DE3701200A1 - Getriebe zur umwandlung einer oszillierenden bewegung in eine drehbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Weiterentwicklungen und Anwendungen des in der deutschen Patentanmeldung P 36 29 247.8 beschriebenen Getriebes zur Umwandlung einer oszillierenden Bewegung in eine Drehbewegung. Das in der Patentanmeldung P 36 29 247.8 beschriebene Getriebe ist als Verstellgetriebe nur für einen Verstellbereich n : h (n, h 0) gezeigt, muß also für Leerlauf- und Anfahrbetrieb mit einer Anfahrkupplung ver­ sehen werden.

Dies soll in dieser Zusatzanmeldung behoben werden. In dieser Zusatz­ anmeldung wird das erfindungsgemäße Getriebe dahingehend erweitert, daß ein Verstellbereich von 0 : h erreichbar ist.

Weiterhin sollen spezielle Kolbenmaschinen in Verbindung mit dem er­ findungsgemäßen Getriebe als Kraftmaschinen beschrieben werden.

Es zeigt

Fig. 1 Ein erfindungsgemäßes Getriebe in Verbindung mit einer speziellen Rotationskolbenmaschine als Zweitaktmotor im Kraftfahrzeugantriebsstrang (perspektivische Sicht).

Fig. 2 Einen Schnitt entlang der Ebene A-A in Fig. 1.

Fig. 3 Den Verstellbereich des erfindungsgemäßen Getriebes.

Fig. 4 Funktionsweise der Rotationskolbenmaschine als Zweitakt­ motor.

Fig. 5 Schnitt durch eine nach dem Viertaktprinzip arbeitende Vierzylindermaschine.

Fig. 6 Das Aufbauprinzip einer Kraftmaschine mit erfindungsge­ mäßem Getriebe, bei der die Oszillation der Kolben über eine Kurbelwelle gesteuert wird.

Fig. 7 Aufbauprinzip eines Getriebes, bei dem an der Abtriebs­ welle eine steuerbare hydrodynamische Bremse vorgesehen ist.

Abb. 1 und 2 zeigen einen besonders günstigen Einsatz des erfindungs­ gemäßen Getriebes mit einem mittelachsigen Rotationskolbenverbrennungs­ motor im Zweitaktprinzip (mittelachsige Umlaufkolbenmaschine vgl. BEN- SINGER, Rotationskolben-Verbrennungsmotoren, Springer-Verlag Berlin 1973 S. 48 Bild 53).

Der hier gewählte Aufbau ist sehr kompakt, da Vorder- und Rückfront jedes Kolbens zur Arbeitsraumbildung genutzt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus ist, daß die Kolben gegenläufig oszillieren und jeder Arbeitsraum von je einer Vorder- oder Rückfläche zweier gegenläufig oszillierender Kolben begrenzt wird. Dadurch wird mit Gleichstromspülung und gesteuerter Kraft­ stoffeinspritzung sowohl für den Ottoprozeß wie auch für den Dieselprozeß ein optimales Zweitaktverfahren möglich, das auch in Berücksichtigung der Abgasproblematik dem Viertaktverfahren ebenbürtig ist.

Es sind aber auch andere Kolbenmaschinen mit oszillierenden Kolben möglich (vgl. Fig. 5).

Um eine Motorzentralachse (1) liegt eine Motorhohlachse (2) und um die beiden Motorachsen (1, 2) zwei gehäusefeste Hohltori (3, 4), die die Motorzylinder (3) bzw. die Verdichterzylinder (4) bilden. Der Hohltorus (4) dient als Spülge­ bläse für den Motor. In diesen Hohltori (3, 4) oszillieren gegenläufig je zwei Kolben (5, 6; 7, 8), welche die Form von Torusabschnitten haben. Über Hebel (9, 10), die durch Schlitze in der Hohltoruswand führen, ist je ein Kolben (5, 7) eines Hohltorus an der Motorhohlachse (2) fest und die anderen Kolben (6, 8) sind über Hebel (11, 12), die ebenfalls durch Schlitze in der Hohltoruswand und durch Schlitze (13, 14) in der Motorhohlachse (2) führen, an der Motorzentralachse (1) fest. Die Kolben werden über Dichtungsringe (15) an ihren Fronten und Rückseiten gegen den Motorzylinder abgedichtet.

