder steuerbarer Steifigkeitscharakteristik entspr. der Schwingfrequenz bzw. Massenwirkung). Hierdurch werden erzielt: Energienutzung durch Auhnahme und Abgabe oszillierender Massenkröfte (mit besserem Wirkungsgrad als beim Schwungrad-Energieausgleich), Harmonisierungsbeitrag zur zeitlichen Kolben-Schwingelemente-Bewegung, Ausgleichsmöglichkeit freier Kräfte u. Momente, Bauteilentlastung (auch von impliziter Massenkraft durch schwächere Dimensichierungsmöglichkeit) und ggf. Schaffung der Voraussetzungen zur Sinstellung des speziellen Betriebszustands der Resonanz im Eigenfrequenzbereich (mit eigenverbrauchsminimaler Triebwerks-Schwingkinematik) durch Federabstimmung entsprechend der Massenwirkung, 16) Getriebetechnische Triebwerksverriegelung (im Zündzeitpunkt) für alle Kolben zentral mittels gemeinsamer RG-Stufe, anstelle mehrerer, bisheriger Einzelverriegelungen entepr. der Zylinderanzahl. (Vereinfachung bzw. Einsparung am baulichen Aufwand).
  • 17) Keine Konstruktionsabhängigkeit der @otorbaulänge von der KW-und PL-Lagerbreiten-Bemessung. (Baukosten- und ggf. Gewichtsreduzierung, sowie erhöhte @etrie@ssicherheit).
  • 18) Zukünftige Baumöglichkeit für luftwiderstandsmäßig günstigere Fahrzeug-@arosserieformen (insbesondere @lachere Motorhauben für Personenwagen) wegen schmälerer Motorausführung und ggf. deshalb räumlich besserem Chassiseinbau. (Beutliche Kraftstoffverbrauchssenkung, vor allem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten).
  • 19) Gestüngebewegung aller Kolben i.d.R. in gemeinsamer Ebene, (u.U. inkl. RG-Stufe). (Vibrationsarmer, ruhiger Maschinenlauf, ohne Erfordernis zu extrem Kurzhubiger Bauweise).
  • 20) Rückführung des Torsions-Schwingungssystems des Hubkolbenmotors mit h (Kolben-Pleuel-) Massen, verteilt über die Kurbelwellenlänge nach Zahl und Abstand der Kröpfungen mit n-1 Eigenfrequenzen, auf den einfachsten Fall eines 1-Massensystems des Schwingkolbenmotors (@ei einem Schwingelement~ oder auf den allgemeinan Fall i gekoppelter 1-Massensysteme (ohne RG-Stufe) mit i- 1 Eigenfrequenzen. Da i= 2 Schwingelemente Motorausführungen bis zu 8 Kolben gestatten, tritt bei Schwingkolbenmaschinen i.a. nur eine Eigenfrequenz auf. (Stark vereinfachtes Schwingungssystem).
  • 21) Erfindungsgemäßes Bausystem für Mehrzylinder-Schwingkoi,ben Motoren (Reihen-, Boxer- oder t-Version) führt auf weit besseren Massenausgleich. ,Rotierende und oszillierende (II.Ordg.) Kräfte und Momente treten infolge Wegfall des unmittelbaren Kurbelwellentriebs (mit Pleuelkopf-Rotation und starker Pleuelschwenkbewegung) nicht auf (ausgenommen RG-Stufe).
  • 22) Erfindungsgemäßes Schwingkolben-Konstruktionsprinzip ermöglicht neuen Kolbenmaschinentyp: Rinzylinder-Mehrkolben-Motor (koaxiale Bauweise).
  • 23) Verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der Maschinen-Gesamtabmessung, zur Anpassung an räumliche Bedingungen, aufgrund der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung durch zwei getrennte, selbständige Maschinenfunktions-Einematikbereiche (oszillierend und rotierend), mithin freie Wahl in der Anordnung und Zahl der Schwingelemente (mit Kolben) und RG-Stufe(n).
  • 24) Übersetzungsmöglichkeit (vorzugsweise mit konstantem Verhältnis) zwischen Leistungserzeugung und Nutzleistungsableitung. Optimierung beider Triebwerksbereiche nach Maschineneffizienz (Kolbenwegstrecken-Festlegung zur vollen Gasexpansions-Nutzung), nach Bauteilbeanspruchung, Abtriebsmechanik und Maschineneinsatzbedingungen.
  • 25) Konstruktionsfriheit für Gegen- und Mehrkolbenausführung pro Zylinder, sowie unmittelbare Kupplungsmöglichkeit zweier oder mehrerer Schwingkolbenmaschinen (im Oszillationsbereich) ohne zweimaligen Energiefluß-Umweg über RG-Stufe(n). Gedrängte Motorbauweise mit großer Leistungsinstallierung und optimaler Energieleitung.
  • 26) Günstigeres Motor-Anzugs- und Beschleunigungsvermögen (über den ganzen Drehzahlbereich) inklusive besseres Startverhalten aufgrund größerer Drehmomententwicklung (insbesondere bei Freilauf-Abtrieb), direkter Kolbenkoppelung, wesentlich kleinerem, innerem Motorlaufwiderstand (wegen erheblich weniger Zylinder- und Solbenreibung) und eventuell geringerer Beschleunigungsmasse, (ggf. mit Federkraftunterstützung).
  • 27) Reduzierung n gekoppelter Einzel-Kurbeltriebe (Getriebe-Viergelenkketten) heutiger Reihen- und Boxer-Hubkolbenmotoren (Grundlagsrung nach jeder Kröpfung) bei n Zylindern bzw. n/2 kurbel triebs-Koppelungen bei hubkolben-V-Motoren (2-fache Pleuelbelegung pro Hubzapfen) auf i.d.R. zwei Koppelungen bei Schwüigkolbenotoren, (nämlich eine zwischen den Schwingelementen und die zweite durch die RG-Stufe).
  • 28) Schwingkolbenmotoren weisen ein besseres Start- und Bremsverhalten beider, kotor-Anzug und im Schubbetrieb auf infolge geringen rer Massenwirkung (aus Rotation); hierdurch ergeben sich Energie und Materialeinsparungen, (Federausrüstung ist von Einfluß).
  • 29) Senkung der Wärme-Kühlverluste ggf. möglich durch höheres Temperaturniveau (zeitlicher Mittelwert) der Zylinderwände bzw. Motorkühlung aufgrund stark reduzierter, thermischer Zylinderbelastung (aus geringerer. Kolbenreibung); z.B. durch Anhebung der mittleren Kolben- und Zylindertemperatur von derzeit ca. 110 auf 150/200 °C durch Zu- oder Einsatz höhersiedender Kühlflüssigkeiten, z.B. Glycerin (mit 290°C bzw.563 °K Siedepunkt und 0,58 kcal/ kg°C bzw. 2,42 kJ/kG°K spezifischer wärme).
  • 30) Deutlich geräuschärmerer Motorlauf durch Vormeidung starker Kolben-Anlagewechsel (kein 'Klappern' im OT- und UT-Bereich aufgrund besserer Laufgeometrie), daher kein Zwang zu stark reibungserhöhenden Konstruktionsmaßnahmen, wie Kolbenbolzen-Desachsierung und negatives Kolben-Warmspiel (ca. 1#10-3 Überdeckung vom Kolbendurcknesser für die i.a. gebräuchliche Gleitpaarung: Grauguß-Zylinder und Voll-aluminium-Kolben).
  • 31) Leicntere Ein- und Ausbaumö:glichkeit für Kolben, Lager, Welle, Pleuel bzw. Gestänge etc. (Kostengünstigerer und einfacherer Zusammenbau und Demontage von Schwingkolbenmaschinen).
  • Zusammenfassend ist festzustellen: Optimierte Kolbengeometrie und Energieflußverhältnisse (gas- und massenkraftseitig), verminderte (Blind-) Belastungen (Wechsel- und Schwingungsbeanspruchung) des Triebwerks (in den Kolben-Extremstellungen und durch Wegfall der Wellenkröpfung und Zylinderabstände), Rotationsentlastung (durch Vermeidung großer, umlaufender Massen, inkl. Gegengewichte) und günstigere Drehmomententwicklung (infolge konstanter Hebelwirkung) ermöglichen eine effizientere Kraftmaschine bei schwächerer Bauteil-Dimensionisrung (bezüglich Zylinder-Durchmesser, Kolben, Gestange, Welle etc.), bei gleicher Motorleisfung und unter sonst vergleichbaren Betriebsbedingungen (hinsichtlich mittl.Kolbengeschwindigkeit, effektivem Mitteldruck, Verdichtungsgrad, Kolbenweg usw.). Dabei ergeben sich Produktions-Kosteneinsparungen, geringeres Motorgewicht und kleinerer Raumbedarf (flachere Motor abmessung), besserer, mech. Wirkungsgrad (aufgrund wesentlich geringerem, innerem Bewegungswiderstand) mithin deutlich bessere Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Schwingkolbenmotors gegenüber dem althergebrachten Hubkolbenmotor; ausgedrückt in spürbar reduziertem, spez. Kraftstoffverbrauch (g/kWh), kleinerem Leistungsgewicht (kg/kW) bzw. höherer Bauraumleistung (kW/m3).
  • Diese Überlegenheit bzw. Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik gelten sowohl für den Fahrzeugmotorenbau als auch für stationäre Maschinen und für den Schiffsdiesel-Großmotorenbau.
  • Vorliegender Erfindungsgedanke bezieht sich in erster Linie auf Mehrzylindermaschinen-. Die Idee kann aber analog auch beim Einzylindermotor (hinsichtlich günstigerer Kolbengeometrie und -funktion bzw. Kraftarmverhältnisse) verwirklicht werden, besonders vorteilhaft in der erfindungsgemäß hier möglichen Mehrkolbenausführung.
  • Mit zwei (koaxialen) Kolben (a. im Gegenlauf, Fig. 15, und ggf.
  • auch b. im Gleichlauf bei Gegenausführung und Massenausgleich mittels Federkraft, Fig.16) im 2 akut, oder vier (koaxialen ) Kolben (c. in doppelter Gegenkolbenausführung, d.h. paarweise im Gegenlauf, Fig.17.1 - 17.3) im 2- oder 4-Takt läßt sich erfindungsgemäß auch die Eigendynamik des Arbeitsverfahrens teilweise oder vollständig wahrnehmen; (bewerkstelligt durch Kompression und Zündung mit entgegengesetzter Bewegungstendenz von Dämpfung und Impuls). l3ei ausreichender Schwungmasse bzw. Federkraft (bei konventionellem Energiefluß) können Einzylindermaschinen nach a. und b.
  • auch im 4-Taktverfahren betrieben werden.
  • Die kolben wirken dabei z.B. mittels Pleuel-, Ketten-2) oder Zahnstange oder unmittelbar auf eine ein- oder~ beidseitige Triebwerks-Schwinge (bei b.), (ausgebildet z.B. als Hebelbalken, Ketten- oder Zahnrad, ggf. nur mit Teilumfang), bzw. auf direkt und/oder indirekt z.B. mittels Zahnrädern und/oder ketten- oder Riementrieb (auch verzahnt) gekoppelt Schwinge(n) (bei a. und c., vgl.Fig.15 u. 17), die im Abstand a' zur Zylinderachse gelagert und auf der selben oder Gegenseite im gleichen, größeren oder kleineren Abstand (je nach b"bersetzung) an die Abtriebs-Rotations-Getriebestufe mit Schwungmasse (z.B mittige Schubkurbel, zentrische kurbel schwinge, Bogenschubkurbel, umlaufende Kurbelschleife u.ä.m.) und/ oder an eine Bedereinheit angelenkt ist (sind). Weitere (u.U. zu-, regel- und abschaltbare) Federelemente (in mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, kombinierter oder sonstiger Art, ggf. mit gesteuerter Steifigkeitscharakteristik) können zur Unterstützung der Schwingbewegung und zur Speicherung und Abgabe der Gas- und Massenkräfte an oder in den Kolben (letzteres z.B. bei doppelter Gegenausführung) oder an den Kolbenpleueln bzw. -stangen oder Schwingen angeordllet sein, (vorzugsweise mit der 'Sntspannungsphase in der Schwingungs-Nullage, d.h. Kolbenwegmitte). Auch eine jeder anordnung zur teilweisen Speicherung bzw. Dämpfung des Zündimpulses und zur Erleichterung der Kompression ist alternativ möglich.
  • Die Motorleistung kann auch direkt, d.h. vor der Getriebestufe(RG), die dann nur zur Bewegungssynchronisierung, Triebwerksverriegelung (im Explosionszeitpunkt) und zur Einhaltung des Verdichtungsgrads dient, bei konstantem Kraftarm mittels zusätzlichen oder alternativ verwendeten Preilauf-Zahnrädern bzw. -kupplungen, (mit/ ohne Übersetzung), und/oder direkt über die mit/ohne Freilauf ausgestattete Schwinge(n) bzw. -welle(n) abgeleitet werden. Die Freilauf-Zahnräder sind dabei im Eingriff mit Verzahnungen an der Kolbenstange, am Kolbenschaft (bei doppelter Gegenausführung mit verzahntem Schaft-Zwischenstück) und/oder an den Schwingen. Die Motorbremswirkung im Schubbetrieb kann dabei über die RG-Stufe sichergestellt werden (bei Freilauf in Abtriebsrichtung). Die Maschinenleistung kann auch zu gleichen oder verschiedenen Teilen über die Rotations-Getriebestufe (ohne Freilauf) und über reilaufräder bzw. -kupplungen oder Breilauf-Schwinge(n) bzw. -welle(n) abgeleitet werden. Auch ein ausschließlicher Leistungsabtrieb mit Freilaufrädern bzw. -kupplungen (ohne RG-Stufe) ist möglich (mit/ ohne Übersetzung). Hierbei kommt allerdings keine Motorbremswirkung zustande.
  • Die Gleichmäßigkeit der Kolbenbewegung (Oszillation) bzw. des Abtriebs (Rotation) wird durch die Verfahrensdynamik, Kolbenanordnung, Pederwirkung (auch für Massenausgleich) und ggf. über Schwinge(n) angekoppelte Getriebestufe (mit Schwungmasse) bewerkstelligt bei kraftschlüssiger, direkter und/oder indirekter Koppelung gegenläufiger Kolben (z.3. mittels Schwingen, Zahnradêrn, Zahnstangen und/oder Ketten- oder Hiementrieb u.a.m.). Für bestimte Anwendungszwecke mag abtriebsseitig auch die Ossillationsbewegung genügen, abgeleitet z.B. durch starre Zahnradübetragung (mit/ ohne Übersetzung). Die Umformung der Aggregatleistung in Rotationsbewegung (mit/ohne Übersetzung) erfolgt notwendigenfalls maschinensinsatzseitig.
  • Nach der Ausgestaltung der Erfindungsidee werden solche, motorische, einzylindrige Antriebs-Einheiten (im 2- oder 4-Takt, mit einem oder mehreren, koaxialen Schwingkolben, im Gegen- und ggf.
  • Gleichlauf, auch in Gegenkolbenausführung) in der Porn neuer, handlicher, platzsparender Stab- oder Linearmotoren gebaut, (in verschiedenen Leistungsklassen und Größen, bis zu kleinsten Einheiten). Dabei können nach dem erfindungsgemäßen Bausystem die Kolben-Schwingelemente im Zylinder in beliebiger Anzahl vorgesehen werden je nach Leistungsbedarf und technischer Realisierbarkeit.
  • Wegen geringen gewichts, kleiner Abmessung, guter Ein- und Anbaubarkeit und noher Leistung eröffnet dieser neue Kolbenmaschinentyp (Einzylinder-Mehrkolben-Motor) vielseitige Lösungs- und Verwendungsmöglichkeiten bei mobilen, z.T. heute noch manuellen Arbeitsoperationen bzw. Mechanisierungsproblemen auf den verschiedensten Gebieten (im Sinne des weiteren, technischen Fortschritts), insbesondere aort, wo kein elektrischer Netzanschluß möglich ist.
  • So z.B. in der Land- und Forstwirtschaft (einschließlich im Wein-und Gurtenbau), in der Bauindustrie, im Bergbau und anderswo, für Arbeitseinrichtungen, Itl e imilas chinen und Rationalisierungsmittel verschiedenster Art, aber auch im Sport-, Spiel- und Preizeitbereich (z.. im Individualantrieb von Geräten), sowie in der Wehrtechnik. U.U. erweisen sich solche Einzylinder-Stabmotoren (in Ein- oder Mehrkolbenausführung) wegen ihres ganz anderen Einbau Raumbedarfs auch für den Antrieb von Personenwagen und Nutzfahrzeugen ton Vorteil zur besseren Raumausnutzung und Karosseriegestaltung (z.B. zur Luftwiderstands-Verringerung). Erforderlichenfalls können solche Einzylinder-Schwingkolben-Stabmotoren nach Baukastenart auch zu größeren Leistungseinheiten (Batterien) zusammengekoppelt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann auch die Hehrzylinder- und Einzylinder-Schwingkolben-Motorbauweise kombiniert sein zur Herstellung höchster Leistungsdichte auf engstem raum, realisiert durch @ehrzylinder-Schwingkolbenmotoren, die mit zwei oder mehr kolben pro Zylinder arbeiten; vgl. hierzu Fig.13.1.
  • Als Lager kommen bei Schwingkolbenmaschinen (Ein- und Mehrzylinder) zur Führung und Abstützung der gegeneinander bewegten Teile, (z.B. Pleuel gegen Kolben bzw. Triebwerke-Schwinge, Schwinge gegen feststehende Achse oder Schwinge-Welle gegen Gehäuse etc.), neben hydrodynamischen Gleitlagern (z.. geschlossene oder gerollte Büchsen mit/ohne 13und, ggf. in schwimmender oder wartungsarmer Ausfahrung bezüglich Gleitraumgestaltung, z.3. Kettennutlager, und/oder hinsichtlich Material, z.b. Stahl-Zinnbronze-Kunststoff-Verbundbuchsen, oder bauteilintegrierte Gleitlager, z.B. bei Einsatz geschmiedeter u.U. auch gegossener Leichtmetallpleueln mit ausreichenden Gleit-, Notlauf- und Verschleißeigenschaften, z.B..
  • aus der eutektischen AlSi 1275- Legierung mit hoher Warmfestigkeit und -härte), und neben Wälzlagern (Rollen-, Kugel- Tonnen-, Nadellager usw., ggf. lebzeitgeschmiert) auch andere Konstruktionsarten bzw. Tragprinzipien wegen der Oszillationsbewegung in Betracht, wie z.B. hydrostatische Gleitlager, insbesondere bei Schwingkolbenpumpen (vgl. S.5), (z.B. mit lastseitiger Schmierstoff-Hochdruck-Stützquelle, mehrfach unterteilt zur Funktionssicherung gegen Schiefstände, ggf. mit Umgriff), sowie sogenannte Schwinglager (z.B. Walzen-, Abrollkanten-, Schneiden-, Prismen-, Spitzen-, Gelenk-Lager u.a.m., auch mit Beanspruchungsmöglichkeit entgegen der Hauptbelastungsrichtung, ausgeführt in hochverschleißfesten, temperaturbsständigen, stark belastbaren, reibungs- und wartungsarmen Werkstoff-Paarungen).
  • Bei Einsatz von Schwing- oder Wälzlagern oder anderen wartungsarmen Ausführungen komrnt man mit wesentlich einfacherer Aggregat schmierung als bisher aus (z.B. hinsichtlich Süllungsmenge, Wechselfristen, Filterung, Pumpenausrüstung, Schmierleitungen etc.) chne Beeinträchtigung des Kolbenlaufverhaltens. 11) Mit Schwingkolbenmotoren laßen sich daher, insbesondere bei lebzeitgeschmierten Lagerungen, volkswirtschaftlich gesehen, neben beträchtlichen Kraftstoffmengen, auch erhebliche Engen an luilineralöl einsparen, inkl.
  • Wartungs-, Service- und Produktionsaufwand. Bei entsprechender Lagerauslegung ist im Vergleich zum Hubkolbenmotor mit geringeren Reibungsverlusten (aufgrund kleinerer Relativbewegung und evtl.
  • günstigeren lieibungszahlen, .. bei Wälz- und Hydrostatiklagern) zu rechnen.
  • 11) Vgl. hierzu Erfahrungen mit Wälzlager-bestückten Kolbenbolzenlagern bei hochdrehenden, japanischen Motorrädern (2- und 4-Taktmaschinen mit Drehzahlen von 10...12000 min-1 ).
  • Schwingkolbenmotore sind anwendungstechnisch auch gut geeignet für eine in neuerer Zeit entwicklungsseitig diskutierte, intermittierende Betriebsart, zusammenwirkend mit relativ großer Rotormasse als Energiespeicher (sog. Zähnezahnbetrieb), die u.a. als Antriebsart für öffentliche Verkehrsmittel (Omnibusse, Schienen-Triebwagen etc.) zur innerstädtischen Umweltentlastung von Abgas-en geplant bzw, erprobt wird.
  • Nach einer ganz besonderen Ausgestaltung der Erfindungsidee können Schwingkolbenmaschinen (in Ein- und Mehrzylinderausführung) nach Masse und Federsteifigkeit so abgestimmt und betrieben werden, daß die Frequenz der Schwingungserregung des Triebwerks durch den Kraftstoß des zündenden Kolbens (Motorversion) bzw. durch den Maschinenantrieb (Pumpenversion) mit der System-Eigenfrequenz (I.
  • oder höheren Grads, bei i Massen i-1 Frequenzen) praktisch übereinstimmt oder ein ganzzahliges Vielfaches bzw. Teil davon beträgt.
  • Solche, spezifisch ausgelegten Aggregate, bezeichnet als Resonanz-Schwingkolbenmaschinen, mit bestimmter Arbeitsfrequenz (bei 1/4 Perioden-Erregervoreilung), amplitudengedämpft durch die Kolbenverdichtung und Reibung, sowie durch die nach- bzw. vorgeschaltete Rotations-Getriebestufe RG (bei Motor- bzw. Pumpenversion), ermöglichen einen ganz besonders wirtschaftlichen Betrieb aufgrund minimaler System-Eigenenergie, (Erregerarbeit = Dämpfungsarbeit).
