DE3331404A1

DE3331404A1 - Freikolbenmotor zur drehmomenterzeugung

Info

Publication number: DE3331404A1
Application number: DE19833331404
Authority: DE
Inventors: Hans 6100 Darmstadt Rähmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1985-03-21

Description

FREIKOLBENMOTOR ZUR DREHMOMENTERZEUGUNG
Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor zur Drehmomenterzeugung, genauer gesagt, einen kurbellosen Kolben-Antriebsmotor, der den Freikolbenmaschinen zuzuordnen sein wird.
Bis jetzt schien es nicht möglich zu sein, mit einem Freikolbenmotor ein Drehmoment zu erzeugen (E. Cernea "Freikolben-Verbrennungskraftmaschinen" Verlag Technik Berlin 1963 und die Stelzer-Informationen u.a. "Alle reden vom Stelzer" PRODUKTION v. 28.7.83). Trotz des bestechend hohen thermischen Wirkungsgrades von über 90% wurde damit bisher nur Treibgas gewonnen, das erst in einem zweiten Aggregat, einer Expansionamaschine, zE. einer Heißgasturbine, in ein praktisch brauchbares Drehmoment umzuwandeln war. Durch den doppelten Aufwand wurde ein Freikolbensystem gegenüber einem Verbrennungsmotor weniger attraktiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kurbelwellenlosen Antrieb zu schaffen, der die Nachteile eines Kurbeluellenmotors vermeidet und die Vorteile eines Freikolbemmotors beinhaltet, vor aller zwei Aggregate vermeidet und mit einem Motor rel. leichter Bauart einen ruhigen vibrstionsarmen Lauf mit hohem Wirkungsgrud bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß zur Umsetzung von Druckensrgle in eine rotierende mechanische Kraft nicht, wie heute üblich, ein Kurbeltrieb, sondern eine Zahnstangen-Freilauf-Einheit bestimmter Anordnung verwendet wird.
Zahnstangenantriebe sind an sich schon lange bekannt, so die von Otto und Langen angewendeten, die jedoch heute so gut wie völlig aus der Antriebstechnik von Motoren verschwunden sind. Der grund defur lag neben den damligen unzureichenden Bauteilen, wie Freiläufe und Kugellager, vor allem daran, daß diese Zahnstangenentriebe in den noch in Entwicklung befindlichen Explosionsmotoren angewendet wurden, die sehr hart liefen, sehr laut waren und hohen Verschleiß zeigten.
Unter anderen Aspekten lassen sich diese Nachteile mindern.
Die Zahnstangenfreilaufmotore haben an sich gegenüber Kurbelwellenmotoren wesentliche Vorteile: Dadurch, daß keine großen Unwuchten auftreten, wie sie durch einen Kurbeltrieb bedingt sind, sondern nur eine geradlinige hin- und her-gehende Bewegung mit rel. guten Massen- und Kräfts-Ausgleich, sind die Vibrationen weitaus geringer. Da auch keine Totpunkte zu Uberwinden und deswegen keine Schwungnasse gebraucht wird, kann die Nasse der motore niedriger gehalten werden; Das Leistungsgewicht der Antriebsanlage wird günstiger. Und werden diese Motors weich beaufschlagt, zB.
durch eine verzögerte und verlängerte Dieseleinspritzung, laufen diese Motors noch ruhiger. Das Betriebsverhalten entspricht mehr dem eines Freikolbenmotor8, was er im Prinzip auch ist.
Die hier gezählte Anordnung von Zahnstange und Zahnradübertragung über den Freilauf gewährleistet stets einen sicheren Eingriff der Zahnräder,auch bei hohen Wellenbelastungen. Diese können zudem durch Einsetzen von mehTersn Zahntriebpaarungsn noch besser aufgefangen werden. Ein weiterer Vorteil der hier beanspruchten Vorrichtung ist, daßtei der Anordnung von mehreren Freilaufmotoreinheiten auf einer Welle das Zuschalten bzw.
Abschalten im zement nicht gebrauchter Einheiten möglich ist.
So wenn zB. eine Freilauf-Einheit mit Dieselbetrieb als Grundlastversorger und durch anwerfen eines größeren Motors Spitzenleistungen entnommen werden können, die beispielsweise mit Speicherdruckgas betreibbar sind.
Weiter von Vorteil ist die freiere Ges/taltbarkeit gegenüber einem Kurbelmotor, da keine Rücksicht auf ein Kurbelgehäuse genommen werden muß. Kolbenhub und Kolbendurchmesser sind in weiteren Grenzen wählbar.
Aus.führungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 Eine Seitenansicht des Motors in Richtung der Abtriebsuelle (1).
Fig. 2 eine entsprechende Draufsicht und Fig. 3 mögliche Kombinationen verschiedener Antriebssysteme.
Fig. 4 und 5 zeigen mögliche Zahnkranz-Zahnstangen-Zuordnungen.
In Fig.1 ist die Anordnung der Zahnstangen(2) in Form eines Zahnstangenkäfigs(3) um die auf der Abtriebsachse(1) sitzenden mit Zahnkränzen(8) versehenen Freiläufe(4). Im Zahnstangenkäfig(3)sind die Zahnstangen(2) in Endscheiben(5) befestigt, an die wiederum die Kolbenstangen(6) der Druckkolben(7) angebracht sind.
In Fig.2 ist die Anordnung der Zahnstangen(27 um die Freiläufe (4) dargestellt, von denen mindestens eine im Unterzug und eine im Oberzug an jeweils einen gesonderten Fr6ilaufzahnkranz(8) eingreifen. eine Zahnstange auf einem ähnlich dem Freilauf mit Zahnkranz laufenden Stutzlager(9) laufend, ergänzt, wenn nur zwei Fr3iläufs(4) gegeben sind, den Zahnstangenkäfig zu einer kippsicheren Einheit, die einen kraftschlüssigen Zahneingriff gewährleistet.
In Fig.3 ist die Anordnung mehrerer solcher Freilaufeinheiten(1O) die aber in Größe/und/oder Betriebsart, dh. als Verbrennungsmotoreinheit(11) oder als Druckexpansionsmotor(12) arbeiten, auf einer gemeinsamen Abtr@ebswelle(1) wirken. ZB. eine Verbrennungsmotoreinheit(11) als mäßige Dauerleistung und zuei starke Expansions-Freilaufeinheiten-(10) als Hochleistungserzeuger, so zum Schwerlastanfahren.
An der Abtriebswelle(1) können aber noch andere Motorarten, wie zB. Hilfsatromerzeuger(13) angeordnet werden.
In Fig.4 und 5 ist gezeigt, wie durch die Anordnung von Zahnkränzen (8) verschiedenen Durchmessers die Abtriebsdrehzahl bei gleicher Kolbengeschwindigkeit verschieden gewählt werden kann.
Freikolbenmotor zur Drehmomenterzeugung Aufstellung der verwendeten Bezugezeichen: 1 Abtriebswelle 2 Zahnstange 3 Zahnstangenkäfig 4 Freilauf 5 Endscheiben 6 Kolbenstange 7 Druckkolben 8 Zahnkranz 9 Stützlager 10 Freilauf-Freikolben-Einheit 11 Verbrennungsmotor-Einheit 12 Expansionemotor-Einheit 13 Hilfsstromerzauger - L e e r s e i t e -