Ein an der Motorhohlachse (2) festes Gestänge (16) und eine an der Motor­ zentralachse (1) feste Stange (17), welche durch einen Schlitz (18) in der Motorhohlachse (2) nach außen führt, sind an einem Hebelwerk (19) fest. Das Hebelwerk (19) sorgt dafür, daß, wenn die Motorhohlachse (2) durch einen Kolben (5) in die eine Richtung gedreht wird und die Motorzentralachse (1) durch den anderen Kolben (6) in die andere Richtung gedreht wird, eine "identische Gegenläufigkeit der Kolben" erreicht wird.

Parallel zu den Motorachsen (1, 2) liegt die Abtriebswelle (20) in gehäusefesten Lagern (21). An der Abtriebswelle (20) sind bremsscheibenartige Scheiben (22, 23) fest. Ähnlich wie Bremsscheiben können auch diese Scheiben innenbelüftet sein oder es kann ein kühlender Flüssigkeitsstrom im Innern der Scheiben (22, 23 ) entlanggeführt werden. Um diese Scheiben (22, 23) liegen trommelartige Um­ hüllungen (24, 25), die in gehäusefesten Lagern hin- und hergedreht werden können. Zwischen den Innenseiten der trommelartigen Umhüllungen (24, 25) und den Scheiben (22, 23) sind an den trommelartigen Umhüllungen (24, 25 ) Reibscheiben (26, 27, 28, 29) fest. Die Reibscheiben (26, 27) werden bei Dre­ hung einer trommelartigen Umhüllung (24) in die eine Richtung gegen ihre Scheibe (22) gepreßt und stellen so einen Kraftfluß von der Umhüllung (24 ) über die Reibscheiben (26, 27) und die Scheibe (22) auf die Abtriebswelle (20) her. Bei Drehung der trommelartigen Umhüllung (24) in die andere Richtung werden die Reibscheiben (26, 27) von der Scheibe (22) abgehoben und der Kraftfluß unterbrochen. Die andere trommelartige Umhüllung (25) wird von einem an der Motorzentralachse (1) festen Gestänge (34) und einem Getriebe (31, 33) gegenläufig zur ersten Umhüllung (24) bewegt, funktioniert aber genauso wie dieses. Damit bewirkt fast permanent eine der beiden Umhüllungen (24, 25) einen Kraftfluß vom Motor zur Abtriebs­ welle (20).

An den trommelartigen Umhüllungen (24, 25) sind Hebel (30, 31) fest, die über verstellbare Schalthebelwerke (32, 33) mit dem Gestänge (16) an der Motor­ hohlachse (2) bzw. mit einem Gestänge (34) an der Motorzentralachse (1) ver­ bunden sind. Die Schalthebelwerke (32, 33) werden durch die Gestänge (16, 34) senkrecht zu der durch die Motorachsen (1, 2) und die Abtriebswelle (20 ) aufgespannte Ebene A-A hin- und herbewegt. Die Führungen (35) der Schalt­ hebelwerke (32, 33) können mit Hilfe keilförmiger Schieber (36) so verschoben werden, daß der gedachte Durchstoßpunkt P der Schalthebelwerksachse durch die Ebene A-A in der Ebene A-A senkrecht zur Motorenachse und der Ab­ triebsachse verschoben werden kann.

Abb. 3 zeigt das Verstellverhältnis für das Getriebe. Der Oszillations­ winkel ν der trommelartigen Umhüllung (24) läßt sich aus dem Oszillations­ winkel μ der Motorkolben (5, 6) bzw. des Gestänges (16), der senkrechten Ver­ bindungsgeraden s zwischen Motorachse 1 und Abtriebsachse 20 und dem ge­ dachten Durchstoßpunkt P konstruieren. Die Senkrechte zu s in P schneidet die Schenkel des Oszillationswinkel μ in Q und R. Der Oszillationswinkel ν ist der Winkel zwischen den Verbindungsgeraden von 20 mit Q und von 20 mit R .