  • Bei der Motorversion wird man diejenige Schwing-Eigenfrequenz bevorzugen, die im Optimumsbereich der auch durch andere Einflußfaktoren bedingten Kraftstoffverbrauchskurve der Maschine liegt.
  • In Betracht kommen hierfür Einsatzfälle, wie z.B. der Betrieb stationärer Anlagen (wie Pumpen-, Kraft-, Heizwärme-, Druckluft-, Generator-Stationen u.a.m.). Abtriebsseitige Geschwindigkeitsanpassungen erfolgen erforderlichenfalls mittels Getriebeübersetzungen.
  • Bei einer Triebwerks-Federausrüstung bzw. -charakteristik mit variabler, nach der Schwingungserregung gesteuerter oder allgemein regelbarer Steifigkeit (z.3. bei Gas- u. Luft-Federelementen mit Druckregulierung p u.U. auch in Form sog. Dekompressionseinrichtungen) ist erfindungsgemäß ein solcher, energiesparender Maschinenbetrieb im Resonanzbereich der Eigenfrequenzen innerhalb der Feder-Steuerungsgrenzen möglich.
  • Die Triebwerksbeanspruchung im Resonanzfall, aber auch im über-oder unterkritischen Gebiet (bei erzwungenen, normalen Schwingungen), z.B. an den Übertragungsgliedern direkter und/oder indirekter Schwingenkoppelungen kann durch die Schwingkolbenbauweise als Schwingkreis 2. oder höherer Art (mit zwei oder mehreren gleichzeitigen Zünd- bzw. Antriebs impulsen und ebensovielen Kompressionsdämpfungen) klein gehalten werden. Der Oszillationsrhythmus des Systems kommt hier bei jedem Kolben-Schwingelement unabhängig zustande, sodaß die Koppelung weitgehend entlastet ist. Bei Mehrkolben-Schwingelementen treten doppelte oder mehrfache Anregungen bzw0 Dämpfungen gleichzeitig auf, wobei sich die Wirkungen beider Schwinge-Seiten überlagern.
  • Die industrielle Umsetzung der Erfindungsidee muß in der Erprobung den Nachweis liefern, ob auch im Motor-Einsatz mit starker Frequenzvariation (z.B. als Antriebsquelle von Kraftfahrzeugen) der Resonanzfall, also der Betrieb im Eigenfrequenzbereich mit Vorteil verwirklicht werden kann (bezüglich Kraftstoffverbrauch und sonstiger Kriterien, wie Motorlauf, Getriebeauslegung, vorzugsweise stufenlos, Fahrverhalten, Produktionsaufwand u.a.rnO) oder ob die erfindungsgemäß e Schwingkolben-Verbrennungskraftmaschine hier besser über- bzw. unterkritisch ausgelegt und mit erzwungenen, variablen Schwingungen betrieben wird.
  • Im allgemeinen werden in der Technik im Maschinenlauf kritische Drehzahlen bzw. Frequenzen, bedingt z.B. durch Torsions- oder Beige-Eigenschwingungen, wegen starker Schadensgefahr infolge übermäßiger Amplituden (maximale \ellenausschläge) gemieden oder rasch im An- und Auslauf durchfahren; (vgl. sog. Drehzahl-Verbotstafeln für Maschinenverbände, z.B. bei lurbogenerator-Sätzen).
  • Der hier bei Schwingkolbenmaschinen ausnahmsweise für besondere Anwendungsfälle in Betracht gezogene Betriebszustand im Resonanzfrequenzbereich (mit minimalem Energie-Eigenverbrauch) ist begründet durch die besonderen, kinematischen und dynamischen Systembedingungen der erfindungsgemäßen Konstruktion (Mechanischer Schwingkreis mit physikalischer Identität von Funktions-. und Eigenschwingung hinsichtlich der Elongation). Wesentlich ist dabei die stark vereinfachte Schwingkolben-Triebwerksmechanik als Schwingungssystern.
  • Im Falle solcher Resonanzmotoren, insbesondere in der Ausführung als mechanischer Schwingkreis höherer Ordnung (mit M.ehrfachimpulsen), kann im Teillastgebiet (bei Leistungsbedarfsanpassung) nach einer Erweiterung der Erfindungsidee die i.a. angewandte 4-Takt-Arbeitsweise, vorzugsweise bei einzelnen Zylindern oder an der ganzen Maschine, in ein 6- 8- oder Mehr-Taktverfahren mit entsprechend vielen Leerlauf-Schwingungen (zusätzliche sog. Gaswechseltakte, 1, 2 oder mehr, mit blosem Luftwechsel oder Luftkomprimierung zur System-Abfederung, ggf. mit Dekompressions-Regulierung) zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs (zeitweise) umgestellt werden, verwirklicht durch Unterbrechung der Betriebsstoffzufuhr ggf. mit variabler Ventilsteuerung, beides realisiert z.B. mit Hilfe elektronischer Mikroprozessoren. Wichtigste Voraussetzungen für diesen speziellen Motorbetrieb sind jeweils ausreichender Massenausgleich und entsprechende Federabstimmung des Schwingungssystem.
  • Zusammenfaßend sei betont, daß die vorliegende, technische Problemlösung (Erfindung der Schwingkolbenmaschine) das Ergebnis von weitergehenden Erkenntnissen gegenüber dem Stand der Technik aus einer vom Anmelder vorausgehend erstmals ganzheitlich durchgeführten, fachlich-kritischen Überprüfung des zünd- und verbrennungsseitig hochentwickelten Hubkolbenmotors darstellt mit Beurteilung aller wesentlichen, mechanischen und tribologischen Bauteilfunktionen und -konstruktionen im wertanalytischen Sinne nach den maßgebenden Kriterien: Energiefluß, Reibungsenergieverluste, Schmierung (betreff Pleuellager, Kurbelwelle, Kolben etc.), Bewegungsgeometrie bzw. Kinematik, Drehmomententwicklung bzw. Hebelgese-tzmäßigkeit, Massenverteilung, Kräfte- und Schwingungsbeanspruchungen bzw. Dynamik, Teile-Fertigungsaufwand, Bauraumbedarf, Gesamt-Produktionskosten u.a.m.
  • Die Arbeit entspricht den großen Zielsetzungen des interdisziplinären Fachgebiets der Tribologie, dessen außerordentliche Bedeutung für den Maschinenbau und damit für die gesamte Volkswirtschaft heute erkannt ist12iit der Erfindung des Schwingkolbe4nio-12) Vgl. lRIBOLOGIE-Studienbericht T 76-38 v.Juli 1976 (insbe-sondere Abschn.7 'Tribologisch gerechte Konstruktion', S.229 ff)ausgeführt im Auftrag des Bundesministeriums für Forschung und Technologie (BMFT ) , Bonn, vom Forschungskuratorium Masq-'hinenbau e.V., Prankfurt/M., unterstützt von der Deutschen Gesellschaft e.V. für Tribologie, Duisburg. (Die Projektträgerschaft; für die im Rahmen der BIFT-Förderung 'Tribologie' entstandenen Borschungs- und Entwicklungsvorhaben liegt bei der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt DEVLR e.V.
  • Köln-Porz). Vorliegende Arbeit ging aus einer selbständigen Aufgabenstellung des Anmelders hervor. Es besteht keinerlei Bezug zu dem genannten Studienbericht und zur BMFT-Förderung.
  • tors und der hierdurch angestrebten, weit besseren Kraftstoffnutzung (Reduzierung des weltweiten, hohen Benzin- und Dieselölverbrauchs) soll ein entscheidender Ingenieurbeitrag zum aktuellen, internationalen Energie-Rohstoffproblem geleistet werden angesichts der immer größer werdenden Versorgungsschwierigkeiten und Preisauftriebstendenzen auf dem Erdölmarkt mit stark zunehmenden, negativen Auswirkungen auf die gesamte Weltwirtschaft mit großen, defizitären Bilanzauswirkungen nicht nur bei den finanzschwachen Entwicklungsländern, sondern auch bei den hochentwickelten Indudustrienationen.
  • Der Schwingkolbenmotor geht arbeitsverfahrensmäßig vom heutigen, hohen Entwicklungsstand der motorischen Verbrennung (vom konventionellen Hubkolbenmotor) aus, d.h. ganze, bisherige Motorsektionen, wie z.B. der Zylinderkopf mit Ventilkonstruktion (Saug- und Abgasseite), sowie weitere systemergänzende Baugruppen (wie Vergaser, Einspritzpumpe, Turbolader, Zündsystem mit Elektronik usw.) einschließlich des umfangreichen Spezialwissens betreff optimaler Bedingungen hinsichtlich Brennraumgestaltiing, Zünd- und Verbrennungsablauf, Gemischaufbereitung? Abdichtung, Zylinderblock- und Zylinderkopf-Auslegung (in GG u.Al), Kolben- und Ringentwicklung, Ventiltriebdynamik und Nockenwellenantrieb u.a.m. können analog übernommen werden. Entsprechendes gilt auch für den hohen Fertigungs-Erfahrungsstand für viele Bauteile (wie Zylinder, Kolben, Kolbenringe, Kolbenbolzen, Zylinderkopfdichtungen, Pleuel, Lagerbüchsen, Zahnstangen, Wellen, Ketten- und Zahnriementrieb etc.) inklusive der hierfür industriell vorhandenen Produktions- und Meßeinrichtungen.
  • Die Verwirklichung bzw. großindustrielle Umsetzung des Schwingkolbenmotors ist daher entwicklungs- und kostenmäßig mit begrenztem Aufwand und innerhalb überschaubarer Zeitspanne möglich; ganz im Gegensatz zu den Ausgangsbedingungen beim Aufkommen und Bau bzw.
  • der Entwicklung der Kreiskolbenmaschine. Technisch völlig neue Maschinenteile und Konstruktionselemente wie beim WANKEL-Motor, (z.B. Spezial-Dichtleisten, Dreieckskolben, Trochoidenlauffläche, inkl. Behandlungs- und Bearbeitungsverfahren für hochverschleißfeste Oberflächen etc.) fallen hier nicht an. Der Schwingkolbenmotor kann produktionsmäßig in allen Teilen nach dem technischen Fertigungsstand der einschlägigen Industrie innerhalb kurzer Zeit unter großserienmäßigen Bedingungen hergestellt werden bei Gewährleistung von Standzeit bzw. Betriebssicherheit der Maschine und mit der aufgezeigten, erheblich besseren Wirtschaftlichkeit.
  • Der Nachweis der Überlegenheit der Schwingkolbenmaschinen-Konstruktion hinsichtlich Leistung, Kraftstoffverbrauch, Dimensionierung, Fertigungskosten, Platzbedarf u.a.m. entsprechend dem vom Anmelder vorgetragenen, tribologisch-technischen Wissensfortschritt, im Vergleich zum althergebrachten, über 100 Jahre alten Bauprinzip des Hubkolbenmotors, ist daher in der Praxis rasch nachzuvollziehen. Damit wird ein neuer Abschnitt in der Geschichte des Verbrennungskraft-Maschinenbaus eingeleitet mit langfristigen Perspektiven für die nächsten Jahrzehnte für einen energie- und kostenbewußten Motorenbau.
  • Die Dokumentation über Leben und Wirken von Wilhelm Maybach (1846/ 1929), des großen Motoren- und Automobilkonstrukteurs, (herausgegeben vom Stadtarchiv Heilbronn/N., kleine Schriftenreihe Nr. 14/ Dez. 1979, aus Anlaß seines 50. Todestags, unter Mitwirkung der Firmen Daimler-Benz, Stgt.-Untertürkheim und MTU Motoren- und Turbinen-Union GmbH, Friedrichshafen) macht deutlich, daß der erste Vierzylinder-Hubkolbenmotor (1890) mit mehrfach gekröpfter Kurbelwelle überhaupt nicht konstruiert wurde (als eigenständige Maschinenschöpfung mit optimalen Energie- und Reibungsverhältnissen im Triebwerk), sondern sich entwicklungsmäßig zwangsläufig durch Zusammensetzung zweier vorhandener Zweizylindermotoren (mit parallelen Zylindern) ergab. Die heute im Verbrennungsmotorenbau generell gebräuchliche Mehrfach-Kurbelwelle stellt demnach kein bewußt geschaffenes, tribologisch gerechtes Mechanik-Konstruktionsteil dar, sondern nur ein aus der Entwicklungsfolge hervorgegangenes Funktionswerkstück.
  • Aufgabe vorliegender Schwingkolben-Naschinenentwicklung ist es, die hierbei unbewußt in Kauf genommenen, schwerwiegenden, tribotechnischen Nachteile und Mängel zu überwinden, d.h. energie- und produktionsmäßig bestmögliche Maschinenbedingungen zu schaffen unter erfindungsgemäßer Ausschöpfung der 2- und 4-Takt-Arbeitsverfahrensdynamik (motorseitig) und des naturgesetzlich-physikalisch vorherrschenden Oszillationsprinzips (mit Trennung der Energieflüsse von Maschinen-Eigenbedarfs- und -Nutzleistung) zur Erlangung stark verbesserter Wirtschaftlichkeit im Motorbetrieb.
  • Ausführungsbeispiele: Die zum Schutzrecht angemeldete Schwingkolbenmaschine (als Kraft- und Arbeitsmaschine) sowie das erfindungsgemäße Bausystem zur Herstellung verschiedener Maschinenausführungen (Typen) sind in Zeichnungen beispielhaft dargestellt, die im folgenden erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 vier 2-Kolben-Schwingelemente des Maschinen-Bausystems mit Schwinge-Ausführung als - Hebelbalken (Konstr.Schema 1.1 u.1.2) oder alternativ als - Zahnrad (Konstr.Schema 1.3 u.1.4), und zwar in Kolben-Reihenanordnung (Schema 1.1 u.1.3) oder alternativ in Kolben-Boxeranordnung (Schema 1.2 u.1.4).
  • Im Zylinder 1 überträgt im Kraftmaschinenbetrieb der Kolben 2 mit Hilfe einer Pleuel- oder Zahnstange 3 seine Energie auf die Hebel balken- oder Zahnradschwinge 4, die eine Dreh-Schwingbewegung ausführt und über die Welle 5 (mitbewegt) oder Achse 5 (ruhend) abgestützt ist. Durch die Kolbenanlenkung (im Abstand a' zwischen Wellen- und Zylinderachse) auf jeder Schwinge-Seite kommen zwangsläufig entgegengesetzte Kolbenbewegungen zustande (paarweises Zusammenwirken) mit konstanter Hebelarmwirkung (a').
  • Bei der Hebelbalken-Ausführung (Konstr.Schema 1.1 u.1.2) wird der mathematische Zusammenhang zwischen Kolbenhub H (als Unterschied von oberer zu unterer Totpunktlage OT und UT), halber Schwinge-Länge a und halbem Oszillationswinkel α durch Gleichung (1) ausgedrückt (bei Vernachlässigung des minimalen Verkürzungsbetrags 1(1 -cos) durch geringe Schwenkung der Pleuellänge 1 um den Winkel ).
  • Nach Gl. (2) ist der konstante Zylinderabstand a' der Solbenanlenkung hier als arithmetischer Iiiittelwert (mit der Horizontalprojektion der halben Schwinge-Länge a) zwischen der Schwinge-Mittel-und -Endlage gewählt. (Auch eine andere Festlegung z.B. a'= a oder a'= acos« ist möglich mit entsprechender Auswirkung auf das Drehmoment; dabei ergibt sich anstatt der zur Zylinderachse symmetrischen eine einseitige Pleuelschwenkung praktisch gleicher Größe.
  • Hierdurch kann auch Einfluß auf die Kolben-Anlagewechsel und mithin auf die Ausbildung und Wirkungsweise eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen Kolben- und Zylinderlauffläche d.h. auf das ganze Gleit- und Verschleißverhalten genommen werden einschließlich der Kolben-Dichtungs- bzw. -Energie-Funktion).
  • Bei der Zahnrad-Schwingeausführung (Konstr.Schema 1.3 u.1.4) gilt für den Kolbenhub H exakt die Beziehung nach Gl. (7), mitOc=halber Oszillationswinkel und a'= Teilkreisradius (als konstanter Hebelarm bzw. Abstand zwischen Wellen- und Zylinderachse),abgeleitet nach Gl.(8) vom Zahnkopfradius a (halbe Schwinge-Länge), vermindert um die 2-fache Zahnkopfhöhe hK.
  • Der Hub HRG der Rotations-Getriebestufe zum Ab- bzw. Antrieb, ausgeführt beispielsweise als zentrische Kurbelschwinge (nicht eingezeichnet), für jedes dieser vier 2-Kolben-Schwingelemente beträgt n.Gl.(3) das Doppelte des Kurbelradiuses r. Das Verhältnis von Kolben- zu Abtriebshub (H/ HRG) kann bei der erfindungsgemäßen Schwingkolben-Maschinenkonstruktion als Ubersetzung i nach Gl.(4) gleich, kleiner oder größer als 1 sein. Hierdurch kann Einfluß auf die Bemessung der Abtriebsstufe und -schwungmasse, sowie auf deren Wirkung mithin auf die Maschinen-Laufgüte genommen werden; (i< bzw.
  • > 1 bedeutet Aufteilung der Abtriebsleistung in eine kleinere Kraft und größere Geschwindigkeit bzw. umgekehrt bei gleichem Moment und konstanter Winkelgeschwindigkeit).13) Für den angenommenen Fall i= 1, d.h. H= HRG, wurden in Gleichung (5) u.(6) bzw. (9) u.(10) mit den vorausgehenden Formeln jeweils die halbe Schwinge-Länge a und der Zylinderabstand (zur Kolbenanlenkung) bzw. konstante Drehmoment-Hebelarm a' in Abhängigkeit vom Kurbelradius r und vom halben Oszillationswinkel a (bei gegebener Zahnkopfhöhe hK) bestimmt.
  • Diese 2-Kolben-Schwingelemente (Schema 1.1 bis 1.4) stellen im Motor-Arbeitsverfahren 2-Takt (mit Einfachkolben) bzw. 4-Takt (mit Doppelkolben, vorzugsweise in parallelen Ebenen) selbständige, mechanische Schwingkreise 1.Art (mit Einfach-Impuls, abwechselnd auf jeder Schwinge-Seite entsprechend der Zündfolge) dar; (mit Ausgleich der assenkräfte I.Ordg., nicht der -momente. Die Einflüsse einer II.Ordg. bei der Hebelbalken-Schwingeausführung infolge geringer Pleuelneigung sind praktisch zu vernachlässigen). Diese 2-Eolben-Schwingelenlente (1.1 bis 1.4) begründen als sog. Bausteine das erfindungsgemäße Maschinen-Bausystem.
  • Nach Konstr.Schema 1.1 und 1.3 ergeben sich bei Anlenkung je zweier weiterer Kolben in paralleler Ebene (bei Ausgleich der freien Kräfte und Momente durch Federn) fertigungsaufwandsmäßig günstige 4-Zyl.Motoren (für 4- und 2-Takt), (nicht gezeichnet) Fig.2 zwei 4-Kolben-Schwingelemente des Sytems mit Schwingeausfüh-13) Im Unterschied zum allgemein üblichen Begriff der Zahnradübersetzung, wo die Kräfte bzw. Geschwindigkeiten jeweils gleich groß sind, dagegen nicht die Momente und Winkelgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen bei konstanter Durchgangslelstung.
  • rung als - Hebelbalken (Konstr.Schema 2.1) mit Pleueln (und Gabelpleueln) oder alternativ als - Zahnrad (Konstr.Schema 2.2) mit Zahnstangen, und zwar durch Verknüpfung von Reihen- und Boxeranordnung. Alle 4 Kolben arbeiten jeweils in einer Ebene, mit Ausgleich der Massenkräfte, nicht der -momente. Der beim 4-Kolben-Schwingelement 2.1 auftretende Momenteneinfluß II.Ordg. ist wegen minimaler Pleuelneigung vernachlässigbar.
  • Diese 4-Kolben-Schwingelemente stellen im Motor-Arbeitsverfahren 4- bzw. 2-Takt jeweils selbsttätige Schwingkreise 1.bzw. 2.Art (mit Einfach- bzw. Doppel-Impuls) und mit Doppelkolben (vorsugsweise in parallelen Ebenen) Schwingkreise 2. bzw. 4.Art (mit Doppel- bzw. Vierfach-lmpuls) dar. Die erfindungsgemäße Maschinen konstruktion ermöglicht diese koaxiale, gedrängte 4-Zylinderbauweise. Die freien Momente I.Ordg. sind zumindest teilweise (z.B. mittels Federkraft) auszugleichen. Im übrigen stellen Schema 2.1 und 2.2 noch keine realen Maschinenbeispiele sondern Schwingelemente des Bausystems dar; Fig.3 zwei 4-Zylinder-Schwingkolben-Xeihenmaschinen in praxisgerechter Ausführung mit Hebelbalken-Schwingen 4 (Schema 3.1) bzw.
  • alternativ Zahnrad-Schwingen 4 (Schema 3.2), hergestellt im Bausystem jeweils aus zwei 2-Kolben-Schwingelementen nach 1.1 bzw.1.3.
  • Die Koppelung erfolgt entweder direkt (über die Schwingen 4 mit Zahnkränzen 6, ggf. in Doppelausführung) 8.. bei Lagerung auf Achsen 5 (ruhend), oder indirekt (über Zahnräder oder Zahnkranzsegmente 6, aufgekeilt auf mitbewegten Wellen 5 oder befestigt an den Schwingen 4 und/oder mittels Ketten- oder Riementrieb bei gleicher oder gegenläufiger Umschlingung der Räder mit/ohne Zwischenzahnrad). Aus Dimensionierungs- und Beanspruchungsgründen der Wellen 5 (bzw. alternativ Achsen) ist eine biege- und torsionsmomentenfreie Anordnung der Koppelungsteile anzustreben. (Diese Angaben zur Koppelung einzelner 2-, 4-oder Mehr-Kolben-Schwingelemente gelten sinngemäß für alle Maschinentypen des Bausystems).