Claims

FREIKOLBENMOTOR ZUR DREHMOMENTERZEUGUNG PatentansprUche Vorrichtung zur Umsetzung des Kolbenschubs vo9rreikolbenmotoren in ein Drehmoment, gekennzeichnet durch eine Freilauf-Freikolben-Einheit, die aus mindestens zuei versetzt gegenüberstehenden Zahnstangen besteht, die fest zwischen gegenUberliegenden Schubkolben angeordnet sind, wobei zwischen den Zahnstangen sich mit Zahnkränzen versehene Freiläufe befinden, die in der gleichen Richtung wirken und auf der Abtriebswelle nebeneinander befestigt sind.
2s Freilaufeinheit gemäB Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Zshnstangen im Dreieck oder mehreck an den die 50hubkolben abfangenden Endplatten um die Abtriebswelle angeordnet sind.
3. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gakennzeichnet, daß anstelle eines Gegenschubkolbenpaares ein doppeltwirkender Kolben eingesetzt wird.
4. Freikolbenmotor mit Freilaufeinheiten gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubkolben entweder mit Druckmedien oder durch Verbrennungsmotor-Prinzipien beaufschlagt werden.

50 Anordnung der Freilauf-Freikolben-Einheiten eines Freikolbenmotors gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrers, auch verschiedenartige Freilaufeinheiten hintereinander auf einer Abtriebswelle angeordnet sind.