Pro Motoroszillation ( = Hin- und Herbewegung eines Kolbens) macht damit die Abtriebswelle (20) 2 · ν°/360° Umdrehungen. Verschiebt man P gegen 20, wird ν vergrößert und die Abtriebsdrehzahl steigt. Verschiebt man P gegen 1, wird ν verkleinert und die Abtriebsdrehzahl sinkt. Die Drehzahlen der Ab­ triebswelle werden also stufenlos geändert.

Für P = 1 wird ν = 0. Trotz oszillierender Kolben steht die Abtriebswelle. Verschiebt man den Punkt P über 1 hinaus, wird die Drehrichtung der Abtriebs­ welle beibehalten, das Abtriebsdrehmoment steigt aber an.

Abb. 4 dient der Erläuterung des Zweitaktverfahrens. Die Motorkolben (5, 6) oszillieren in den torusförmigen Zylindern. Zwischen der Vorderfront (43) des oberen Motorkolbens (5) und der Rückfront (44) des unteren Motor­ kolbens (6) liegt der erste Arbeitsraum (47) und zwischen der Vorderfront (45) des unteren Motorkolbens (6) und der Rückfront (46) des oberen Motorkolbens (5) liegt der zweite Arbeitsraum (48).

In Abb. 4a wird im ersten Arbeitsraum das Gasgemisch gezündet und die Kolben in Richtung R beschleunigt. Die Einlaßschlitze (147) und die Auslaß­ schlitze (247) des ersten Arbeitsraumes sind durch die Kolben verschlossen. Beim zweiten Arbeitsraum (48) sind die Einlaßschlitze (148) und die Auslaß­ schlitze (248) geöffnet. Der zweite Arbeitsraum wird mit Gleichstromspülung durchspült. Nach GROHE (Grohe, H.; Otto- und Dieselmotoren; Vogel-Verlag, Würzburg; 4. Aufl. 1979) erreicht man mit Gleichstromspülung bei kleinem Luftaufwand einen guten Spülgrad. Wenn man beim Ottoprozeß in Abhängigkeit von der Oszillationsgeschwindigkeit der Kolben den Brennstoff so einspritzt, daß die Auslaßschlitze bereits verschlossen sind, ehe die ersten Brennstoff­ moleküle den Auslaß erreichen, sollte eine ebenso gute Abgasregelung mög­ lich sein wie mit dem Viertaktverfahren.

In Abb. 4b werden die Motorkolben durch den Überdruck im ersten Ar­ beitsraum (47) weiter in Richtung R geworfen. Im zweiten Arbeitsraum (48) wird das Frischgas verdichtet. Für beide Arbeitsräume sind die Ein- und Auslaßschlitze verschlossen.

Abb. 5 zeigt das Prinzip für einen oszillierenden Vierzylinder-Viertakt- Motor mit einer oszillierenden Motorwelle (50). Der Zylinder I saugt Frisch­ luft an, der Zylinder II schiebt Abgas aus, der Zylinder III verdichtet Frisch­ luft und der Zylinder IV expandiert unter Abgabe von Arbeit.

Abb. 6 zeigt die Möglichkeit mehr als vier Zylinder (ZI-ZVIII) so mit Hilfe einer parallel zur ersten Motorwelle (51), zur zweiten Motorwelle (52) und zur Abtriebswelle (53) liegenden Kurbelwelle (54) die Motorkolben so zu steuern, daß innerhalb zweier Oszillationen eines Viertakt-Motors die acht Zylinder zu acht verschiedenen Zeitpunkten gezündet werden. Ein am ersten Motorhebel (55) befestigtes Hebelwerk (56) dreht die Kurbelwelle (54 ) und ein an einer zum ersten Motorhebel (55) senkrechten Stange (57) befestigtes Hebelwerk (58) dreht die trommelförmige Umhüllung (59). Die Gestänge am zweiten Motorhebel (60) arbeiten analog. Man erkennt, daß wenn ein Zylinder des ersten Motorhebels zündet, die Kolben des zweiten Motorhebels in Mittelstellung sind und umgekehrt, wenn ein Zylinder des zweiten Motor­ hebels zündet, die Kolben des ersten Motorhebels in Mittelstellung sind. Mit Hilfe der Kurbelwelle können die Motorventile gesteuert werden.