  • In Konstr.Schema 3.2 kann die Koppelung alternativ auch direkt durch starre Verbindung der beiden, inneren Zahnstangen 3 erfolgen, ggf. in Verbindung mit dem Anschluß der Rotations-Getriebestufe RG. Diese Getriebestufe kann aber auch mittig zwischen den Koppelungsrädern oder an einer der Schwingen angeschlossen sein. Beispielsweise in Betracht kommende Anschlußstellen sind durch die Abkürzung RG mit Punkt gekennzeichnet.
  • Bei beiden Maschinenkonstruktionen (3.1 u. 3.2) liegt vollkommener bauseitiger Massenausgleich (kräfte- und momentenmäßig) 1 .Ordg. vor.
  • Einflüsse einer II.Ordg. (nur freie Kräfte) beim Maschinentyp 3.1 sind aufgrund der geringen Pleuelschwenkung vernachlässigbar.
  • Alle Kolben arbeiten jeweils in einer Ebene (ohne zusätzlichen Momenten- und Schwingungsbeanspruchungen auf das Triebwerk aus Biegung und Torsion), und zwar z.B. im Motor-Arbeitsverfahren in der Zylinder-Zündfolge 1a- 1c- 1d- 1b (4-Takt) bzw. 1a/1d - 1b/1c (im 2-Takt) als selbsttätiger, mechanischer Schwingkreis 1. bzw. 2.Art unter erfindungsgemäßer Nutzung der Verfahrensdynamik (einander entgegengerichtete Explosions- und Kompressionswirkung als Anstoß und Dämpfung) und der gesamten Schwingmassen-Wirkung als Energiespeicher bzw. -puffer (zum Kräfte- und Bewegungsausgleich) bei energieoptimalem Kinematik-Zusammenspiel der Kolben, unterstützt durch die (ggf. vorgesehene) Rotations-Getriebestufe(n) mit Synchronisierungsbeitrag (zur Gewährleistung der Kolben-Endlagen und mithin des Kompressionsgrads, zur Triebwerksverriegelung im Zündzeitpunkt, sowie zur Aufnahme von Schubkräften) und ggf. durch elektronisch gesteuerte Zündverstellung und Kraftstoffeinspritzung.
  • Die Maschinenkonstruktion 3.2 zeigt eine Einbaumöglichkeit von (u.U. zu und abschaltbaren ggf. auch regel- und steuerbaren) Federelementen (z.B. in Zug-Druckausführung mechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder sonstiger Bauart, mit Entspannungsphase in der Schwingungs-Nüllage) zur Vergleichmäßigung der Schwingbewegung und zur Minderung der dynamischen Beanspruchung des Kolben-und Gestängequerschnitts in OT- und U2-Stellung. (Entsprechend können auch in Konstr. 3.1 pro Pleuel Federlemente vorgesehen werden).
  • Bei dem hier konstruktiv gewählten Feder-Einbau in die Kolben (auch ein Angreifen am unteren Kolbenrand oder nur an der Kolbenstange ist alternativ möglich) wird zusätzlich die Kolben-Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperatureinflüsse gestärkt durch bessere Wärmeverteilung.14) Die Maschinenkonstruktion 3.2 läßt eine weitere Federanordnung an den Enden der Zahnstangen zusätzlich 14) Dies ist bei Al-Vollkolben u.a. aus Gründen der Spiel- und Profilgebung sowie der mechanischen und thermischen Beanspruchungshöhe erwünscht. Dagegen gilt ein Kühleffekt dieser Art verbrennungs- und mithin verbrauchstechnisch bei St- und GGG-Gußkolben heute als umstritten;s. wärmedichtere Die-Kolben, oder alternativ zu. Auch andere Federausführungen z.3. Torsionsstäbe (eingebaut anstelle der Schwinge-Wellen 5 bzw. Achsen 5, mit festaufgezogenen Zahnrad-Schwingen 4 und Koppelungsrädern 6, bei Einsparung der Wellen- und Schwinge-Lagern) oder gerade bzw. ebene Biegefedern (mit Rechteck-, Dreieck- u. Trapezform bzw. als archimedische Spirale), sowie neuzeitliche Gas-/Luftfedereinheiten (ggf. mit Druckregulierung, evtl. frequenzgesteuert) können bei entsprechender Anordnung alternativ oder zusätzlich verwendet werden. (Diese Angaben zum Einbau von Federn gelten gleichermaßen für alle Maschinentypen des Bausystems) Fig.4 vier 4-Zylinder-Schwingkolben-Boxermaschinen in praxisgerechter Ausführung mit Hebelbalken-Schwingen 4 mit Pleueln (Konstr.
  • Schema 4.1 u.4.3) bzw. alternativ Zahnrad-Schwingen 4 mit Zahnstangen (Konstr.Schema 4.2 u.4.4), hergestellt im Bausystem jeweils aus zwei 2-Kolben-Schwingelementen nach Schema 1.2 u.1.1 bzw. 1.4 u.1.30 Alle Kolben arbeiten jeweils in einer gemeinsamen Ebene, (in die auch die RG-Stufe gelegt werden kann), also frei von zusätzlichen Biege- und Torsionsmomenten auf die Wellen 5.
  • Diese Boxer-lKaschinenkonstruktionen (4.1 bis 4.4) weisen praktisch vollständigen Massenkraft und -Momentenausgleich auf; lediglich bei der Maschinentype 4.1 treten infolge (geringer) Pleuelneigung und der Zylinder-Achsabst,ände 2a' freie Momente II.Ordg. auf, die aber vernachlässigbar sind. (Auch ein teilweiser Ausgleich mit Pederkräften ist möglich).
  • Diese 4-Zyl.-Boxermaschinen sind sehr kompakte Baueinheiten (geringer Raumbedarf). Bei der Konstruktion 4.2 können die beiden, mittleren Zylinder 1a und 1c teilweise oder völlig überdeckt angeordnet sein; im letzteren Fall mit gemeinsamer, beidseitig gezahnter Kolbenstange, bei Einsparung der Koppelungsräder 6.15) Die Konstruktion 4.4 erfordert auf einer Maschinenseite Zahnstangen in Gabelform (gewichts- bzw. massengleich mit den normalausgeführten Zahnstangen der anderen Seite) einschließlich Aufteilung der Zahnräder oder eine unterschiedliche Stangenausführung mit Hohl- und Vollmaterialquerschnitt, damit ein Ineinanderschieben möglich ist, d.h. alle Kolben in einer Ebene momentenfrei arbeiten.
  • Man kann natürlich auch die Wellen 5 (mitbewegt) bzw. Achsen 5 (ru-15) Auf diese Weise kann.so auch eine 3-Zyl.Naschine gebaut werden, allerdings mit Lage der Kolben in eine Richtung, wobei der mittlere Kolben kräfte- und massenmäßig doppelt so stark ausgelegt sein muß.
  • hend) durch größere Koppelungsrad-Durchmesser 6 so weit auseinanderlegen, daß sich die Zahnstangen im eingefahrenen Zustand (UT-Stellung) nicht berühren. Dann laßen sich 4 normale, gleiche Stangen verwenden, vgl.Fig.9. Diese Lösung führt aber zu einer größeren Maschinenabmessung.
  • Bezüglich Triebwerksteile-Bezeichnung, Koppelung der Schwingelemente, eventuellem Peder-Einbau, Kolbenfunktionsebene und der Wirkungsweise als selbsttätige Schwingkreise 1. oder ggf0 2.Art (z.B.
  • hier mit der Zylinder-Zündfolge 1b- 1d- 1c- 1a bei 4-Takt oder mit 2-Takt lb/1c - 1a/1d bei allen Masch.Konstruktionen 4.1 bis 4.4), sowie hinsichtlich der Rotations-Getriebestufe (Funktion und Anschlußmöglichkeiten, gekennzeichnet durch Abkürzung RG mit Punkt) gelten analog die Angaben zu Fig. 3.
  • Ein weiteres Beispiel für den Einbau von Pedern 7 (für Zug-Druck) zeigt die 4-Zyl.-Boxermaschine 4.3 zwischen den Pleuel-Anlenkungspunkten. Die Koppelung der beiden 2-Kolben-Schwingelementen erfolgt hier z.B. entweder mit zwei zur Zylinderebene symmetrisch, mit entsprechendem Abstand angeordneten Zahnradpaare 6 oder mit einem mittigen Zahnradpaar 6 (entweder mit Gabelausbildung der Pleueln und beiderseits überstehenden Bolzen oder bei beiderseitiger Anlenkung normaler Pleuel mit Gabelung der Verzahnung auf der Eingriffseite).
  • In allen Koppelungsfällen können die Hebelbalken-Schwingen 4 und die Zahnräder 6 auch als ein Werkstück (identisches Bauteil) gefertigt sein. Entsprechendes gilt auch für andere Maschinenkonstruktionen, so z.B. für 4.1 und 3.1; Pig.5 vier 8-Zyl.-Schwingkolbenmaschinen in praxisgerechter Ausführung mit Hebelbalken-Schwingen 4 und Pleueln 3 (Schema 5.1 u.
  • 5.3) bzw. alternativ mit Zahnrad-Schwingen 4 und Zahnstangen 3 (Schema 5.2 u.5.4), hergestellt im Bausystem jeweils aus vier 2-Kolben-Schwingelementen nach 1.1 u.1.2 bzw. 1.3 um 104* Alle Kolben arbeiten in einer Ebene, (in die auch die RG-Stufe gelegt werden kann), also frei von zusätzlichen Biege- und Torsionsmomenten und Schwingungsbeanspruchungen der Wellen 5 (mitbewegt) alternativ Achsen 5 (ruhend) oder Torsionsstäben 5, und zwar z.B.
  • in der Zyl.Folge jeweils 2 bzw. 4 gleichzeitig zündender Kolben: bei 4-Takt 1a/1h- ld/le- 1c/1f- lb/lg und bei 2-Takt 1a/1c/lf/1h -1b/1d/1e/1g. Triebwerkstechnisch liegen also selbsttätige, mechanische Schwingkreise 2.Art (mit 2 Impulsen bei 4-Takt) bzw. 4.Art (mit 4 Impulsen bei 2-Takt) vor. Die Maschinenkonstruktionen 5.1 und 5.2 kann man sich auch aus jeweils zwei 4-Kolben-Schwingelementen (Schema 2.1 bzw. 2.2) zusammengesetzt denken mit Schwingung in Gegenphase. Dabei stellt sich völliger Massenausgleich (kräfte-und momentenmäßig) ein. Die Momentenbeanspruchung geht über die Koppelungsräder 6, die in der Maschinenkonstruktion 5.2 beispielsweise als Teilumfangsräder (gemäß Gesamt-Oszillationswinkel 2 bzw. Kolbenhub H mit Zuschlag für Zahneingriffsüberdeckung) ausgegebildet sind; wegen rotationssymmetrischer Massenbelegung der Wellen 5 (alternativ Achsen 5) mit gleichgroßen Deilumfangs-Zahnkränzen auf der Gegenseite, über die ggf. der Ab- (bzw. An-)trieb (mittels Rotations-Getriebestufe RG und/oder PreilauSeinrichtung) erfolgt.
  • Diese beiden 8-Zyl.-Aggregate 5.1 (mit Pleueln und Gabelpleueln) und 5.2 (mit durchgehenden Zahnstangen und beidseitiger Kolbenanlenkung) weisen eine besonders gedrängte Bauweise auf (mit nur zwei Wellen 5 bzw. Achsen oder Torsionsstäben5); allerdings kann ohne entsprechende Vorkehrungsmaßnahme (mindestens teilweiser Massenausgleich I.Ordg. durch Pederkräfte) keines der 4-Kolbenschwinge-Elemente zeitweise aus dem Betrieb genommen werden (zur Anpassung an den jeweiligen Leistungsbedarf und damit zur Kraftstoff-Verbrauchsoptimierung).
  • Diese wichtige, heutige Porderung (zur partiellen Stillegung von Kolben für sparsamsten Energie-Einsatz) erfüllen die beiden, anderen 8-Zyl.-Riaschinen 5.3 u.5.4, weil hier bereits die 4-Zyl.2eilaggregate (und sogar schon die koaxialen Kolbenpaare) vollständig massenausgeglichen sind. Daher ist auch ein Zusammenkoppeln in gleicher Schwingphase möglich, wie in Schema 5.3 u.5.4 beispielhaft gezeigt. Dazu genügt z.B. ein einfaches Zwischen-Zahnrad-(paar) 8, mit dem auch die Zu- und Abkupplung (von vier Kolben zur Leistungsregulierung im Bereich von 50 auf 100 /> und umgekehrt) bewerkstelligt werden kann.
  • In der Maschinenkonstruktion 5.3 sind als Beispiel die Bauteile 4 und 6 als identisches Werkstück ausgeführt (Fertigungsverbilligung). Die Koppelung der Räder 4 (6) in Horizontalrichtung kann hier wegen des gleichen Bewegungssinns auch mit endlosem Ketten-und/oder Riementrieb (auch verzahnt) vorgenommen werden.
  • Die durch das erfindungsgemäße Bausystem mögliche, koaxiale Triebwerks-Kinematik von Kolben (mit vollständigem, unabhängigem Massenausgleich pro Zylinderachse) läßt zur Leistungsanpassung Kolben sogar paarweise stillegen. Der 8-Zyl.Schwingkolben-Boxermotor (n.
  • Konstr.Schema 5.4) kann z.B. so auf einen 6-Zylinder- und weiter auf einen 4-Zylindermotor reduziert werden durch Außer-Eingriffbringen der Zahnstangen(der Zylinder le, 1g und weiter 1f, 1h) mittels einfachem Gestänge. Die Aggregat-Erprobung muß ergeben, ob die Zündfolge der 6-Zyl.Maschine (1a, 1b, 1c, 1d, 1f u.1h) einen ausreichend gleichmäßigen Lauf im 4-Takt (bei entsprechender RG-Stufen-Schwungmasse) erbringt, da einmal 2 Zylinder und dann nur 1 Zylinder in ständigem Wechsel Arbeit leisten, (z.B. in der Folge: 1a/1h - 1d - 1c/1f - 1b). Bei positiven Versuchsergebnissen kann auf diese Weise auch ein eigenständiger 6-Zyl.Motor gebaut werden, wie in Fig.9 gezeigt wird, der im Normalbetrieb mit vier Kolben läuft, (und bei Überlast zwei Kolben zuzuschalten erlaubt).
  • Im Sinne des Bausystems können solche 4- bzw. 8-Zyl.Aggregate (massenausgeglichen) weiter nebeneinander in gemeinsamer Punktionsebene auf o.g. Art angeordnet und gekoppelt werden zur Herstellung von 12-, 16- 20-, 24- usw. Zylindermaschinen, mit entsprechenden Teil-Abschaltmöglichkeiten (und der jeweils notwendigen Zahl von Rotations-Getriebestufen HG).
  • Die Gesamt-Ausmaße solcher, nur in Reihe nebeneinander zusammengebauter Vielzylindermaschinen wird aber unpraktisch. Räumlich zweckmäßiger (auch für den Ventiltrieb) ist eine kombinierte Bauweise, d.h. Reihenschaltung von Teilaggregaten und Anordnung in parallelen Ebenen. Außerdem kommt man dabei im einfachsten Fall mit nur zwei Wellen 5 (oszillierend) aus, wovon u.U. nur eine durchlaufend für den ganzen Maschinenverband ausreicht; Fig.6 die Draufsicht auf zwei Vielzylinder-Schwingkolbenmaschinen in stehender (Schema 6.1) und liegender (6.2) Bauart, bestehend aus zwei oder mehreren Teilaggregaten 9 (massenausgeglichen) mit jeweils gemeinsamer Kolbenfunktionsebene, z.B. 4- oder 8-zylindrig in Hebelbalkenschwinge-Ausführung mit Pleueln (s. Konstr.Sch. 3.1, 4.1, 4.3, 5.1, 5.3) oder alternativ in Zahnradschwinge-Ausführung mit Zahnstangen (s. Schemen 3.2, 4.2, 4.4, 5.2, 5.4), angeordnet in zwei oder mehreren, parallelen Ebenen (entsprechend der Anzahl der Teilaggregate) mit gemeinsamen Schwingewellen 5, verbunden mit/ohne Kupplungen 10; ggf. zu- und abschaltbar zur Leistungsanpassung an den jeweiligen Bedarf. Auch eine Kupplung der Deilaggregate über die Schwingen ist möglich, z.B. bei Lagerung auf ruhenden Achsen 5 oder Torsionsstäben 5.
  • Auf diese Weise laßen sich nach dem Parallelprinzip Schwingkolbenmaschinen mit z.B. 8, 12, 16, 20, 24 usw. Zylindern (bei 4-Zyl.-Teilaggregaten) bzw. z.B. 16,24, 32, 40, 48 usw. Zylindern (bei 8Zyl.-Teilaggregaten) bauen (inkl. der HG-Stufen).
  • Eine weitere Steigerung der Leistungsinstallierung ist durch Ausbau der Kombination von Parallel- und Reihenanordnung möglich, nämlich durch Parallelschaltung noch größerer Teilaggregate, zoB 16-, 24-, 32-, 40-, 48-, 56-, 64- usw. zylindrig (mit jeweils gemeinsamer Kolbenfunktionsfläche bzw. -ebene); siehe gestrichelte Erweiterung in den Konstr.Schemen 6.1 u.6.2.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Schwingkolben-Maschinenkonstruktions-und Bausystem können somit - im Vergleich zum Stand des Hubkolben-Maschinenbaus im Sinne des technischen Portschritts - sehr hochzylindrige Kolbenmaschinen bei geringem Raumaufwand verwirklicht werden mit beträchtlichen Gesamtleistungen. Hierdurch werden im Groß-Kraftmaschinenbau erheblich verbesserte Wettbewerbs- und Wirtschaftlichkeitsbedingungen für die Kolbenmaschine geschaffen, z.B.
  • im Schiffsbau die des Großdieselmotors gegenüber der Turbine; Fig.7 die Draufsicht auf eine höherzylindrige Schwingkolbenmasch5-ne (z>4), mit Anordnung der Teiltriebwerke auf engstem Raum (hier beispielsweise ausgeführt in stehender Bauart und mit Hebelbalken-Schwingen und Pleueln), mit Doppelanlenkung von Kolben (stark ausgezogene Zylinder 1) bzw. Mehrfachanlenkung (zusätzliche, gestrichelte Zylinder 1) pro Schwinge-Seite (in einer oder beiden Vertikalrichtungen) mit gleichem Achsabstand a' zwischen Zylinder und Schwinge-Wellen 5, (hier z.B. 2-fach gelagert, erforderlichenfalls auch mehrfach). Eine Lagerabstützung der oszillierenden Schwingen 4(6) auf Achsen 5 (ruhend) oder fest eingespannten Torsionsstäben sind alternative Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens.
  • Pro Funktionsebene erfolgt die Anordnung der Kolben z.B. analog den Konstr.Schemen 3.1, 4.3, 5.1 u.5.3 (massenausgeglichen) und die Anlenkung in parallelen Ebenen in Doppel- bzw. Mehrfach-Schwinge-Bauweise 4(6), (hier mit Identität der Schwingen 4 mit Koppelungs-Zahnradpaar 6). Zur Erhöhungen des Biege- und orsionswiderstandsmoments (Gestaltfestigkeit) der Schwingen können Ausfachungen 11 (z.B. in Form von Zwischenwänden, Scheiben u.ä.m.) dienen, die ggf. noch mit den Schwingen verstrebt sind.
  • Dieser Maschinentyp kann in Breite und Tiefe auf gedrängtestem Raum entsprechend erweitert werden zur weiteren Steigerung der installierten Leistung. Kolbenstillegungen zur Anpassung an wechselnden Leistungsbedarf sind jedoch hier nicht ohne weiteres möglich; Fig.8 die Draufsicht (ohne Zylinder und Kolben) auf einen Zwei-Schwinge-Maschinentyp in Parallelanordnung mit einem oder mehr Kegelzahnräder 8 zwischen den Schwingen 4, die hier zugleich als Koppelungsräder 6 (z.B. mit inseitigem Zahnkranz) dienen und gegeneinander oszillieren; gelagert entweder über (mitbewegte) Wellen 5 oder alternativ auf (ruhenden) Achsen 5 bzw. mittels Torsionsstabfedern 5.
  • An den Anlenkungspunkten 12 greifen vertikal (oder horizontal) Kolbenpleueln (3) bei Hebelbalken- alternativ Kolbenstangen (3) bei Zahnrad-Schwingeausführung entsprechend den Konstr.Schemen 1.1 oder 2.1 alternativ 1.3 oder 2.2 an. Dabei ergeben sich 4-oder 8-Zyl.Schwingkolbenmaschinen mit vollkommenem Massenausgleich I.Ordg.; (Einflüsse II.Ordg. treten nur kräftemäßig bei Hebelbalken-Schwingen wegen geringer Pleuelneigung auf und sind praktisch zu vernachlässigen). Mit den Bezeichnungen RG in Fig.8 ist auf Anschlußmöglichkeiten der Rotations-Getriebestufe beispielsweise hingewiesen.
  • Höherzylindrige Maschinen können durch Gebrauch von Doppel- oder Mehrfach-Eolbenschwingen, analog Fig.7, und/oder durch weitere, parallele 2- oder 4-Kolbenschwingen hergestellt werden (entweder bei paarweiser Anordnung, d.h. eine Schwinge pro Wellenseite,oder durch Zuschaltung weiterer solcher Zwei-Schwinge-Aggregate), bei direkter Koppelung (über die Schwingen entspr. Fig.8) oder indirekter Koppelung (über die Wellen), ggf. mit Vorkehrung zur abschnittsweisen Kolbenstillegung.
  • Der Maschinentyp nach Fig.8 kann schließlich auch durch zusätzliche Reihen-Anordnung von Schwingen analog den KonstrOSchemen 3.1, 4.1, 4.3,5o1, 5.3 alternativ 3.2, 4.2, 4.4, 5.2 oder 5.4 erweitert werden, (was zur Bauweise entspr. Fig.6 führt); Fig.9 den Aufriß und einen Schnitt einer 6-Zyl.Schwingkolbenmaschine, (beispielsweise ausgeführt in liegender Bauart als Boxermotor und mit Zahnrad-Schwingen 4, normalen Zahnstangen 3 und Koppelungs-Zahnradsegmente 6, gelagert auf mitschwingenden Wellen 5 oder alternativ ruhenden Achsen 5 oder Torsionsstäben 5), konstruiert aus einem 4-Zyl.- (1a - 1d) und 2-Zyl.-Teilaggregat (1e - 1f, leicht versetzt), die jeweils massenausgeglichen sind; letzteres als zu- und abschaltbare Maschinen-Leistungsreserve (zur Bedarfsanpassung).
  • Die Maschine wird also im Normalbetrieb (als Motor) mit 4 Zylindern (1a, 1b, 1c, 1d) zur Kraftstoff-Verbrauchssenkung gefahren (im 4- oder 2-Takt), bei zeitweiser Zuschaltung der stilliegenden Zylinder le u.lf (durch In- und Außer-Eingriff-bringen der Zahnstangen, z.B. mittels Gestänge, ggf. in Verbindung mit den Führungsrollen) bei höherer Leistungsanforderung.
  • Die Schwungmasse (auch der Rotations-Getriebestufe RG) und/oder der Einsatz von Federelementen sind dabei so auszulegen, daß auch im 6-Zyl.Betrieb im 4-Takt, wo im Wechsel einmal 1 Zylinder und einmal 2 Zylinder Arbeit leisten (z.B. in der Zündfolge: 1b -1a/1f- 1c - 1d/1e) ein ausreichend gleichmäßiger Maschinenlauf auftritt; (vgl. hierzu die Angaben zu Pig.5.4, S.52).
  • Entsprechendes gilt auch beim 2-Daktverfahren im 6-Zyl.Betrieb, wo im Wechsel einmal 2 Zylinder und einmal 4 Zylinder zünden (z.B.
  • in der Folge: 1b/1c - 1a/1d/1e/1f).
  • Ein weiteres Kolbenpaar (Zylinder 1b u.1c) kann bei entsprechender Federausrüstung 7 (z.B. Kolben- und/oder Zahnstangen-Druckfederung und/oder Torsionsstab-Schwingelagerung der verbleibenden Zylinder la u.1d ) stillgelegt werden. Voraussetzung hierzu ist der durch die koaxiale Kinematik erfindungsgemäß mögliche, vollkommene Massenausgleich pro Zylinderachse sowie die Zu- und Abkoppelfähigkeit der Einzelkolben.
  • Das Gesamt-Aggregat nach Fig.9 kann also wahlweise als 4-, 6-und 2-ZylO-Maschine (im 4- bzw. 2-Takt) betrieben werden mit stufenweiser Leistungsregulierung: 2/3 + 1/3 . (Die Bezeichnung RG weist beispielhaft auf Anschlußmöglichkeiten der Rotations-Getriebestufe hin).
  • Analog ist die 4-Zyl.-Boxermaschine nach Konstr.Schema 4.4 als 2-Zyl.-Maschine (im 4- bzw. 2-Takt) zu betreiben (bei Stillegung der Kolben in den Zylindern 1a u.1d und bei entsprechender Federausrüstung für die Zylinder 1b u.1c).
  • Die Abmessung der Maschine nach Fig.9 kann durch Hohl- und Vollquerschnitte der Zahnstangen, die sch paarweise teleskopartig ineinander schieben laßen, noch wesentlich verkleinert werden; Fig.10 eine 4-Zyl.-Schwingkolbenmaschine (1a - 1d), beispielsweise ausgeführt in stehender Bauart mit Zahnrad-Schwingen 4, Zahnstangen 3 und Koppelungs-Ketten- oder -Zahnriementrieb 13 mit wechselseitiger Umschlingung (alternativ mit Zwischenrad und gleichsinniger Umschlingung, oder Koppelung über Schwinge-Zahnradsegmente oder mittels zweier Zwischenzahnräder, ggf. gleichzeitig als Freilauf-Abtrieb mit/ohne RG-Stufe), gelagert auf Wellen 5 (mitschwingend) oder alternativ Achsen (ruhend) oder Gorsionsstäben 5; zusammengesetzt nach dem erfindungsgemäßen Bausystem aus zwei 2-Kolben-Schwingelementen (Konstr.Sch. 1.3) mit Vertikalanordnung in Gegenphase-Schwingung in einer Kolbenebene, mithin bei vollem Massenausgleich (insgesamt und pro Zylinderachse) und ohne zusätzlichen Biege- und Torsionsmomente.
  • Die Maschine arbeitet im normalen Motorbetrieb mit alle'n vier Zylindern, z.B. in der Zündfolge: 1a - ib - 1c - ld (im 4-Takt) bzw.
  • la/lc - 1b/ld (im 2-Takt). Nach den Konstruktions- und Massenverhältnissen können zwei Kolben (z.B. Zylinder 1b u. 1c) bei vermindertem Leistungsbedarf (zur Kraftstoffverbrauchs-Minimierung) beim 2-Takt ohne weiteres und beim 4-Takt bei entsprechender Auslegung der Schwungmasse und/oder Federausrüstung (z.B. Kolben- und/oder Zahnstangen-Druckfederung und/oder Torsionsstab-Schwingelagerung) stillgelegt werden, durch Außer-Eingriff-bringen der Zahnstangen, z.B. mittels Gestänge ggf. in Verbindung mit den Führungsrollen.
  • (Anschlußmöglichkeiten für die Rotations-Getriebestufe HG bestehen z.B. über die Schwingen 4, Wellen 5, Ketten- bzw. Zahnriementrieb 13 und/oder über Koppelungs-Schwinge-Zahnradsegmente bzw. -Zwischenzahnrädern).
  • Vorliegende Maschinenkonstruktion stellt, wie Fig.9, eine besonders energiewirtschaftliche Antriebs-Aggregatlösung dar, die den aktuellen Kraftstoffverbrauchsforderungen voll entspricht. Mit dem erfindungsgemäßen Bausystem laßen sich weitere, analoge, leistungsgeregelte Kraftmaschinen (mit Kolbenstillegung) entwickeln; Fig.11 eine 4-Zyl.-Schwingkolbenmaschine (la - 1d), Boxerversion, beispielsweise ausgeführt in liegender Bauart mit Hebelbalken-Schwingen 4, Pleueln 3, Koppelungsrädern 6 und Zwischenzahnrad 8 mit Ketten- oder Zahnriementrieb 13 mit gleichsinniger Rad-Umschlingung, (alternativ ohne Zwischenrad mit wechselseitiger Umschlingung oder direkte Koppelung mittige Schwinge-Zahnkränze oder über zwei Zwischenzahnräder, ggf. gleichzeitig als Freilauf-Abtrieb über deren Lagerzapfen oder über die der Schwingen, mit/ohne RG-Stufe), gelagert auf Wellen 5 (mitschwingend) oder alternativ Achsen 5 (ruhend) oder Torsionsstäben 5; zusammengesetzt nach dem erfindungsgemäßen Bausystem aus zwei 2-Kolben-Schwingelementen (n.
  • Konstr.Schema 1.1) mit Horizontalanordnung und Gegenphase-Schwingung in einer Kolbenfunktionsebene, (mit vollkommenem Massenausgleich insgesamt und pro Zylinderachse).
  • Diese Konstruktion ergibt minimale Maschinenabmessung (z.B. Stangenverhältnis a/l = 1/1,6) mit Ventiltrieb und Gaswechselkanälen auf engstem Raum (wirtschaftliche Lösung). Wegen der Pleuelanlenkung ist eine Kolben-Stillegung (pro Zylinderachse) nicht ohne weiteres möglich; (dagegen bei alternativer Maschinenausführung mit zwei 2-Kolben-Schwingelementen n. Schema 1.3); Fig.12 Ausführungs- bzw. Anlenkungsbeispiele der Rotations-Getriebestufe (RG), mit der bei Schwingkolbenmaschinen (für mehrere oder alle Zylinder gemeinsam) die periodisch veränderliche Bewegung (Hin- und Herdrehung um eine feste Achse) der Kolben-Schwingelemente in eine gleichförmige, umlaufende Drehung (im Motorbetrieb) bzw. umgekehrt (im Arbeitsmaschinenbetrieb) umgeformt und die Leistung ab- bzw. zugeführt wird, (ggf. in Verbindung mit abtriebsseitiger Freilaufeinrichtung).
  • Die Rotations-Getriebestufe kann als integriertes oder angebautes, u.U. getrennt gefertigtes oder erst einsatzseitig am angetriebenen bzw. antreibenden Aggregat vorhandenes Maschinenelement (mit/ohne Übersetzung) ausgeführt sein; ggf. zusätzlich mit Kreuzkopf.
  • Im Falle teilweiser oder vollständiger Leistungsableitung durch Freilaufräder (ggf. zusammen mit Flüssigkeitsgetriebe) dient diese RG-Stufe, neben der Synchronisierung der Dreh-Schwingbewegung, zur Festlegung der OT- und UT-Kolbenstellung inkl. des Verdichtungsverhältnisses (frequenz- und massenkraftunabhängig), sowie zur Triebwerksverriegelung im Explosionszeitpunkt. Bei vollständigem Preilauf-Abtrieb kann über diese Getriebestufe die Motorbremswirkung bei Schub sichergestellt werden (bei zusätzlichem, abtriebsseitigem Freilaufrad).
  • Für diese RG-Stufe kommen ausführungsmäßig vollumlaufende, nichtdurchschlagende Getriebekonstruktionen in Betracht, die der Grashofschen Bedingung genügen (Summe des kürzesten und längsten Gliedes < als Summe beider anderer Gliedlängen). Freie Wahl der Anordnung bietet die erfindungsgemäße Aufgabenlösung durch Trennung der Schwingkolben-Maschinenfunktionen in einen reinen Oszillations-und Drehbereich. Damit läßt sich die Gesamtabmessung der Maschine nach den Erfordernissen optimal festlegen. Dies gilt für Ges taltung, Auslegung und Placierung beider Bereiche und im Bezug auf einander.
  • Konstr.Schema 12.1 zeigt als Rotations-Getriebestufe (RG) z.B. eine zentrische Kurbelschwinge (spezielle Bogenschubkurbel) mit gleichen Zeiten für Vor- und Rückwärtsgang, (abgeleitet aus der Viergelenkkette durch Gestellwahl neben dem kürzesten Glied 'Kurbel) hier beispielsweise angelenkt am Zwischenrad 8 (Ketten- oder Zahnriemenrad) der 4-Zyl.-Schwingkolbenmaschine nach Fig.11, parallel zur Kolbenfunkt,Ebene(bei freier Wahl der Abtriebs-Übersetzung).
  • Die Dreh-Schwingbewegungen (Teild'rehungen) werden dabei in volle Umdrehungen (bei gleichbleibendem Bewegungssinn) umgewandelt (und umgekehrt bei Schub), wobei den Schwinge-Umkehrpunkten (Kolben-Totstellungen) Endlagen der 'Kurbel' zugeordnet sind. Ihre Überwindung geschieht durch Trägheitswirkung der Schwungmasse (inkl.
  • Massenausgleichsgewicht für die Kurbelschwinge), ggf. mit Unterstützung durch Federkräfte.
  • Das Abtriebsverhältnis i= H/HRG (Kolbenhub zu Rotations-Getriebe-Hub) ist hier z.B. < 1 gewählt; (Übersetzung geringfügig ins Schnelle bei entsprechend kleinerer Kraftwirkung, gleichem Drehmoment, gleicher Winkelgeschwindigkeit und Leistung); Konstr.Schema 12.2 zeigt alternativ als RG-Stuie eine mittige Schubkurbel, (getriebetechnisch als offene Viergelenkkette bezeichnet mit zwei zusammenfallenden, unendlich langen Gliedern auf gerader Polbahn), hier beispielsweise angelenkt an die 4-Zyl.Schwingkolbenmaschine nach Fig. 4.3 (ohne Federn), mittig zwischen den Koppelungs-Zahnrädern 6 (bzw. Hebelbalken-Schwingen 4) mittels beidseitiger Zahnstange (geradgeführt, rollengelagert) parallel etwas versetzt zur Kolbenfunktionsebene, mit dem bersetzungsverhältnis i= H/HHG < 1, (Kolben- zu Rotations-Getriebe-Hub).
  • Diese Anlenkungsart eignet sich z.B. auch für Schwinge-Koppelungen mittels Zahnradsegmente, z.B. im Falle der 6-Zyl.Schwingkolbenmaschine nach Fig.9. Nachteilig gegenüber 12.1 ist der etwas größere Bauraum und die erforderliche Längsführung der Doppelzahnstange.
  • Dafür liegt eine einfachere Geometrie für die gleichförmige Drehbewegung vor. Eine weitere Kurbel kann am andere Ende der Zahnstange erforderlichenfalls angeschlossen werden (im Gleichlauf).
  • Konstr.Schema12.3 zeigt mittige Schubkurbel als Xotationsgetriebe-Stufe (RG), hier z.B. angelenkt in der Kolbenfunktionsebene an die 4-Zyl.Schwingkolben-Reihenmaschine nach Pig. 3.1, mittig zwischen beiden Koppelungs-Zahnrädern 6 bzw. Hebelbalken-Schwingen 4 mittels kurzen Anlenkpleueln 14, deren Bewegungsschnittpunkte auf einer Geraden als geometrischer Ort (Normale zur Verbindungslinie der Achsen 5 - 5) liegen. (Der Längeneinfluß durch Veränderung des Pleuelwinkels über dem Arbeitshub ist funktional ohne Belang). Die Übersetzung ist i= H/HRG< 1, (Kolben- zu Rotations-Getriebe-Hub).
  • Bei Maschinenkonstruktionen, gebaut aus 4-Kolben-Schwingelementen, wie z.B. nach Konstr.Sch.5.1 oder 5.2, kann bei dieser sog. Doppelanlenkung der RG-Stufe ggf. auf die übliche Schwingen-Koppelung (Verzahnung der Räder 6 bzw. auf die Räder selbst) verzichtet werden; z.B. bei direkter Anlenkung an den Schwingen (ggf, mit entsprechender Verlängerung) oder alternativ in einer zu den Kolben parallelen Ebene (an Hebelarmen, aufgekeilt auf den Wellen 5).
  • (Letzteres führt allerdings zu zusätzlichen Momenten auf die Wellen).
  • Alternativ können in den gewählten Maschinenbeispielen auch die jeweils anderen, gezeigten Rotations;-GetriebestuSen verwirklicht werden. Die Anlenkung erfolgt zweckmäßigerweise unter dem Gesichtspunkt möglichst kleiner Maschinen-Bauhöhe, bzw. der Optimierung der Maschinenabmessung, eventuell nach Randbedingungen, ermöglicht durch die Aufteilung der Maschinenkinematik in reine oszillatorische und reine rotative Funktionen.
  • KonstrOSchema12.4 zeigt als Anlenkungsbeispiel für ggf. mehrere Rotations-Getriebestufen bei höherzylindrischen Schwingkolbenmaschinen zwei zentrische Kurbelschwingen, angelenkt an die Wellen 5 zwischen zwei 8-Zyl.Maschinen nach Fig.5.2, die in Parallelanordnung aufgestellt zu denken sind (16-Zyl.Maschinenverband).
  • Die in einer Ebene liegenden Getriebestufen (mit vollem Ausgleich freier Kräfte und Momente) werden i.d.R. im Gleichlauf (und mit gleichem Übersetzungsverhältnis i) betrieben und zusammengeschaltet, z.B. mittels Ketten- oder Zahnriementrieb 13. Im alternativ möglichen, auch massenausgeglichenen Gegenlauf der Getriebestufen (bei gleicher oder verschiedener Übersetzung) ergeben sich gleichzeitig zwei (Abtriebs-)Drehrichtungen für besondere Maschineneinsatz-Bedingungen, (die u.a. auch für die Übersetzungs-Auslegung maßgebend sind. Das Verhältnis i= H/HRG, Kolben- zum BG-Stufen-Hub, ist hier z.B. mit 1 gewählt). Die Anordnung der beiden, zentrischen Kurbelschwingen in gemeinsamer Ebene läßt auch den Einbau von Federeinheiten7zu,(vorzugsweise mit der Entspannungsphase in der Schwingungs-Nullage, also in Zug-/Druckausführung),hier an verlängerte Schwinge-Hebelarme.
  • Konstr.Sch, 12.5 zeigt denselben Anlenkungsfall wie 12.4 nur mit einer mittig angeordneten, zentrischen Kurbelschwinge als Hotations-Getriebestufe (RG), ausgeführt entweder beidseitig mit Kurbelzapfen und Leistungsübertragung mittels Zahnradpaarung, Ketten-oder Zahnriementrieb 13 (bei freifliegender Lagerung) oder mit Doppelkurbel (mehrfachgelagert, mit Gegengewichten, Schwungmasse und Versetzung der Anlenkungsebenen) bei Abtrieb über die Welle 15.
  • (Freie Kräfte und Momente können zumindestens teilweise durch Federelemente, ggf. drehzahl-druckgesteuert, kompensiert werden); Fig.13 zwei Auslegungsbeispiele für direkten Leistungsabtrieb mit Freilauf-Einrichtung bei konstantem Kolben-Kraftarm (z.B. mit Hilfe von reibungsschlüssigen Freilaufkupplungen bzw. -Zahnrädern, in Überhol- oder Momentenausführung, oder mit selbsttätigen, geräuschlos arbeitenden Reibklemmen- oder Reibrollen-Gesperren oder mittels hydraulischer Kupplungen mit z.B. Klappflügeln zum Kraftschluß für eine richtungsorientierte Drehmomentübertragung u.ä.m., ggf. in Verbindung mit Flüssigkeitsgetriebe bzw. Strömungswandler zur Verbesserung der Bewegungsgleichförmigkeit) ausschließlich oder zusätzlich zur RG-Stufe(n) mit voller oder teilweiser Unabhängigkeit von deren veränderlicher Hebel-Gesetzmäßigkeit, in der Art z.B. nach: Konstr.Sch. 13.1 (Front- u.Seitenansicht) für direkten Freilauf-Leistungsabgriff (z.B. mittels Zahnrad-, Ketten- oder Zaheriementrieb 16, mit/ohne Übersetzung, den Freilaufkupplungen 17 und Wellen 18, 19) von den auf (ruhenden) Achsen 5 oder Torsionsstäben 5 gelagerten Kolben-Schwingen 4 bzw. Koppelungs-Zahnrädern oder Zahnradsegmente 6 z.B. einer 8-Zyl.Maschine, an denen die HG-Stufe, die abtriebsseitig freiläuft (mit Kupplung 17), z.B. mittels Schubkurbel n.Fig. 12.3 mitangelenkt ist. (Vorausgesetzt sind sog. Wellen-Rechtslauf-Freilauf-Kupplungsausführungen).
  • Dies ist ein Beispiel für ausschließlichen Preilauf-Leistungsabtrieb, aber mit G-tufe inkl. Schwungmasse (für die Beifunktionen: Bewegungssynchronisierung, Triebwerksverriegelung beim Zünden, frequenz- und massenkraftunabhängige Kolben-Totpunkt-Festlegung inkl0 Kompressionsgrad, sowie Motorbremswirkung bei Schub).
  • Die beispielsweise gewählte 8-Zyl.Schwingkolbenmaschine 1a - ih (voll massenausgeglichen, alle Kolben in einer Funktionsebene), konstruiert aus zwei 4-Kolben-Schwingelementen (analog Sch. 2.1), im 4- bzw. 2-Takt z.B. mit der Zündfolge: 1a/lh-1b/lg - lc/lf -1d/1e bzw. la/lh/lc/1f - lb/1g/ld/1e (Schwingkreis 2.bzw. 4.Art), läßt die neuen, großen Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Bausystems für abmessungsmäßig stark gedrängte Maschineneinheiten hoher Leistung besonders deutlich werden. Kolben und Schwingen-Anlenkung (z.B. mittels Kugel, Rolle, Bolzen, Walze oder Gleitstein) sind funktionsgerecht, produktions- und tribotechnisch optimal, sowie kostengünstig konstruiert.
  • Zur weiteren Vereinfachung der Maschinenausführung können auch hier die Teile 4 (Schwinge) und 6 (Koppelungsräder) alternativ als identisches Werkstück gefertigt sein. Dabei gestalten sich die Kolben-Anlenkungsverhältnisse noch stabiler. Die Zylinderwände weisen hierzu außerhalb der Kolbenwegstrecke (innerhalb den UT-Stellungen) einen dem Anlenkungsbolzen-Durchmesser und -Weg entsprechenden, kreisförmigen Langloch-Durchbruch (über dem Durchmesser) auf.
  • Zur Erzielung rückstellender Schwingewirkung (zusätzlich zu Federelementen oder ausschließlich zur Verfahrensdynamik) können die Koppelungs-Zahnräder (oder Zahnradsegmente 6) Unwuchtgewichte 20 erhalten, wie z.B. in Schema 13.1 gezeigt. (Wegen zusätzlicher Massenträgheitswirkung ist diese Konstruktionsmaßnahme auslegungsmäßig im Versuch zu prüfen).
  • Zur besseren Ventilanordnung (Zugänglichkeit der Zylinder lc, 1d, le u.1f) können die beiden 4-Kolben-Schwingelemente der Maschine 13.1 auch unter beliebigem V-Winkel gekoppelt sein, ohne Beeinträchtigung des (vollkommenen) Massenausgleichs. (In analoger Weise kann auch beim Bau einer n-Zyl.-Maschine aus n über einander angeordneten 4- oder 2-Kolben-Schwingelementen(n. Fig.1 u.2) mit einheitlicher Funktionsebene konstruktiv vorgegangen werden).