Bei dem Motorprinzip der Abb. 5 sind Wellen mit spiralförmigen Nuten­ abschnitten darin, die durch oszillierende Teile bei jeder Hin- und Her­ bewegung um einen bestimmten Winkel gedreht werden, als Ventilsteuerungen vorgesehen. Sie arbeiten damit wie bestimmte Kugelschreiberdrucktasten.

Abb. 7 zeigt ein hydrodynamisches Getriebe, das als Schwungmasse für die Abtriebswelle (61) eingesetzt wird. An der Abtriebswelle (61) ist die Pumpe (62) des hydrodynamischen Getriebes fest, die im Normalbetrieb die Turbine (63) im Freilauf mitdreht. Will man das Getriebe als hydrodynamische Bremse einsetzen (z. B. um ein Motorbremsmoment zu simulieren), wird mit Hilfe einer Kupplung (64) die Turbine am Gehäuse festgebremst. Mit Hilfe eines ringförmigen Schiebers (65), der zwischen Pumpenradauslaß und Turbinenrad­ einlaß axial eingeschoben wird, läßt sich das Bremsmoment steuern.

Claims (10)

1. Getriebe zur Umwandlung einer oszillierenden Bewegung in eine Dreh­ bewegung wie in der deutschen Patentanmeldung P 36 29 247.8 in den Patentansprüchen 1-7 gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfluß von einem um eine Achse (1, 2) oszillierenden Teil (16) auf einen um eine parallel dazu liegende Welle (20) oszillierenden Körper (24, 25) und von diesem oszillierenden Körper (24) über das Element ( 26, 27), das den Kraftschluß zwischen dem oszillierenden Körper (24) und einem drehenden Teil (22) herstellt oder unterbricht, zur drehenden Abtriebs­ welle (20) des Getriebes führt und bei gegebenem Oszillationswinkel μ des Teiles (16) durch Getriebeverstellung der Oszillationswinkel n des oszillierenden Körpers (24) zwischen ν = 0° und ν = α° stufenlos ver­ ändert werden kann.

2. Maschine unter Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oszillierende Antrieb kraftschlüssig mit zwei entgegengesetzt zueinander schwingenden Kolben (5, 6) einer Kolbenmaschine verbunden ist.

3. Maschine unter Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (5, 6) sich kreisbogenförmig mit ihrer einen Kolbenfront aufeinander zubewegen und mit der anderen Kolbenfront voneinander weg­ bewegen und somit zwischen je zwei Kolbenfronten ein Arbeitsraum (47, 48) gebildet wird.

4. Maschine unter Patentanspruch 2-3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Maschine als Verbrennungsmotor nach dem Otto- oder Diesel­ prozeß im Zwei- oder Viertaktverfahren arbeitet.

5. Maschine unter Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Zweitaktmaschine mit Gleichstromspülung arbeitet.

6. Maschine unter Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Ottoprozeß arbeitet, bei dem der Kraftstoff so einge­ spritzt wird, daß die Auslaßschlitze verschlossen sind, bevor sie von den vordersten Brennstoffmolekülen erreicht werden.

7. Maschine unter Patentanspruch 4, die nach dem Viertaktverfahren arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile über eine Kurbelwelle (54) oder eine von oszillierenden Teilen schrittweise gedrehte Welle gesteuert werden.

8. Maschine unter Patentanspruch 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Hilfe eines elektromagnetischen Oszillators oder durch Einlassen von Preßluft in einen Arbeitsraum gestartet wird.

9. Maschine unter Patentanspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (61) kraftschlüssig mit der Pumpe (62) eines hydrodynamischen Getriebes verbunden ist, die als Schwungrad wirkt, und die Turbine (63) des Getriebes ohne Kraftschluß mitläuft oder durch eine Kupplung (64) am Gehäuse festgebremst werden kann, so daß die Anordnung als hydrodynamische Bremse wirkt und diese Bremse mit Hilfe von Drosseln (65) oder sonstige Getriebeverstellung oder durch unterschiedliche Getriebefüllung gesteuert werden kann.

10. Maschine unter Patentanspruch 1-3, 9, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierenden Kolben die oszillierenden Teile eines elektromag­ netischen Oszillators sind.