  • Konstr.Schema 13.2 zeigt Pront- und Draufsicht (inkl. Räderplan) für direkten Freilauf-Leistungsabgriff (z.B. mittels Zahnrad-, Ketten- oder Zahnriementrieb 16, mit/ohne Übersetzung, den Preilaufkupplungen 17, eingebaut in Teil 16, und der Welle 19) von den (mitbewegten) Schwinge-Wellen 5 einer 4-Zyl.-V-Maschine, zusätzlich zur z.B. mittels Bogenschubkurbel (n. Fig. 12.1) mitangelenkten RG-Stufe, (über deren Welle 18 i.a. der Ab-(und Antrieb der Maschine allein erfolgt); vorausgesetzt sind hier ein Übersetzungsverhältnis von i= H/HRG= 1 und sog. Wellen-Rechtslauf-2reilaufkupplungsausführungen.
  • Erforderlichenfalls kann die RG-Stufe auch mit größerem Hebelarm (bis in die andere Kolben-Schwinge hineinragend) ausgelegt werden (HRG>H bzw. i<1). Dabei kann die Kurbelwelle 18 genau in die Symmetrieachse (Vertikale) des V-Motors gelegt werden. Auch der V-Winkel (hier z.B. mit 60° gewählt) kann hierzu optimal angepaßt werden. (Alternativ können auch andere, vollumlaufende Rotations-Getriebeformen Verwendung finden, z.B. nach Fig. 12. bis 12.5 u.a.
  • m.).
  • Fig. 13.2 ist ein Beispiel für zusätzlichen Freilauf-Leistungsabtrieb zur HG-Stufe (mit Schwungmasse), die hier beispielsweise mit Kettentrieb 13 auf die Abtriebswelle 19 arbeitet. Die gewählte 4-Zyl.-V-Maschine, konstruiert aus zwei 2-Kolben-Schwingelementen (Schema 1.1), ist praktisch frei von Massenkräften und -momenten.
  • Alle Kolben arbeiten in einer Funktionsebene, z.B. im 4- bzw0 2-Takt in der Zündfolge: 1b - 1a - 1c - 1d bzw. 1b/ic - 1a/ld (als Schwingkreis 1. bzw. 2.Art). Der V-Wlnkel kann z.B. nach den Gesichtspunkten der räumlichen Verhältnisse (Maschineneinbau) festgelegt werden.
  • Alternative Freilauf-Abtriebslösungen zu den Konstruktionen nach 13.1 und 13.2 ergeben sich durch deren Umkehrung, sowie durch jeweiliges Weglassen der RG-Stufe(n), (mit allerdings veränderter Maschinencharakteristik aufgrund fehlender RG-Funktionen; mögliche Gegenmaßnahme wäre ggf. eine frequenzgesteuerte Verdichtungsregelung, technisch einfach zu realisieren z.B. in der Art früher gebräuchlicher Dekompressionen).
  • Die in Fig. 13.1 u.13.2 dargestellten Freilauf-Abtriebskonstruktionen gelten für Maschinen mit i.d.R. in Gegenphase bewegten Kolben-Schwingen oder -Schwingelementen (siehe z.B. Fig. 3, 4, 5.1, 5.2, 9, 10 u.11). Maschinen mit ausnahmsweise in gleicher Phase bewegten Kolben-Schwingen oder -Schwingelementen (siehe z.B. Fig. 5.3 u. 5.4) benötigen für Freilauf-Konstruktionen noch ein Zwischenrad (zur Drehrichtungsumkehr einer Schwinge-Seite); Fig. 14 eine integrierte Baueinheit z.B. bestehend aus 4-Zyl.Heihen-Schwingkolben-Verbrennungskraftmaschine (Zyl. 1a - 1d, entsprechend Konstr.Schema 3.1) und 8-Zyl.Schwingkolben-Hydraulikpumpe oder/(und) -Pneumatik- bzw. -Gasverdichter (in koaxialer Bauweise der Zylinder 21 mit 4 einstufigen Kolben 22 in Gegenausführung, doppeltwirkend). Auch eine mehrstufige Auslegung ist möglich.
  • Alle Motor- und Pumpen- bzw. Verdichter-Kolben sind über die Schwingen 4 gelagert auf Wellen 5 (mitschwingend),alternativ Achsen 5 (ruhend) oder Torsionsstäben 5, und durch die Zahnradsegmente 6 kinematisch und kraftschlüssig miteinander gekoppelt ohne/(mit) Übersetzung bei gleichem/(verschiedenem) Hub, und zwar in 3 parallelen, nahen Funktionsebenen bei vollkommener Konstruktionssymmetrie und Massenkraft- bzw. Massenmoment-Kompensation, mithin bei optimalen Maschinenbeanspruchungs- und Bauteilbedingungen.
  • Mit dieser speziellen Verwirklichungsart des Erfindungsgedankens kann die effektive Motorleistung ganz oder teilweise in ein entsprechendes, leicht regel- und zu verschiedenen Stellen zuführbares Arbeitspotential eines Druckmediums (Öl, Luft, Gas u.ä.m.) umgewandelt, d.h. hydraulisch oder/(und) pneumatisch für viele technische Vorgänge genutzt werden, (wie z.B. für Pahrzeugantriebe, Motor-Aufladung, hydrostatische Lagerung bzw. Systemschmierung, Einzelaggregat-Betätigungen wie Bremsen bei Nutzfahrzeugen, Sitz-, Fenster-, Schiebedaoh- u.Gurtanlage-Verstellungen bei Personenwagen, sowie zu Kühlzwecken, auch für Anlasserfunktion (in Verbindung mit Druckspeicher), insbesondere bei Großdieselmaschinen, und für Bewegungsenergie-Rückgewinnung im Schubbetrieb u.a..m.).
  • Der Vorteil der Konstruktion ist eine Direktkupplung von Motor und Pumpe bzw. Verdichter ohne die 2-malige Bewegungstransformation (von Oszillation in Rotation und zurück), wie bei Hubkolbenmaschinen mit entsprechenden Energieverlusten (Wirkungsgradverschlechterung). Der Energiefluß nimmt sowohl zwischen den Motor-Zylindern untereinander als auch zur Pumpe den kürzesten Weg ohne Passierung der Botations-Getriebestufe (RG), (hier z.B. nach Schema 12.3 ausgebildet), die die Überschußleistung ggf. abführt und die sonstigen Funktionen (Bewegungssynchronisierung durch Schwungmasse, Totpunkt- und Kompressionsgrad-Festlegung unabhängig von Schwingfrequenz und damit Massenwirkung, sowie eine Triebwerksverriegelung zum Zündzeitpunkt) wahrnimmt.
  • Weiter können auch zwei getrennte Druck-Kreisläufe für gleiche od.
  • unterschiedliche Medien (z.B. Wasser/Luft oder 0l/Luft) in einer Maschineneinheit eingerichtet sein. Der Pumpen- bzw. Verdichterbetrieb ist von dämpfender Wirkung auf die Motorkinematik bzw.
  • -dynamik. Die Pumpen- und Verdichterzylinder können auch im geschlossenen System (gegen Druck) arbeiten als pneumatische oder Gas-Federung, ggf. auch Frequenz-Druck-gesteuert, anstelle oder zusätzlich zu mechanischen oder sonstigen Federelementen0 Diese Möglichkeit ist u.U. auch von Bedeutung zur Eigenschwingungs-Frequenzabstimmung für den erfindungsgemäß angestrebten Resonanz-Maschinenbetrieb für spezifische Einsatzfälle, (s. auch S.40 f).
  • Anstelle von Pumpen bzw. Verdichtern können auch E-Schwinggeneratoren (mitentwickelte, neue Konstruktionsart mit oszillierender Ankerbewegung analog dem Anmeldungsgegenstand) in eine solche integrierte Maschinen-Baueinheit (zusammen mit einem od. mehreren Schwingkolbenmotoren) eingebracht sein; analog Fig.14 sind dann Statoren und Schwing-Anker statt Pumpenzylinder und -kolben eingebaut; vgl. auch Angaben auf S.6.
  • Die beim Durchdringen des Ständer-Magnetfelds auftretende Widerstandskraft gegen die Ankerbewegung entspricht dem entstehenden Druck auf den Kolben bei Pumpen (bzw. Gasfedern), d.h. von Generatoren geht eine ähnliche Dämpferwirkung auf das gesamte Maschinenaggregat aus. Die ganze Motorleistung kann erforderlichenfalls auf diese Weise in elektrische Leistung umgewandelt und eingesetzt werden (z.B. für Antriebs-, Regel-, Betätigungs- und Steuerzwecke).
  • Die RG-Stufe(n) dient dann nur für die o.g. Zusatzfunktionen; Fig. 15 drei Einzylinder-Schwingkolbenmaschinen (mit je zwei koaxialen Kolben 2a u.2b im Gegenlauf), auch als (2-Kolben-)Stabmotorenbezeichnet, in der Ausführung mit - Hebelbalken-Schwinge 4 mit Pleueln 3 (Konstr.Sch. 15.1 u.15.3) und alternativ mit; - Teilzahnrad-Schwinge 4 mit Zahnstangen 3 (einfache od. gegabelte Form) oder mit außenverzahntem Hohlkolben (Konstr.Sch. 15.2).
  • Die jeweilige Zeichnungs-Draufsicht zeigt, daß alle Triebwerksteile inkl. Rotations-Getriebestufe (KG) in einer Ebene angeordnet werden können (zur Vermeidung zusätzlicher Biege- und Torsionsmomente, gleichbedeutend mit Entlastung des Triebwerks, auch von impliziter Massenwirkung aufgrund geringerer Dimensionierung). Die Schwinge-Lagerung erfolgt auf den Wellen 5 (mitschwingend), alternativ Achsen 5 (ruhend) oder Torsionsstäben 2 (Federn). Auch eine umgekehrte Anordnung der Kolben mit Gegenlauf nach innen ist möglich (ausgenommen bei Sch.15.3), bei etwas größerem Bauraumbedarf aber mit einem Zylinderkopf (inkl. Ventiltrieb) für beide Kolben.
  • Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Maschinen-Konstruktionslösung sind bei allen drei Ausführungsbeispielen der direkte Energiefluß (mittels Koppelung 6) zwischen den Kolben 2a u.2b (vor und unabhängig von der RG-Stufe), die optimale Kolbenlauf-Geometrie im Zylinder (ausgenommen Sch.15.3), der vollkommene, kolbenseitige Massenkraft- und -momentenausgleich (Kolbengewichts-Abstimmung bei Sch.15.2 vorausgesetzt; RG-Stufe durch Federwirkung ausgeglichen), die gemeinsame Kolben-Funktionsebene, sowie der stets von null verschiedene Kolbenkraft-Hebelarm a (auch in den Extremlagen).
  • In den Konstruktionen 15.1 u.15.2 liegt ein konstanter Wert von a' über dem ganzen Kolbenweg vor (zur Drehmomententwicklung); in Sch.
  • 15.3 variiert diese Größe.
  • Diese Einzylinder-Zweikolben-Gegenlauf-Maschine (Abk. EZGe-M), Fig.
  • 15.1, 15.2 u.15.3, kann im 2- bzw. 4-Takt betrieben werden (bei gleichzeitiger bzw. abwechselnder Zündung der Kolben 2a/2b). In beiden Fällen liegen Gaswechsel-Leertakte (Kolbenbewegung zum OT) dazwischen, im 2-Takt mit Verdichten, im 4-Takt mit Ansaugen/Ausschieben und Verdichten/Ansaugen. Die Schwingungsbewegung kann in dieser Phase im 2- bzw. 4-Takt durch Druck- bzw. Zug-Druckfedern 7 (als Energiespeicher, ggf. in Verbindung mit Torsionsstab-Schwingelagerung 5) synchronisiert werden bei nahezu verlustfreier Dämpfung des Zündimpulses bzw. Entlastung der RG-Stufe. (Schemen 15.2 u.15.3 zeigen z.B. Federeinheiten 7 für Zug-Druck und Schema 15.1 für Druck, mit Entspannung in der Schwingungs-Nullage).
  • In der Maschinenkonstruktion 15.1 sind die Schwingen 4 beispielsweise in Fachwerkträgerform (Leichtbauart zur Gewichts- und Massenkraftminderung) ausgeführt mit Einfach- oder Doppelzahnkranz, hier mit Identität von Schwingen 4 und Koppelung 6. (Letzteres gilt auch für Schema 15.2 u.15.3). In den Konstruktionen 15.1 und 15.2 ist die direkte Kolben-Koppelung alternativ auch mittels diagonal laufender Verbindungsketten zwischen Schwingen zu bewerkstelligen, die auf entgegengesetzten Seiten vom Zylinder gelagert sind analog Schema 17.2.
  • Bei Konstruktion 15.1 kann zur Leistungssteigerung anstelle der Federn 7 ein weiterer Einzylinder-Stabmotor an die Schwingen angekoppelt werden (ohne zusätzliche RG-Stufe). Entsprechendes gilt auch für die Einzylindermaschine nach Sch.15.2; (vgl. hierzu die 4-Zylindermaschine nach Fig. 4.3 u.4.4).
  • Die Rotations-Getriebestufe (RG) wurde bei der Einzylindermaschine 1501 nach Konstr.Sch. 12.3 (mittige, 2-fach angelenkte Schubkurbel) und bei den Maschinenbeispielen 15.2 u. 15.3 z.B. nach Konstr.
  • Schema 12.1 (zentrische Kurbelschwinge) ausgelegt.
  • Bei solchen Stabmotoren kann der Leistungsabgriff auch mittels Freilaufeinrichtung (zusätzlich oder ausschließlich zur RG-Stufe, ggf. auch ganz ohne diese) erfolgen gemäß d en den Eonstruktionsbeispielen nach Pig, 13.1 u.13.2; Fig.16 zwei Einzylinder-Schwingkolbernnaschinen (mit je zwei koaxialen Kolben 2a u. 2b im Gleichlauf), sog. 2-Kolben-Stabmotoren, in der Ausführung mit - Hebelbalken-Schwinge 4 mit Pleueln 3 (Konstr.Sch.16.1) und alternativ mit - Teilzahnrad-Schwinge 4 mit Zahnstange 3 (Konstr.Sch. 16.2).
  • Die grundsätzlichen Angaben zur Beschreibung von Fig.15 gelten sinngemäß auch hier bezüglich einheitlicher Eriebwerksfunktionsebene (s. Draufsicht), Art der Schwinge-Lagerung (aufmitschwingender Welle 5 oder ruhender Achse 5 bzw. Torsionsstab 5), direktem Energie fluß (Koppelung) zwischen den Kolben (vor und unabhängig von der RG-Stufe), optimaler Kolben-Laufgeometrie im Zylinder (praktisch ohne Gleitbahndruck bzw. Seitenkraft), konstantem Hebelarm a' über dem ganzen Kolbenweg (zur Drehmomententwicklung), Leistungsabtrieb mit Freilauf (zusätzlich oder ausschließlich zur RG-Stufe, d die e dann nur zur Triebwerks-Zündverriegelung, Kompressionskonstanz und Bewegungssynchronisierung dient) und bezüglich einfacher Ankoppelungsmöglichkeit für weitere Stabmotoren (oh. RG-Stufe).
  • Abweichend (von den Konstruktionen 15.1, 15.2 u.15.D) ist hier die unausgeglichene Massenkraft- und -momentenwirkung, die wenigstens teilweise mit Federkraft (am besten direkt am Kolben zur Gestängeentlastung) zu kompensieren ist. Dies gilt insbesondere für den unteren Frequenzbereich. Bei höheren Schwingungen tritt selbsttätig ein stabilisierter, ruhiger Maschinenlauf infolge Massenträgheit ein (etwa ab 15...20 Hz, abhängig von der Größe weiterer beteiligter Massen, wie Motorgehäuse mit Baugruppen), d.h. auch diese Stabmotoren-Version ist technisch sinnvoll und brauchbar.
  • Der besondere Vorteil dieses Motorentyps liegt in der einfachen, gedrängten Bauweise. Für beide Kolben ist nur eine Hubhöhe und eine Schwinge erforderlich, gleichbedeutend mit geringer Maschinenlänge, kleinem Gewicht und Raumbedarf (inkl. Minderung der Produktionskosten). Andererseits ist u.U. mehr Aufwand für Federelemente zu treiben. (Das hängt vor allem von der Relation der Dimensionierung des Oszillations- und Rotationsbereichs der Maschine ab, insbesondere vom Übersetzungsverhältnis des Hubs der HG-Stufe zum Kolbenhub).
  • Diese Einzylinder-Zweikolben-Gleichlauf-Maschine (Abk. EZGl-M), n.
  • Schema 16.1 u.16.2, weist folgendes Betriebsverhalten auf: im 2-Takt wechselseitiges Zünden der Kolben und im 4-Takt zwei Gaswechsel-Zwischentakte (Ansaugen - Ausschieben und Verdichten - Ansaugen gemäß Zündfolge 2a - 2b). Im 2-Takt wird die Eigendynamik des Arbeitsverfahrens für die Kolbenkinematik erfindungsgemäß voll genutzt; der 4-Takt erfordert zusätzlich zum Verfahrensablauf (zur Überbrückung der zwei hintereinander folgenden Leertakte) entsprechende Federkräfte und/oder Schwungmasse der RG-Stufe mit möglichst kleiner Übersetzung i = H/ HRG. Die Federeinheiten sind dabei als Zug-/Druckelemente auszulegen (mit Entspannungsphase in der Schwingungs-Nullage) 9 und/oder als Torsionsstab (Schwinge-Lagrrung).
  • Der 2-Taktbetrieb ist demnach für diese Stabmotorenart (zwei Kolben im Gleichlauf) besonders geeignet, gleichwohl kann auch hier die Gleichförmigkeit der Schwingbewegung mittels Federausrüstung (nahezu verlustfrei nach dem Anmeldungsgedanken) erhöht werden.
  • Die Maschinenkonstruktionen 16.1 u.16.2 können alternativ als weitere Verwirklichungsbeispiele des rfindungsgedankens auch in integrierter Bauform beider Kolben (als sog. Gegenkolben) ausgeführt sein, analog Sch. 17.1 u.17.2 in Voll- oder Hohlform (letztere mit/ohne eingelegter Massenkraft-Ausgleichsfeder), und mit Leistungsabtrieb über Rebelschwinge und Kolbenverbindungsstange (wie in Sch. 17.1) oder Zahnradschwinge und Kolben-Außenverzahnung (wie in Sch.17.2). Hierdurch kann z.B. die Maschinenbauhöhe von EZGl-Maschinen nach Schema 16.1 u.16.2 noch weiter verringert werden.
  • Für die Auslegung der Rotations-Getriebestufe (RG) wurde hier beispielsweise die Konstruktion gemäß Sch.12.1 (Bogenschubkurbel) gewählt.
  • Als weitere Ausführungsvariante des Anmeldungsgedankens können Schwingkolbenmotore (wie z.B. 2-Kolben-Stabmotore n. Sch.16.1)auch mit Schwingen gebaut werden in ein- anstatt beidseitiger Hebelausausführung. (Die Übersetzung zur HG-Stufe kann dann nur Werte im Bereich i = H/ HHG > 1 annehmen); Fig. 17 drei Einzylinder-Schwingkolbenmaschinen (mit je vier koaxialen Kolben 2a bis 2d, paarweise im Gegenlauf), sog. 4-Kolben-Stabmotoren, in der Ausführung mit - Hebelbalken-Schwinge 4 mit Kolben-Verbindungsstange 3 (Schema 17.1) bzw. mit Pleueln 3 (Schema 17.3) und alternativ mit - Zahnrad-Schwinge 4 mit Kolben-Außenverzahnung 3 (Schema 17.2).
  • Dieser erfindungsgemäße 4-Kolbenmotor in Stabform stellt einen besonders leistungsfähigen, neuen Maschinentyp dar mit vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten aufgrund seiner unkonventionellen Bauform bzw. seines minimalen Platzbedarfs. Hiermit laßen sich z.B. im Automobilbau neue Karosserie-Frontpartieformen (Motorhauben) mit stark verbessertem Strömungsverhalten (bzw. wesentlich rcduzierten cW Luftwiderstandswerten) verwirklichen, gleichbedeutend mit zusätzlicher Kraftstoff-Ersparnis (zum wirtschaftlicheren Schwingkolben-Antriebsaggregat im Vergleich zum althergebrachten Hubkolbenmotor als Stand der Technik).
  • Hinsichtlich der Konstruktion gelten sinngemäß hier auch die grundsätzlichen Angaben zu Fig. 15 u. 16 bezüglich einheitlicher Triebwerks-Funktionsebene, 9. Draufsicht, (ausgenommen die Maschinenkonstruktion 17.2 mit z.B. beidseitiger RG-Stufe nach Sch. 12.5, den Koppelungsrädern 6 u.6' und den Freilaufrädern 17 u.19), bezüglich der Art der Schwinge-Lagerung (auf mitschwingender Welle 5 oder ruhender Achse 5 bzw. mit Torsionsstab 5), direktem Energiefluß (Koppelung) zwischen den Kolben (vor und unabhängig von der RG-Stufe), optimaler Kolben-Laufgeometrie im Zylinder (praktisch ohne Gleitbahndruck bzw. Seitenkraft), konstantem Hebelarm a' über dem ganzen Kolbenweg (zur Drehmomententwicklung), Leistungsabtrieb mit Preilauf (zusätzlich oder ausschließlich zur RG-Stufe, ggf.
  • auch ganz ohne diese) und bezüglich einfacher Ankoppelungsmöglichkeit an den Schwingen (ohne zusätzliche RG-Stufe) für weitere Stabmotoren zur Leistungssteigerung.
  • Diese Einzylinder-Vierkolben-Gegenlauf-Maschine (ebk. EVGe-M)weist, wie die Konstruktions-Ausführungsbeispiele 17.1, 17.2 u.17.3 zeigen, ideale Massenausgleichsverhältnisse (kraft- und momentenmäßig) auf (ohne RG-Stufe) und nutzt für die Kolben-Schwingbewegung sowohl im 2-Takt (Zündfolge: 2a/2d - 2b/2c) als auch im 4-Takt (bei zwei möglichen Zündfolgen: 2a - 2b - 2d - 2c und 2a - 2c - 2d - 2b, mit jeweils einer Anfangsvariante: 2d - 2c - 2a - 2b bzw. 2d - 2b -2a - 2c) vollständig die Verfahrensgesetzmäßigkeit im Arbeitsablauf (mit entgegengesetzter Wirkung von Kompression und Zündung als Dämpfung und Impuls). Leertakte sind hier nicht zu überwinden (durch Entnahme von Energie aus dem System, gespeichert in Jeder kraft und/oder Schwungmasse der RG-Stuf)-.
  • Bei diesen 4-Kolben-Stabiaotor (EVGe-M) n.Sch. 17.1, 17.2 u.17.3, aber auch schon beim Einzylindermotor mit zwei Kolben im Gleichlauf (EZGl-M) nach Sch.16.1 u.16.2, bietet sich konstruktiv an, zwei Kolben in sog. Gegenkolben-Ausführung erfindungsgemäß als integrierte Bauform zusammenzufassen, um kurze Maschinenlängen zu erhalten (Bauraum- u.Fertigungskosten-Frage). In Schema 17.1 geschieht dies z.B. durch Kolben einfacher Profilgestalt mit kurzer, starrer Verbindungsstange 3 (z.B. aus Stahlguß bei Gleitpaarung mit Al-Zylinder), in Schema 17.2 durch einen Hohlzylinder-Kolben beiderseits mit Boden und Feuersteg. In Schema 17.3 ist die integrierte Kolbenform alternativ mittels sehr kurzen Pleueln 3 und mit doppelter Anlenkung (normal und gegabelt) verwirklicht, bei entsprechender Ausnehmung der halbkreisförmigen Schwingen 4 zum völligen Eintauchen der äußeren Kolben (2a u. 2d) in Ur-Stellung.
  • Durch den erfindungsgemäß möglichen Einsatz von Pederelementen (aufgrund reiner Triebwerks-Oszillation) kann generell, auch bei völligem Massenausgleich, die Bauteilbeanspruchung gemindert und mithin die Dimensionierung schwächer gehalten werden (inkl. geringerer Massenwirkung aus impliziter Abhängigkeit). Diese Erkenntnisse sind in Konstr.Sch. 17.2 z.B. durch Federausrüstung des (auch aus Gewichtsgründen) hohlausgebildeten Zylinder-Gegenkolbens realisiert (mit fixierter Federbolzen-Lagerung in der Zylinder- und Gehäusewand). Entsprechendes gilt auch für die anderen Federelementen 7 in Schema 17.1 u.17.3, die auch zur Gleichförmigkeit der Bewegung beitragen (bei Federentspannung in der Schwingungsnullage).
  • Diese Federelemente sind auch von Bedeutung für den speziellen Betriebszustand im System-Eigenfrequenzbereich (I. pd. höheren Grads oder bei ganzzahligen Vielfachen oder Teilen davon). Dieser Sonderfall (Resonanz mit minimalem EnergXie-Eigenverbrauch: Erregergleich Dämpfungsarbeit) kann nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindungsidee ausnahmsweise bei Schwingkolbenmaschinen (in Ein- und Slehrzylinderausführung, also auch bei Stabmotoren) durch entsprechende Abstimmung nach Masse und Federsteifigkeit hergestellt werden aufgrund der systembedingten, kinematischen Identität von Funktions- und Eigenschwingung (hinsichtlich der Elongation).
  • Stabmotoren-Konstruktionen (wie nach Sch.17.1 u.17.3) können als weitere Ausführungsvariante in bestimmten Fällen, z.B. bei mittleren und kleinen Leistungsklassen (bei kleinen Zylinderdurchmessern), durch Zusammenfassung von Schwing 4 und achsgleichem Koppelungs-Zahnrad 6 (od.-Zahnradsegment 6) zu einem Bauteil noch weiter vereinfacht werden (Stabilitäts- und Fertigungskosten-Frage).
  • Bei Verwendung von Pleuel (wie in Sch.17.3) ist dabei der Zapfen in der Koppelungswandung ortsfest zu lagern, bei Ausführung als Gegenkolben mit starrer Verbindungsstange (wie in Sch.17.1) dagegen mittels Gleitstein oder Gabel (wegen des Kreisbogens als geometrischer Ort bei der Kolbenbewegung mit Bezug auf den Wellenmittelpunkt); vgl. Gabellager der Pumpenkolben 22 in Fig. 14.
  • Das Konstruktionsschema 17.2 zeigt beispielhaft für Stabmotore die Einrichtung eines Freilauf-Abtriebs ausschließlich (alternativ zusätzlich) zur HG-Stufe, (ggf. auch ganz ohne diese). Hierzu sind die Freilauf-Kupplungsräder 17 u.17' (mit Kraftschluß in Pfeilrichtung, s. Draufsicht) auf die obere Schwinge-Welle 5 bzw. Gegenhalter-Welle 5' vor das Schwinge-Zahnrad 4 bzw. Gegenhalterrad 4' verkeilt aufgesetzt. Über das Zwischenrad 19 und dessen Welle erfolgt dann der Leistungsabtrieb (bei konstantem Hebelarm a' der veränderlichen Gaskraft) mit gleichbleibendem Drehsinn, (s. Doppelpfeile in der Draufsicht). Bei alternativer Verwendung von Torsionsstabfedern 5 u.5' sind zusätzlich parallele Wellen nötige Die Preilauf-Einrichtung funktioniert wie folgt: Bei Annähern der beiden Hohlzylinder-Gegenkolben, ausgelöst z.B. im 4-Takt durch Zünden der Kolbenseite 2a (bei gleichzeitigem Verdichten von 2b, Ausschieben von 2c und Ansaugen von 2d) erfolgt über die Kolbenverzahnung 3 eine Mitnahme der oberen und unteren Schwinge-Zahnräder 4 bzw. Gegenhalterräder 4' und der zugehörigen Wellen 5 u. 5' (alternativ Torsionsstäbe 5 u. 5'). Dabei läuft das Rad 17 frei, wogegen Rad 17' kraftschlüssig eingekuppelt ist und die Leistung (lmutzdrehmoment x winkelgeschwindigkeit) 16) auf das Abtriebsrad 19 16) Mutzdrehmoment - (Abnehmende Explosionskraft F2a minus anwachsende Kompressionskraft 22b) x konst.Hebelarm a' minus Energieaufwand für die Gaswechseltakte 2c u. 2d und für Reibung.
  • Die Massenwirkung des gesamten Systems beim Arbeits- und Verdichtungsvorgang (durch Beschleunigung bzw. Verzögerung) leistet zwar keinen Drehmomentbeitrag, trägt aber zur Bewegungsgleichförmigkeit und damit zur Triebwerksentlastung entscheidend bei. Entsprechendes gilt für ggf. eingebaute Federn.
  • und dessen Welle überträgt, (ausgedrückt durch den ersten der Doppelpfeile, s. Draufsicht von Konstr.Sch. 17.2).
  • Durch Zündung der Kolbenseite 2b (bei genauer Festlegung der OT-Stellung bzw. des Verdichtungsgrads durch die leer mitlaufende, alternativ mitabtreibende HG-Stufe, inkl. Triebwerksverriegelung im Zündzeitpunkt, bei vorausgehender Abdämpfung der Schwingbewegung durch Kompression von 2b) werden die beiden Hohlzylinder-Gegenkolben wieder auseinandergetrieben (Umkehr der Schwingungsamplitude bei gleichzeitigem Verdichten von Kolbenseite 2d, Ansaugen von 2c und Ausschieben von 2a). Dabei werden die Schwinge- bzw.
  • Gegenhalterräder 4 u.4' und deren Wellen 5 u.5' durch die Kolbenverzahnung 3 in der umgedrehten Richtung mitbewegt. Hierbei läuft Rad 17' frei, wogegen jetzt das Rad 17 kraftschlüssig einkuppelt und die Nutzleistung auf das Abtriebs-Zwischenrad 19 und dessen Welle überträgt, und zwar bei gleichbleibender Abtriebsdrehrichtung, (ausgedrückt durch den zweiten der Doppelpfeile gleicher Orientierung, s. Draufsicht).
  • Der weitere Ablauf des 4-Taktverfahrenszykluses (mit Zünden der Kolbenseite 2d und nachfolgend 2c) vollzieht sich triebwerkstechnisch in analoger Weise bei beliebiger Wiederholung der gesamten Kinematik-Schwingmechanik. Mit der diagonal laufenden Kette 13 auf den Koppelungsrädern 6 u.6' ist über die Wellen 5 u.5' und die Schwinge-Räder 4 u.4' eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden gegeneinander bewegten Hohlzylinder-Gegenkolben hergestellt, unabhängig und vor der RG-Stufe, (s. Draufsicht). Dies sichert die erfindungsgemäße Nutzung der Verbrennungsverfahrens-Dynamik. Erforderlichenfalls können weitere, diagonale Kupplungsketten 13 vorgesehen werden. Die RG-Stufe kann alternativ auch gemäß Konstr.Sch.
  • 12.1 ausgelegt sein mit nur einer Schwinge-Anlenkung (in der KolbenfunStionsebene). Ein Rückschub auf den Motor (im Sinne von Bremswirkung) ist nur bei mitabtreibender RG-Stufe (über diese) möglich, nicht über die Freilauf-Abtriebswelle 19.
  • Technisch-konstruktiv berechtigt ist der erfindungsgemäß vorgesehene Einsatz einer solchen Preilauf-Einrichtung einerseits durch die jeweilige Kolbenbewegung aus der (kurzzeitigen) Ruhelage heraus (in den Extremstellungen) und andererseits durch die Leistungsabnahme bei konstantem Hebelarm, im Unterschied zum herkömmlichen unmittelbaren Kurbelprinzip mit dauernd veränderlicher Hebellänge.
  • Die heute auf dem Markt existierenden Freilauf-Konstruktionen müssen aber für die hier auftretenden, hohen Kupplungsfrequenzen zur Erzielung wirtschaftlich befriedigender Standzeiten (ca. 2000 h enspr. 360.106 Wechseln bei vorausgesetzter, durchschnittlicher Aggregat-Schwingefrequenz von 50 Hz bzw. 3000 min 1 über die Laufzeit) technisch weiter entwickelt oder durch neue Lösungen (bei Einsatz hochverschleißfester, moderner Werkstoffe, wie z.B. mit Whisker- oder Glasfaserverstärkung) ersetzt werden. Zur Glättung der Kupplungsübergänge im Energiefluß (und damit zur Minderung der Freilaufbeanspruchung) kann z.B. ein hydraulisches Getriebe, eine Strömungskupplung und/oder ein Drehmomentwandler abtriebsseitig beitragen.
  • Die Freilauf-Eüirichtung kann bei Stabmotoren alternativ auch zwischen den Schwingen, in Fig.17.2 zwischen den Zahnrädern 4 - 4 (oder 4' - 4') verwirklicht werden entsprechend Konstr.Schemen 13.1 bzw. 13.2, ausschließlich oder zusätzlich zum Abtrieb über die RG-Stufe.
  • Im ersteren Fall bestehen zwei Möglichkeiten, nämlich leer mitlaufende HG-Stufe (für die wichtigen Beifunktionen, s. z.B. Seite 57) ohne Anschluß an die Abtriebswelle (damit auch keine Notorbremswirkung) oder mitlaufende RG-Stufe mit Anschluß an die i.d.R. mit der Freilaufkonstruktion gemeinsamen Abtriebswelle, aber mit einem weiteren Preilauf-Kupplungsrad. Letzteres stellt sicher, daß die gesamte Abtriebsleistung nur über die Freilauf-Einrichtung geht. Andererseits bleibt damit die Motorbremswirkung erhalten infolge Einkuppeln dieses dritten Freilaufrads bei Schubbetrieb.
  • Einzylinder-Schwingkolben-Stabmotore (z.B. 2- oder 4-Kolben-Baumuster) können erfindungsgemäß auch zu größeren Leistungseinheiten (sog. Batterien) zusammengekoppelt werden durch Anbau einer oder mehrerer, vorzugsweiser gleicher Maschinentypen in koaxialer Richtung, paralleler Anordnung und/oder in winkliger Stellung je nach Einsatzzweck und bestehenden Raumverhältnissen0 Erforderlichenfalls kann der Anbau teilweise oder ganz (auch abschnittsweise) erfindungsgemäß als zu- und abschaltbare Leistungsreserve ausgelegt werden.
  • Bei winkliger Anordnung können dabei, je nach Anzahl der zu koppelnden Stabmotoren, Formen bekannter geometrischer Art entstehen, (wie z.B. Dreieck, Quadrat, Raute, Parallelogramm, Trapez, Rechteck, 6- Eck, Viel-Eck bis zum Polygonzug als Kreis) aber auch Formen der beliebigsten Art. Alle Kolben können hierbei in einer gemeinsamen Funktionsebene laufen mit vollem Massenausgleich.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann die freie Verfügbarxeit hinsichtlich Abmessung bzw. Anordnung einer gesamten Schwingkolben-Kraftmaschinenanlage, zusammengesetzt aus einzelnen Stabmotoren als Elemente, wirtschaftlich mitgenutzt werden zum Bau von Maschinen- und Fahrzeuggestellen (Chassis, Aufbauten u.ä.m.). Dies gilt auch für Flugapparate bezüglich der Konstruktion und Ausbildung des tragenden Skeletts (für Rumpf und Flügel). Auf diese Weise können Fahrzeuge, Maschinen und Pluggeräte mit ganz neuen Formen und Sigenschaften für bekannte und zukünftige Anwendungen entwickelt und geschaffen werden.
  • Auch Einzel-Stabmotore (in 4-Kolben-zauart) können notwendigenfalls zur besseren Zugänglichkeit für den Ventiltrieb bei den innenliegenden Kolben mit einem 'Winkelknick' in der Zylinderachse, symmetrisch zur Maschinenlänge, gebaut werden; (allerdings mit Beeinflussung des Massenausgleichs, ggf. kompensiert durch Jeder kräfte).
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindungsidee ist auch eine Kombination der Mehrzylinder- und Einzylinder-Schwingkolben-Motorbauweise zur Herstellung höchster Leistungsdichte auf engstem Raum möglich, realisiert durch Mehrzylinder-Schwingkolbenmotoren, die mit zwei oder mehreren kolben pro Zylinder arbeiten, vgl. Seite D8.
  • Über die veranschaulichten Konstruktionsschemata Fig.1 -17 hinaus existiert noch eine Vielzahl weiterer, analoger Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzips, so z.BO die 3- und 6-Zylinder-auweise (jeweils in einer Kolbenfunktionsebene), mit Pleuel- oder Zahnstangenausführung, mit zwei Schwingen, (beim Sechszylinder auch mit 4 Schwingen, vgl. Fig. 9), mit einheitlicher Zylinderbemessung oder mit gewichts- bzw. kräftemäßig entsprechend stärker dimensioniertem, mittlerem Kolben (z.B. im Durchmesser um das 21/3-fache), vgl. Pußnote 15, 5.49, der bei Pleuelgestänge (mit normalem u.gegabeltem Pleuel) und bei Zahnstangenausführung (mit beidseitig verzahnter Stange, gf. inkl. RG-Stufe) an beide Schwingen angelenkt ist. Hinsichtlich Schwingen-Koppelung, Federausrüstung, RG-Stufe, ggf. Preilauf, Reihen- und/oder Parallel-Anbau weiterer Aggregate (zur Leistungsaufstockung), zeitweiser Kolbenstillegung, integrierte Maschineneinheit, Resonanzzustand etc. gilt sinngemäß dasselbe wie erläutert anhand Fig. 1-17, sowie im vorausgehenden Beschreibungstext zum Anmeldungsgegenstand. L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. P a t e n t a n 8 p r ii ¢ h e : 1. Schwingkolbenmaschine (alternativ mit Stempeln, E-Ankern o. dgl.) als Kraftmaschine (insbesondere Verbrennungskraftmaschine: GRAU-Motor, sowie Hydraulik- oder Pneumatiksotor oder mit anderen Druck medien, oder E-Gleichstrom-Schwingmotor o.a.m.) und als Arbeitsmaschine (wie Pumpe, Verdichter, Kompressor, Steuergerät, Regel-, Betätigungseinrichtung, Bearbeitungsmaschine, z.B. leichte Stanze, oder E-Gleichstrom-Schwinggenerator o.a.m.), sowie zugehöriges Bausystem zur Herstellung verschiedener Maschinentypen, dadurch gekennzeichnet, - daß geradlinig oszillierende Kolben (2) (oder Stempel oder E-Anker o.dgl.) der Zylinder (1) (oder Führungen oder Statoren o.
    dgl.) mittels Gestänge (3) kraftschlüssig auf einer oder beiden Seiten der Schwinge (4) in gleicher oder entgegengesetzter oder in beiden Richtungen einer zur Schwinge-Ächse (5) senkrechten Funktionsebene mit Abstand (a') zwischen Zylinderachse (1) und Schwinge-Lagerungsachse (5), als Hebelarm mit dauernd endlicher Länge über dem ganzen Kolbenweg (oder Stempel- oder E-Ankerweg o.dglO), angelenkt sind, sodaß ein direkter, unmittelbarer Energiefluß mit energieoptimalem Kinematik-Zusammenspiel zwischen den Kolben (2) (oder Stempeln oder E-Ankern o.dgl.) zustande kommt (Kolben-Schwingelement, alternativ mit Stempeln oder E-Ankern o.dgl.), - daß die Maschinenmechanik aus einem, zwei oder mehreren, solcher Schwingelemente besteht, die im Rausystem beliebig nach Leistungsinstallierung bzw. Anzahl, nach Massenausgleich, Arbeitsverfahren, 3ewegungszwangsläufigkeit, Beanspruchungsminimierung, Naschinen-Gesamtabmessung bzw. zur Verfügung stehendem Maschinen-Aufstellungs- oder -Einbauraum u.a.m. angeordnet und zusammengekoppelt sind, - daß ggf. Federelemente aller Art die Schwinge-Kinematik unterstützen und freie Kräfte und Nomente teilweise oder ganz aufnehmen (zur Bauteilentlastung), und - daß der Ab- bzw. Antrieb ggf, mittels nachgeschalteter (bei Kraftmaschinen, ggf. auch mit Freilaufeinrichtung, zusätzlich oder ausschließlich) bzw. vorgeschalteter (bei Arbeitsmaschinen) für mehrere oder alle Zylinder (1) (oder Führungen oder Statoren o. dgl.) gemeinsamer, vollumlaufender, nichtdurchschlagender Getriebestufe mit Schwungmasse erfolgt (Abk. RG für Rotations- Getriebestufe), bei Gliederung der Maschine in Oszillations- u.
    Rotations-Kinematikbereiche, was im motorischen Betrieb zur Trennung der Energieflüsse für Eigen- und Nutzleistung und mithin zu minimalen Transformationsverlusten und Blindbeanspruchungen, sowie zu optimaler Triebwerks-3auteil-Funktion bzw. Dimensionierungsmöglichkeit führt.
    2. Schwingkolbenmaschine (alternativ mit Stempeln, E-Ankern' o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Kolben (2) der Zylinder (1) als Einfach-, Doppel- oder koaxiale Gegenform ausgebildet sind mit im Vergleich zum Stand der Technik kürzeren Schäften, besserer Gleit- und Dichtfunktion, weniger Material-, Fertigungs-, Regel- und Prüffeld-Aufwand (insbesondere für die Kraftmaschinenversion), sowie mit geringerer Gewichts- bzw. Massenwirkung mithin schwächerer Gestängebeanspruchung aufgrund stark vereinfachter und damit verbesserter Laufgeometrie des Tribosystems: Zylinder/ Ringe/ Kolben.
    3. Schwingkolbenmaschine (alternativ m. Stempeln, E-Ankern o.dgl*) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß verwendete Gegenkolben-Konstruktionen (2) ausgeführt sind mit zwei kurzen Pleueln (vgl. Fig. 17.3), oder mit teleskopartig ineinander gehenden. Kolbenteilen (vgl. Fig. 15.2), oder mit starrer Verbindungsstange (vgl.Fig. 13.1 u.17.1), oder als Hohlzylinder mit beiderseitigem Kolbenboden, Seuerstegen und Ringbestückungen (vgl.Fig. 17.2) mit ggf. eingebrachter Feder und Kolben-Längsschlitze für zylinderwandseitig gelagertem Beder-Stützbolzen, und mit ein- oder beidseitiger Verzahnung zur Schwinge-Anlenkung mit entsprechenden Zylinderwand-Durchbrüchen (im 3ereich der Kolben-Schwingungs-Nullage).
    4. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, - daß die Kolben (2) mittels Pleuel, Ketten-2) oder Zahnstange o.ä.m., (in normaler oder gegabelter Form, mit voll- oder hohlausgeführten Zahnstangen), oder unmittelbar, d.h. ohne Gestänge (3) (bei entsprechender golbengestaltung) an Schwinge (4) angelenkt sind.
    5. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - daß das Gestänge (3) insbesondere bei Kraftmaschinen ausgebildet ist als Pleuel ohne Teilung (gerad oder schräg) des Kopfes, ohne herstellungsaufwendige Zentrierung bzw. Verzahnung der Teilungsfläche, ohne schadensanfälligem Deckel und ohne teure, montagsaufwendige Verschraubung, ggf. in der Ausführung mit beidseitig gleichgroßen, geschlossenen Lageraufnahmen (Pleuelaugen), ggf. gefertigt in hochfestem Leichtmetall-Legierungswerkstoff (s.B. auf Aluminiumbasis), geschmiedet oder u.U. gegossen, ggf.
    mit hinreichenden Gleit- und Laufeigenschaften, Verßchleißfestigkeit und Warmhärte zur Einsparung zusätzlicher Kolbanbolzen- u.
    Pleuellager und insgesamt zur Gewichts- und Massenkraft-Entlastung des Triebwerks.
    6. Schwingkolbenmaschine (alternativ m. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schwinge (4) als ein- oder beidseitiger Hebel, passend zur Gestangeart (3) (vgl. Anspruch 4), als Balken, Ketten-2)oder Zahnrad (mit Stirn- und/oder Kegelverzahnung u.ä.m.), ggf. nur als Teilumfangsrad bzw. mit Zahnkranzsegment, oder in anderer Weise, auch in Doppel- oder Mehrfach-Bauweise und in Leichtbau-Ausführung (mit Streben, Ausfachungen fachwerkträgerartig ) gestaltet ist, und - daß die Schwinge (4) im Zahnkranzbereich ggf. gegabelt (aufgeteilt) ist.
    7. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schwinge (4) auf ggf. hohlausgeführter, mitbewegter Welle (5), oder ruhender Achse (5), oder befestigt auf einem ein-oder beidseitig eingespanntem Torsions-Federstab (5) drehschwingbeweglich gelagert und abgestützt ist (in bezug auf das Naschinengehäuse).
    8. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - daß die Lagerung zur Führung und Abstützung gegeneinander bewegter Triebwerksteile bei ein- und mehrzylindrigen Schwingkolbenmaschinen (z.B. Pleuel gegen Kolben und Schwinge, Schwinge gegen feststehende Achse, drehschwingbewegte Welle gegen Maschinen gehäuse etc.) ausgebildet ist als hydrodynamisches Gleitlager (z.B. in Form geschlossener oder gerollter Büchsen mit/ohne Bund, ggf. in schwimmender oder wartungsarmer oder wartungsfreier Ausführung bezüglich Gleitraumgestaltung, z.B. als Kettennutenlager, und/oder hinsichtlich des Lagermaterials, oder bauteilintegrierte Lager u.a.m.) oder als hydrostatisches Gleitlager (z.B.
    mit lastseitigen Schmierstoff-Hochdruck-Stützquellen, ggf. mehrfach unterteilt, mit Einzel-Zulaufdrosselung zur Funktionssicherung, auch mit Umgriff etc.) oder als Wälzlager (wie Rollen-, Kegel-, Tonnen-, Kugel-, Nadellager usw., ggf. lebzeitgeschmiert) oder als Schwinglager (z.B. Walzen-, Abrollkanten-, Schneiden-, Prismen-, Spitzen-, Gelenklager u.a.m., auch konstruiert für Beanspruchungsmöglichkeit entgegen der Hauptbelastungsrichtung).
    9. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o. dgl. ) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - daß die Kolben (2), die auf einer oder beiden Seiten der Schwinge (4) (ein- oder beidseitiger Hebel) in gleicher, entgegengesteter oder beiden Richtungen (oder bei Schwinge-Rädern allgemein auch in beliebiger, tangentialer Richtung) wirken, in gemeinsamer und ggf. in parallelen, senkrecht zur Schwinge-Lagerungsachse (5) liegenden Funktionsebenen (im Abstand a' der Zylinderachse (1) zum Drehschwinge-Mittelpunkt) angelenkt sind, und zwar in Einfach-, Doppel- oder Mehrfach-Belegung pro Schwinge-Seite bei entsprechender Schwinge-Bauweise (vgl.Anspruch 6), mit dem Ergebnis von 1-, 2-, 3-, 4-, 6-, 8-, Mehr- oder Viel-Kolben-Schwingelemente, (allgemein n-Kolben-Schwingelement mit n = 1, 2...usw. Kolben).
    10. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dglO) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, - daß alle Kolben (2) an die Schwinge (4) vorzugsweise mit einheitlicher Bemessung der Zylinder (1) und mit gleichgroßem Abstand (a') zwischen Zylinder- und Schwingeachse (51) angelenkt sind (als konstantbleibender Kolben-Kraftarm über dem ganzen Kolbenweg) bei voller Symmetrie am n-Kolben-Schwingelement mit n = 1, 2...usw. Kolben (bau-, kräfte- und momentenmäßig).
    11. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kolben-Anlenkungsabstand (a) zwischen Zylinderachse (1) und Schwinge-Lagerungsachse (5)~im Falle von Pleueln als Gestänge (3) den arithmetischen Mittelwert a' = 2(1 + cosU) aus der halben Schwingelänge a und deren HorizontalproJektion a-cosa beträgt, mit a = halbem Oszillationswinkel (vgl. Fig.1), oder festgelegt wird mit dem Wert a' = a oder alternativ a' = a.cos; mit jeweils entsprechender Auswirkung auf die Drehmomententwicklung, Kolben-Anlagewechsel und auf das Laufverhalten bzw. aen Verschleiß des Tribosysteme: Zylinder/ Ringe/ Kolben.
    12. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 10 u.11, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kolben-Anlenkungsabstand (a') zwischen Zylinderachse (1) und Schwinge-Lagerungsachse (5) im Falle von Zahn- oder Kettenstangen2) als Gestänge (3) und Zahn- oder Kettenrädern als Schwinge (4) folgerichtig den Betrag des Teilkreisradius annimmt: a'= a - 2hK; mit a = Kopfkreisradius und hK = Zahnkopfhöhe.
    13. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, - daß die n-Kolben-Schwingelemente (n= 1, 2...usw. Kolben) von Ein- oder Mehrzylindermaschinen im brennkraftmotorischen Betrieb je nach Wahl des Arbeitsverfahrens (4- oder 2-Takt), der Anzahl und Ausfuhrung (Einfach-, Doppel- oder Gegenform) der Kolben (2) als selbsttätige, mechanische Schwingkreise 1. oder höherer Art (entsprechend der Anzahl gleichzeitiger, sich in der kinematischen Wirkung einander unterstützender Zündimpulse) arbeiten, (allerdings ohne Massenausgleich), mit gesetzmäßigem Drehschwing-Oszillationsrhythmus durch die Verbrennungsverfahrens-Dynamik mit den entgegengesetzten, physikalischen Wirkungen von Eompression (Dämpfung) und Expansion $Impulsfolge) zur Amplitudenumkehr, ggf. unterstützt durch das Schwungmoment der RG-Stufe und durch Federkräfte, unter Nutzung der jeweils umgekehrten Massenwirkung des ganzen Systems (mit Dämpfung der Zünd-Explosion und Unterstützung der Verdichtung, also mit Energiepufferfunktion im Sinne von Schwungradwirkung bei Minderung der Eriebwerksbeanspruchung aufgrund des unmittelbaren Energieflußes zwischen den Kolben). Entsprechendes gilt auch für den Pneumatik-, Hydraulik-oder Dampf-Kraftmaschinenbetrieb mit den das Energiepotential führenden Medien: Druckluft, Drucköl oder Wasserdampf (ggf. überhitzt) u.a.m..
    14. Schwingkolbenmaschine (alternativ m. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, - daß die Federelemente (7), die ggf. zur Unterstützung der Drehschwingbewegung, zur Aufnahme freier Kräfte und Momente (zum teilweisen oder vollkommenen Massenausgleich) und zur Bauteilentlastung des n-Kolben-Schwingelements (mit n = 1,2...usw. Kolben), inkl. ggf. angeschlossener Rotations-Getriebestufe(n) RG, eingesetzt sind, von mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, kombinierter oder sonstiger Bauart sind, ausgelegt als Zug/Druck-, Druck-, Trieb-, Torsion-, Biegefeder o.ä.m., ggf. in regelbarer, druck- und/oder geschwindigkeitsgesteuerter, u.U. auch in zu- u.
    abschaltbarer Ausführung, mit linearer, ggf. progressiver und/ oder variabler Steifigkeitscharakteristik, vorzugsweise mit der Entspannungsphase in der Schwingungs-Nullage, und - daß diese Federelemente (7) am Kolben (2), Gestänge (3), an der Schwinge (4) und/oder Welle (5) oder in sonstiger Weise angelenkt sind.
    15. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dgl¢) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - daß die Federelemente (7) kräftemäßig mit größerem, gleichem oder kleinerem Hebelarm zur Schwinge-Lagerungsachse (5) im Vergleich zum Zylinder-Achsabstand (a') wirken bzw. angelenkt sind, d.h. mit Übersetzung, z.B. direktangreifend oder eingebaut im Kolben (2) (vgl.Fig. 3.2, 9 u.17.2), oder übergeschoben und befestigt an Pleuel oder Zahnstange als Gestänge (3) (vgl.Fig.
    16.1 u.16.2),oer angreifend an Schwinge (4), ggf. mit Verlängerung zur Erhöhung der Feder-Nomentenwirkung (vgl.Fig. 4.3, 12, 15.1, 15.2 u. 15.3), oder als Torsionsstabfeder zur Schwinge-Lagerung und Abstützung, oder an beliebig anderer Stelle des Triebwerks; gleichzeitig u.U. auch zum Ausgleich der oszillierenden Massenkräfte I. uoIIQ Ordg. der i.d.R. einkurbeligen RG-Stufe, (vgl.Fig. 16). (Die Rotationskräfte der RG-Stufe werden in bekannter Weise durch Gegengewichte ausgeglichen).
    16. Schwingkolbenmaschine (alternat. mit Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, - daß solche n-Kolben-Schwingelemente (n= 1,2...usw.Kolben) mit/ ohne Federausrüstung in Einfach-, Doppel- oder Mehrfach-Schwinge-Bauweise, vorzugsweise in einheitlicher Ausführung, in der Anzahl j je nach Leistungsinstallierung und in der Anordnung nach bauseitigem Massenausgleich des ganzen Systems beliebig neben-, unter- und/oder hintereinander gekoppelt sind, vor allem in kombinierter Reihen- und Parallelschaltung, je nach gewünschter Maschinen-Gesamtabmessung bzw. zur Verfügung stehendem Maschinen-Aufstellungs- oder -Einbauraum zur Herstellung vielzylindriger Maschinen bis zu ganzen Verbänden mit höchsten Leistungen (vgl. Fig.6.1, 6.2, 7 u.8), mit/ohne RG-Stufe(n) zum Abtrieb (Kraftmaschine) bzw. Antrieb (Arbeitsmaschine); vornehmlich bezweckt zum Bau von Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren , z.B, in Reihen-, 3oxer-, V- oder anderer Bauart, im 4- od.
    2-Taktverfahren, aus 1-, 2- od.4- allg. n-Kolben-Schwingelemente in gemeinsamer Funktionsebene (vgl. Fig.3 bis 5, 8 bis 11 u.
    13), aber auch zum Bau von 3- und 6-Zylindermotoren, jeweils mit einheitlicher Kolben-Wirkebene, mit zwei und/oder vier Schwingen, mit gewichtsmäßig doppelt ausgelegtem, mittlerem Kolben, bei Zahnstangen-Ausfuhrung mit beidseitig verzahnter, mittlerer Stange zur Direkt-Koppelung der Schwingen (und ggf. der RG-Stufe), bei Pleuel-Ausfuhrung mit Anlenkung der mittleren Kolben an zwei Schwingen, sowie zur Schaffung von Einzylindermotoren in koaxialer Mehr-Kolbenausführung, z.B. als 2- und 4-Kolben-STABMOTOREN (neue Maschinentypen, vgl. Fig. 15 - 17), ggf. erweitert zu z-Kolben-Stabmotore (mit z= 1,2.0.usw.Kolben).
    Dabei gilt hinsichtlich der Bildung selbsttätiger, mechanischer Schwingkreise 1. od.höherer Art (Je nach Anzahl gleichzeitiger, sich überlagernder Bewegungs-Zündimpulse) im motorischen Betrieb (4- od.2-Takt) oder bei anderem Kraftmaschinenbetrieb (z.B. als Hydraulik-, Pneumatik- oder Dampfmotor) Entsprechendes wie für das Einzel-n-Kolben-Schwingelement (n = 1,2...usw.Kolben), vgl.
    Anspruch 13, mit dem Unterschied eines iod.R. vollen Massenausgleichs des Systems, ggf. sogar pro Zylinderachse (im Falle gegenläufiger Kolben), also bauseitig ohne Federelemente (ausgenommen RG-Stufe). Eingesetzte Federn wirken hier bauteilentlastend im Sinne größerer DimensionierungO 17. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, - daß n-Kolben-Schwingelemente (n= 1,2...usw.Kolben) direkt und/ oder indirekt miteinander gekoppelt sind, und - daß ggf. die Schwinge (4) werkstückmäßig identisch ist mit Koppelungsrad (6) zur Vereinfachung der Maschinenbauweise,(vgl.Fig.
    5.3, 7, 8 u.13.2); direktgekoppelt z.B. mit Hilfe von z.B. gerad-, schräg-, pfeil-, bogen- oder schraubenverzahnten, kämmenden Zahnkränzen an den Schwingen(4), (vgl. Fig. 3.1, 4.1, 4.3, 5.1, 13.1, 13.2, 15.1 u.
    15.2) und/oder indirekt gekoppelt z.B. mittels Stirn- und/oder Kegelzahnrädern (ggf. nur mit Teilumfang bzw. Zahnkranzsegment), kraftschlüssig aufgesetzt (z.B. verkeilt) auf den Schwinge-Wellen (5), (vgl.
    Fig.8, 9, 14, 17.1 um1703) oder befestigt an den Schwingen (z.B.
    bei Lagerung auf ruhenden Wellen oder Torsionsstabfedern), (vgl.
    Fig.3.2, 4.2, 4.4, 5.2 u.5.4), oder mit Kupplung (10) über die Schwinge-Welle (5), (vgl. Fig.6.1 u.6.2); ggf0 zusätzlich oder ausschließlich gekoppelt mit endlichem und/ oder endlosem Ketten- und/oder Riementrieb (alternativ auch verzahnt) u.ä.m. mit gleicher bzw. wechselseitiger Umschlingung der Riemenscheiben (6, 6'), (vgl. Fig. 17.2), Zwischenräder (8), (vgl.
    Fig.11) und/oder Schwingen (4), (vgl. Fig.10),bei gleichem bzw.
    entgegengesetztem Bewegungssinn, (ggf0 in Doppel- oder Mehrfach-Ausführung).
    18. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, - daß die ggf. zum Abtrieb (bei Kraftmaschinen) nachgeschaltete bzw. zum Antrieb (bei Arbeitsmaschinen) vorgeschaltete, vollumlaufende, nichtdurchschlagende Getriebestufe (mit entsprechender Schwungmasse) ausgeführt ist, z . B. in Ableitung aus der allgemeinen Getriebe-Viergelenkkette in der Bauform als mittige Schubkurbel, zentrische Kurbelechwinge, Bogenschubkurbel, umlaufende Kurbelschleife u.a.m., - daß diese Rotations-Getriebestufe (RG) als ein in die Schwingkolbenmaschine integriertes oder angebautes, u.U. getrennt gefertigtes oder einsatzseitig am anzutreibenden Aggregat vorhandenes Maschinenelement gestaltet ist, - daß die RG-Stufe an einem oder mehr n-Kolben-Schwingelementen oder an deren Schwinge-Wellen (5) angelenkt ist, (vgl. Fig. 12.1 bis 12.5), - daß dieser RG-Stufe ggf. ein z.E. wälzgelagerter Kreuzkopf pleuelanlenkungsseitig vorgesetzt ist , (z.B. bei zentrischer Kurbelschwinge bzw. Bogenschubkurbel), und - daß die RG-Stufe ggf. durch Federelemente (7) teilweise oder ganz bezüglich oszillierender Massenkräfte ausgeglichen ist.
    19. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, - daß bei höherzylindrigen Maschinen, bestehend aus zwei oder mereren, direkt und/oder indirekt gekoppelten n- Kolben-Schwingelemente (n = 1,2...usw. Kolben) ggf. aus Beanspruchungsgründen zwei oder mehrerer, solcher, vorzugsweise gleicher Rotations-Getriebestufen RG (mit Schwungmassen) Verwendung finden, - daß diese RG-Stufen dann vorzugsweise in einer Kinematikebene angeordnet sind (möglichst zusammenfallend mit der Kolben-Sunktionsebene) zur Vermeidung von Torsions- u. Biegemomenten, - daß diese RG-Stufen im Gegen- oder Gleichlauf betrieben werden (zum selbständigen Massenausgleich), wobei sich im ersten Pall zwei verschiedene Drehrichtungen (z.B. im Abtrieb) ergeben, und - daß diese RG-Stufen ggf. zusammengeschlossen sind, bei Gleichlauf z.B. mittels Ketten- und/oder Riemtrieb (auch verzahnt), bei Gegenlauf z.B. mittels Zahnradtrieb (Zwischenrad).
    20. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach den Ansprüchen 18 u.19, dadurch gekennzeichnet, - daß die RG-Stufe im größeren, kleineren oder gleichen, konstantbleibenden Abstand (a') zur Dreh-Schwinge-Lagerungsachse (5) als die Kolben (2) bzw. Zylinderachsen (1) angelenkt ist, wodurch verschiedene Ubersetzungsverhältnisse (der Leistung) entsprechend den Anforderungen des Maschineneinsatzes und zur Variation der Schwungmassenwirkung der RG-Stufe hergestellt werden können, (vgl. Fig.12.3, 13.2 u.14), und - daß ggf. RG-Stufen verschiedener Baugröße mit unterschiedlichen Übersetzungen an einem Schwingkolbenmotor angeschlossen sind (im Gegen- oder Gleichlauf), um verschiedene Motor-Abtriebsbedingungen gleichzeitig herzustellen.
    21. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, - daß RG-Stufen so konstruiert und gebaut sind, daß ihr Anlenkungs-Abstand und damit das Übersetzungsverhältnis (zwischen den Kinematik-Bereichen der Oszillation und Rotation) von Schwingkolbenmaschinen im Stillstand oder ggf. auch im Maschinenlauf verändert werden kann, inklusive entsprechender Verstellung des Hubs und der Wellenachslage der RG-Stufe(n) in bezug auf den jeweiligen Drehschwinge-Mittelpunkt.
    22. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, - daß n-Kolben-Schwingelemente (mit n= 1,2...usw. Kolben), (Teil-Triebwerke), einer oder verschiedener Maschinen, insbesondere bei Schwingkölbenmotoren mittels RG-Stufe(n) zusätzlich oder ausschließlich gekoppelt sind, (vgl. Fig. 12.5 u.17.2), und - daß diese Koppelung ohne Varschiebung in der Schwingungsphase oder mit Phasenverschiebung (bei ausschließlicher Koppelung) erfolgt. Letzteres bewirkt einen gleichförmigeren Drehmomentenverlauf im Abtrieb bei Schwingkolbenmotoren.
    23. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, - daß der Motor-Leistungsabtrieb bei Ein- und Mehrzylindermaschinen (auch in kombinierter Bauweise und in Mehrkolben-Ausführung pro Zylinder) direkt, d.h. vor der Rotations-Getriebestufe RG bei unveränderlichem Kolbenkraft-Hebelarm, entweder ausschließlich (bei leer mitlaufender RG-Stufe, ggf. auch ganz ohne diese) oder zusätzlich zur RG-Stufe (zu gleichen oder verschiedenen Teilen) mit Hilfe von Freilaufrädern bzw. -kupplungen erfolgt, (in Wellenrechtslauf-Freilauf- und/oder Wellenlinkslauf-Freilauf-Ausführung, z.B. in Form von Überhol- oder Momentenkupplungen oder Reibgesperren, wie Klemm- und Rollengesperre, oder reibungsschlüssiger Kupplungen, Selbsthenirnungs-Bremsarten oder hydraulischen Kupplungen, z.B. mit scharnierartigen Eingriffsflügeln u.a.m.), ggf. in Verbindung mit einem Plüssigkeitsgetriebe bzw. Strömungswandler zur Verbesserung der Bewegungsgleichförmigkeit, und zwar z.B. durch Direktabgriff von auf (ruhenden) Achsen (5) oder orsionsstäben (5) gelagerten n-Kolben-Schwingen (4), (vgl. Fig 13.1 als Beispiel für ausschließlichen Freilauf-Leistungsabtrieb bei mitlaufender RG-Stufe), oder über (mitschwingende) Maschinenwelle (5), (vgl. Fig. 13.2 u.17.2 als Beispiel für zusätzlichen Freilauf-Leistungsabtrieb zur RG-Stufe), - daß der Motor-Leistungsabtrieb mittels Freilaufrädern bzw. -kupplungen mit oder ohne tibersetzung (z.B. durch Zahnräder, Ketten-oder Riementrieb, ggf. auch verzahnt u.a.m.) erfolgt, - daß die Bremswirkung des Schwingkolbenmotors z.B. im Fahrzeug-Schubbetrieb bei Gebrauch einer Freilauf-Einrichtung ggf. über die RG-Stufe sichergestellt ist, (die bei ausschließlichem Freilauf-Leistungsabtrieb eine weitere Freilaufkupplung hinter der Schwungscheibe aufweist), und - daß die ohne/mit Leistungs-Abtrieb mitlaufende RG-Stufe (mit Schwungmasse) die Beifunktionen erfüllt: Bewegungssynchronisierung, Triebwerksverriegelung beim Zünden, frequenz- und massenkraftunabhängige Kolben-Totpunktfestlegung inkl. Kompressionsgrad (zur Gewährleistung gleichbleibender Maschinencharakteristik über dem ganzen Motorfrequenz-Drehzahlbereich).
    Ziel der Freilauf-Einrichtung ist eine bessere Ausnutzung der aus dem Verbrennungs-Umwandlungsprozeß (chemisch/mechanisch) erfindungsgemäß mit weit weniger Verlusten gewonnenen Kolben-Bewegungsenergie, unabhängig von der veränderlichen Hebelgeometrie der RG-Stufe. (Eine Drehmoment-Abhängigkeit besteht dann nur noch hinsichtlich der abnehmenden Expansions-Gaskraft).
    24. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, - daß die Leistung im Zustand der Drehschwingbewegung, also unmittelbar im Oszillations-Kinematikbereich direkt an der Schwinge (4) oder an der Welle (5), ohne Freilauf-Einrichtung (und ohne/ mit leer mitlaufende RG-Stufe) an der Maschine abgenommen (Motorversion) bzw. zugeführt wird (Pumpenversion), und zwar mit/ ohne Übersetzung, zum Direktanschluß von Maschinen, Geräte, Einrichtungen mit hin- und hergehenden Arbeitsbewegungen, wie Sägen, landwirtschaftliche Maschinen u.a.m., auch zum unmittelbaren Zusammenkoppeln zweier oder mehrerer, gleicher oder verschiedener Schwingkolbenmaschinen (Motor/Motor, Pumpe/Pumpe bzw. Motor/Pumpe ohne Zwischenschaltung von RG-Stufen oder Freilaufkupplungen), sowie zur Funktionsbewegung z.B. von Flügelschwingen neuartiger Flugapparate mit Schwingkolben-Motorantrieb u.a.m.
    25. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln, E-Ankern 0. dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, - daß Jeweils ein oder mehrere Schwingkolbenmotoren,Schwingkolbenpumpen und/oder Schwingkolben-Luftverdichtern (ein- oder mehrstufig) und/oder E-Schwing-Generatoren als integrierte, verbrennungswärmeisolierte Maschineneinheit gebaut sind, arbeitend in gleicher oder verschiedenen Kinematikebenen auf gemeinsame oder verschiedenen Aggregatwellen, (vgl. Fig. 14), mit Einrichtung zweier oder mehrerer getrennter Druck-Kreisläufe für gleiche od.
    unterschiedliche Medien, - daß die interne Anlenkung des Arbeitsmaschinenteils mit oder ohne Übersetzung geschieht, und - daß ggf. bestimmte Pumpenzylinder dieser integrierten Maschineneinheit, symmetrisch zur Drehschwingeachse (5) angeordnet, mit gleicher oder unterschiedlicher Bemessung wie die Motorzylinder, im geschlossenen Raum Luft oder Gas komprimieren, ggf. auch im Verdichtungsgrad und frequenzabhängig gesteuert, zur zusätzlichen oder ausschließlichen System-Abfederung (z.B. zur Abstimmung im Resonansbetrieb) und zum Massenausgleich; (bei Dieselmotoren einfach zu realisieren durch zeitweise Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung), und - daß das Kreislauf-Medium ggf. die Kühlfunktion für den Verbrennungsmotorteil mitübernimmt.
    26. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, - daß die wichtigsten Triebwerksteile, wie Zylinder (1), Kolben (2) mit Ringbestückung, Pleuel oder Zahnstange (5), Schwinge (4), Kolben- und Pleuelboleen usw., in Einheitsgröße (in bestimmter Abmessung und Ausführung) für mehrere Maschinen-Le i.stungsklassen nach dem Baukastenprinzip verwendet werden, aufgrund beliebiger Anbaumöglichkeit von n-Kolben-Schwingelementen (n= 1,2...usw.
    Kolben) nach Anzahl und Anordnung zur Maschinen-Leistungsaufstockung, sodaß Motoren-Herstellerfirmen zukünftig ihre verschiedenen Aggregat-Baureihen (Motorenprogramm) weitgehend mit gleichen Triebwerks-Bauteilen fertigen bzw. montieren können (mit Ausnahme der RG-Stufe und Abtriebswelle), gleichbedeutend mit enormen Produktionsvereinfachungen und Kostenverbilligungen.
    27. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln, E-Ankern 0. dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, - daß bei Mehrzylindermaschinen, insbesondere bei n-Kolben-Schwingelementen (n = 1,2.0.usw. Kolben) direkt und/oder indirekt gekoppelt (als mechanische Schwingkreise höherer Art mit zwei oder mehreren gleichzeitigen, sich im Bewegungsimpuls überlagernden Zylindern), einzelne vorzugsweise koaxiale Kolbenpaare mit Zahnstangen-Gestänge (3) und Zahnrad-Schwinge (4), (bei Massenausgleich infolge Gegenläufigkeit, ggf. auch durch Feder-Gegenkräfte) oder ganze Teil-Triebwerke bzw. n-Kolben-Schwingelemente (bei bauseitigem, selbständigem Massenausgleich) bei entsprechender'Anlenkungs- bzw. Kupplungsvorkehrung zeitweise aus dem Betrieb genommen und wieder zugeschaltet werden je nach Leistung bedarf, (vgl. Fig.9, 5.3 u.5.4); von wirtschaftlicher Bedeutung z.B. beim Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen und in der Binnenschiffahrt zur Leistungsanpassung bei Berg- und Talfahrten bzw. in der Ebene (im be- und entladenen Zustand), aber auch z.B. bei Verdichter-Kreisläufen zur Optimierung chemischer Verfahrensprozesse; benannt als zeitliche Kolbenstillegung und als zuschaltbare Leistungsreserve zur Kraftstoff-Verbrauchsminimierung (durch weniger Ladungswechsel, reduzierten Kolben-Bewegungsenergieaufwand, inkl. geringere Ventilationsverluste, sowie verminderte Reibung und Verschleiß) durch Optimierung des Leistungsangebots.
    28. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, - daß Einzylinder-Aggregate in Mehrkolben-Ausführung gebaut sind, z.B mit zwei (koaxialen) Kolben im Gegenlauf (vgl. Fig. 15.1 bis 15.3) oder ggf. im Gleichlauf (bei Gegenausführung und zumindest teilweisem Massenausgleich mittels Federkraft, (vgl. Fig.16.1 u.
    16.2),vorzugsweise im 2-Taktverfahren arbeitend, oder mit vier (koaxialen) Kolben in doppelter Gegenausführung, d.h. paarweise im Gegenlauf, (vgl. Fig.17.1 bis 17.3), im 2- oder 4-Takt, i.d.R.
    mit RG-Stufe, und - daß solche, platzsparende Einzylindermotore in Mehr-Kolbenausführung als Fahrzeugantrieb (z.B. bei Personenwagen, Lastkraftautos, Boote u.a.m.) Verwendung finden mit der Einsatzmöglichkeit flacherer, strömungsgünstigerer Karosserie-Frontpartieformen.
    Dieser neue Maschinentyp (2-, 4- oder allg. z-Kolben-SUABMOOR) eröffnet durch extrem kleines Leistungsgewicht (kg/kW) bzw. hohe Bauraumleistung (kW/m3), vor allem durch besonders geringen Kraftstoffverbrauch (g/kWh) vielseitige, neue Lösungs- und Verwendungsmöglichkeiten bei mobilen, z.T. heute noch manuellen Arbeitsoperationen bzw. Mechanisierungsproblemen (im Sinne des weiteren Fortschritts).
    29. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, - daß Einzylinder-Aggregate in Mehrkolben-Ausführung (2-,4- oder allg.z-Kolben- StABMOlORE) zu größeren Leistungseinheiten (sog.
    Batterien) zusammengekoppelt sind, durch Anbau einer oder mehrerer, vorzugsweise gleicher Maschinentypen in koaxialer Richtung und/oder paralleler Anordnung und/oder winkliger Stellung Je nach Einsatzzweck und Raumverhältnissen, - daß dieser Anbau teilweise oder ganz (auch abschnittsweise) als zu- und abschaltbare Leistungsreserve ausgelegt ist, und - daß diese freie Verfügbarkeit hinsichtlich Abmessung und Anordnung einer gesamten Schwingkolben-Kraftmaschinenanlage bezüglich beliebiger, geometrischer Form bzw. Gestalt (z.B. als Dreieck, Pyramide, Quadrat, Quader, Vieleck, Zylinder, Kegel etc.), zusammengesetzt aus einzelnen,vorzugsweise gleichen Stabmotoren als Elemente wirtschaftlich zugleich mitgenutzt ist zum Bau von Maschinen- und Fahrzeuggestellen (Chassis, Aufbauten u.ä.m,), also zum Skelettbau, u.U. zur Produktion bzw. Entwicklung-neuartiger Fahrzeuge, Maschinen, Geräte inklusive Plugapperate.
    30. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach den Ansprüchen 28 u.29, dadurch gekennzeichnet, - daß Einzel-Stabmotore mit einem 'Winkelknick' in der Zylinderachse, symmetrisch zur Maschinenlänge, gebaut sind, (allerdings mit Beeinflussung des Massenausgleichs, ggf. durch Pederkräfte kompensiert), z.B. bei 4-Kolben-Motoren zur besseren Zugänglichkeit für den Ventiltrieb der innenliegenden Kolben und bei 2-Kolben-Motorausführungen zur Anordnung des Ventiltriebs auf einer Seite der Maschine für beide Kolben.
    31. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, - daß die Mehrzylinder- und Einzylinder-Motorbauweise kombiniert ist zur Erzielung höchster Leistungsdichte, verwirklicht durch Mehrzylindermaschinen in Mehrkolben-Ausführung pro Zylinder (2-, 4- allg. z-Kolben-Bauweise). Entsprechendes gilt auch für Schwingkolben-Arbeitsmaschinen.
    32. Schwingkolbenmaschine (alternativ m.Stempeln, E-Ankern o.dglO) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß Einzylinder- und Mehrzylindermaschinen (auch in kombinierter Bauweise und in Mehrkolben-Ausfuhrung pro Zylinder) nach Mas--se und Pedersteifigkeit so abgestimmt und betrieben werden, daß die Frequenz der Schwingungserregung des Triebwerks durch den Kraftstoß des zündenden Kolbens (Motorversion) bzw. durch den Maschinenantrieb (Pumpenversion) mit der System-Eigenfrequenz I. od.höheren Grads (bei i Massen, i-1 Prequenzen) praktisch übereinstimmt oder ein ganzzahliges Vielfaches bzw. Teil davon beträgt, d.h. daß die Maschine im Resonanzzustand mit der Eigenschwingungszahl des Triebwerks als schwingungsfähiges System arbeitet (bei 1/4- Perioden-Erregervoreilung) mit ganz besonders wirtschaftlichem Betrieb aufgrund minimalem System-Energiebedarf (Erregerarbeit = Dämpfungsarbeit);(Mechanischer Schwingkreis mit physikalischer Identität von Funktions- und Eigenschwingung hinsichtlich Elongation); amplitudengedämpft durch die Kolbenverdichtung und -Reibung, sowie ggf. durch die nach- bzw. vorgeschaltete RG-Stufe, und - daß eine Geschwindigkeits-Regelung im Motorbetrieb ggf. abtriebsseitig erfolgt.
    Bei Resonanz-Schwingkolbenmotoren wird man diejenige System-Schwingungszahl als Arbeitsfrequenz bevorzugen, die im Optimumsbereich der auch durch andere Einflußfaktoren bedingten Kraftstoff-Verbrauchskurve der Maschine liegt, mit ggf. erforderlicher Geschwindigkeitsanpassung durch Getriebeübersetzung. In Betracht kommende Einsatzfälle sind: z.B. Maschinenanlagen für Kraft-, Pumpen-, Heizwärme-, Generator-Stationen u.a.m.
    33. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o. dgl0) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, - daß die Triebwerks-Federausrüstung bzw. -charakteristik der Maschine mit variabler, nach der Schwingungserregung gesteuerter oder allgemein regelbarer Steifigkeit ausgelegt ist, sodaß ein energiesparender Maschinenbetrieb im Resonanzbereich der Eigenfrequenzen innerhalb bestimmter Feder-Steuergrenzen möglich ist; realisiert z.B. mit Hilfe von Luft- und/oder Gas-Federelementen, ggf. zu- und abschaltbar, mit Drucksteuerung bzw. -regulierung nach Geschwindigkeit (Frequenz), Massenkraftwirkung und Eompressionsgrad u.w.m.
    34. Schwingkolbenmaschine (alternat. in. Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, - daß das auslegungsmäßige Arbeitsverfahren (4- oder 2-Takt) im Motorbetrieb (mit Triebwerk aus einem oder mehreren n-Kolben-Schwingelementen mit n = 1, 2...usw. Kolben als mechanischer Schwingkreis höherer Art mit mehreren, gleichzeitigen, sich in der Bewegungstendenz unterstützenden Zündimpulsen) im Teillastgebiet vorzugsweise an einzelnen Zylindern oder an der ganzen Maschine zeitweise auf ein Mehr-Taktverfahren mit entsprechend vielen Leerlauf-Zwischentakten mit blosen Buftwechseln (oder Luftkompression zur System-Abfederung bzw. schwingungsmäßigen Abstimmung) umstellbar ist, mit partieller Abschaltung der Kraftstofzufuhr und Zündung, ggf. mit entsprechend variabler Ventilsteuerung, bei den betreffenden Zylindern; bezeichnet als periodische Motor-Arbeitsverfahrens-Erweiterung (ausgehend vom 2- bzw. 4-Takt auf eine allg. ausgedrückte t-Taktarbeitsweise) zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs durch Anpassung der Leistung an den jeweiligen Bedarf.
    35. Schwingkolbenmaschine (alternat. in. Stempeln, E-Ankern 0. dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, - daß der Anlaßvorgang bei kleinen und mittleren Motorausführungen (z.B. zum Antrieb von Fahrzeugen aller Art) ggfO mittels einfacher, manuell zu betätigender Hebel-Vorrichtung bewerkstelligt wird, bei Einsparung des i.a. üblichen Anlaßers (E-Motor mit Ritzel-Getriebeübersetzung zur Kupplungs-Schwungscheibe), indem die ggf0 abgefedertenTriebwerks-n-Kolben-Schwingelementen (n = 1, 2...usw. Kolben) aus der Schwingungs-Nullage in die Kolben-Endstellung gebracht werden.
    36. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, - daß ggf. der Wärme-Kühlverlust von Ein- und Mehrzylindermotoren (auch in kombinierter Bauweise und in Mehrsolben-Ausführung pro Zylinder) durch ein gegenüber dem heutigen, technischen Stand höheres Temperaturniveau (zeitlicher Mittelwert) der Zylinderwände bzw. Motorkühlung (wegen weit geringerer, thermischer Belastung der Zylinderlaufflächen durch stark reduzierte Kolbenreibung infolge Wegfall hoher Gleitbahndrücke bzw. Seitenkräfte) gesenkt ist, wodurch die Wärme-Energiebilanz hinsichtlich der Kraftstoffausnutzung weiter verbessert wird; z.B.
    verwirklicht durch Anhebung der mittleren Kolben- und Zylindertemperatur vom derzeit i. a. üblichen Kühlwasser-Dampf-Zustand von ca, 11000 (3830K) auf etwa 150...2000C (423...473 0K) durch Zu- oder Einsatz höhersiedender Kühlflüssigkeiten, z.B. Glycerin mit einem Siedepunkt von 2900C (563°K) und der spezifischen Wärme von 0,58 kcal/kgoC (2,42 kJ/kgOK). Turboaufgeladene Motoren eignen sich für diese brennraumtechnische Weiterentwicklungsmaßnahme besser als Saugmotoren wegen Nichtbeeinflussung des Füllungsgrads. (Der fortgeschrittene Entwicklungsstand heutiger, hochtemperaturbeständiger Motoren-Schmieröle läßt im übrigen diesen Schritt zu).
    37. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dglO) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, - daß nach dem Oszillations-Konstruktionsprinzip des Anmeldungsgegenstandes (vgl. Anspruch 25 betreff integrierte Maschineneinheiten) kommutatorlose E-Gleichstrom-Schwinggeneratoren, möglichst direktangetrieben von einer Schwingkolben-Verbrennungskraftmaschine, sowie kommutatorlose E-Gleichstrom-Schwingmotoren mit hin- und hergehender Ankerbewegung gebaut sind (in Ein- und Mehrsektionsbauweise), im Unterschied zum Stand der Technik heutiger E-Gleichstrommaschinen ausschließlich mit Rotor-Ankern.
    Wegen linear-translativer Eintauchbewegung geschlossener Ankerwicklungen bzw. -windungsspulen ins Stator-Magnetfeld ohne Anker-Spulenwendung, d.h. ohne Durchlauf neutraler Beldzonen beim Hin- und Rückgang induzieren die erfindungsgemäßen E-Schwinggeneratoren unmittelbar Gleichstrom ohne Erfordernis eines Kommutators inkl. Schleifringe zur Stromwendung und Ableitung vom Rotor-Anker; im Gegensatz dazu induzieren die bekannten E-Gleichstrommaschinen primär Wechselstrom und machen deshalb eine solche Kommutator-Schleifring-Ausrüstung notwendig, und zwar generator- als auch motorseitig, also zweimal, die erfahrungsgemäß störungs- und verschleißanfällig (mit Neigung zum Rundfeuern) sowie verlustbehaftet und fertigungskostenaufwendig ist und die mit der maximal zulässigen Segmentspannung von c 20 Volt zwischen zwei Stromwenderstegen eine bautechnische Grenze für heutige Gleichstrommaschinen darstellt hinsichtlich realisierbarer Spannungshöhe bei einigermaßen großen Leistungen.
    (Anwendungsbeispiele für E-Gleichstrom-Schwingmaschinen sind elektrisch-gesteueri Positions-, Stell- und Arbeitsbewegungen, z.B. im Werkzeugmaschinenbau und bei Betätigungs-Einrichtungen.) 38. Schwingkolbenmaschine (alternat. m.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, - daß zwei oder mehrere, solcher E-Gleichstrom-Schwinggeneratorenphasenverschoben in der Bewegung miteinander gekoppelt und geschaltet sind zur Fortsetzung der Spannungsrzeugung (Induktion-) über die Schwinganker-Umkehrpunkte (singuläre Stellen) hinweg.
    Entsprechendes gilt auch für E-Gleichstrom-Schwingmotoren als Antriebsquelle.
    (An den von kommutatorlosen E-Schwinggeneratoren erzeugten Gleichstrom können auch herkömmliche E-Motoren (mit Rotor-Ankern und Schleifringe) angeschlossen werden.) 39. Schwingkolbenmaschine (alternat. m. Stempeln,E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges' Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 38, insbesondere nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, - daß zum Antrieb von Fahrzeugen aller Art (wie Lastkraftwagen mit/ohne Anhänger, Omnibusse, Zugmaschinen, Personenwagen, aber auch Schiffe, Flugapparate u.a.m.) ein Schwingkolben-Verbrennungsmotor seine Leistung teilweise oder ganz auf eine ggf..regelbare Pumpe gibt, insbesondere in der Ausführung als integrierte, wärmeisolierte Maschineneinheit mit Direktkoppelung einer Schwingkolbenpumpe (vgl. Fig.14) deren erzeugter Kreislauf-Mediumsdruck (z.B. von Öl, Wasser-Öl-Emulsion oder anderen Druckflüssigkeiten, auch Luft o.a.m.) einen nach Drehzahl, Drehmoment, Druck, Schluck- bzw. Fördermenge usw. möglichst stufenlos regelbaren und nach der Drehrichtung umsteuerbaren, fernbedienten Hydraulik- oder Pneumatikmotor antreibt, (z.B. ausgeführt als Axialkolben- oder Flügelzellenmotor mit innerer oder äußerer Beaufschlagung, u.U. auch in Schwingkolben-Bauart), - daß dieses Aggregat als Antriebsquelle an den zu treibenden Achsen bei Kraftfahrzeugen, ggf. zusätzlich auch bei Anhängern, (bei Motorwagen-Hinterachsen z.B. vor dem Ausgleichsgetriebe am Differential) und bei Schiffen und Plugapparaten vor der Schraube (Propeller, Rotor) sitzt, - daß diese Kraftübertragungsart (mit Hydraulik-Motor mit Pumpen-oder Verbundregelung, u.U. mit t;bersetzungsstufen) ggf. zugleich die kupplungs-, getriebe-, antriebs- und bremstechnischen Funktionen mitübernimmt, d.h. bei Kraftfahrzeugen zur Einsparung der Kupplung, des i.a. üblichen, mechanischen Getriebes oder Flüssigkeitsgetriebes, der Kardanwelle und der gesamten, konventionellen Betriebs-Bremsausrüstung (nicht der Standbremse) führt, bei Schiffen zur Einsparung des bauaufwendigen, mehrfachgelagerten Antriebs-Wellenstrangs, - daß diese Triebwerks-Einrichtung bei Bremsvorgängen die Bewegungsenergie des Fahrzeugs (kinetische Energie) weitgehend zurückgewinnt durch Umschaltung des Hydraulik-Motors (bei Leerlaufstellung des integrierten Schwingkolben-Verbrennungsmotors und Nullstellung der Pumpe) auf Pumpenbetrieb, jetzt angetrieben durch den Fahrzeugschub über die Achsen mit Förderung gegen einen (ggf. steuerbaren) Druckspeicher als geschlossenes System, dessen Potential nachfolgend wieder antriebsmäßig über den Hydraulik-Motor genutzt wird, gleichbedeutend mit erheblicher Kraftstoff-Verbrauchsminderung im Personen-, Nutzfahrzeug- und Schwerlastverkehr (v.a. im volkswirtschaftl.Maßstab gesehen), u.
    - daß der Kreislauf-Mediumsdruck für Betätigungs- und Steuervorgänge aller Art am Fahrzeug technisch eingesetzt wird, z.B. zur Druckversorgung hydrostatischer Lagerstellen.
    40. Schwingkolbenmaschine (alternatOm.Stempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, - daß dieselbe technische Antriebslösung (inkl. Schubenergie-Rückgewinnung) analog auf elektrische anstatt hydraulische Weise durch Verwendung von E-Gleichstrom-Schwinggenerator und -motor verwirklicht ist.
    41. Schwingkolbenmaschine (alternat. mOStempeln, E-Ankern o.dgl.) und zugehöriges Bausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, - daß das Pleuelgestänge (3) mit Stangenverhältnissen von 1/1,5 bis 1/2 ausgeführt ist; (bezog.halber Hub H/2 auf Pl-Länge 1).
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