DE3900033A1 - Engine and machine with a positive displacement effect - Google Patents

Engine and machine with a positive displacement effect

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Abstract

The axial-linear guidance of a reciprocating piston rod (21) in a driving mechanism is achieved by the eccentric mounting of a shaft (1) with complete balancing of the oscillating and rotating masses and controlled by a simple epicyclic gear mechanism (11). The change of working fluid is effected by the constant rotation of a rotary slide/rotary sleeve combination (4) which periodically opens inlet and outlet openings (3) in the cylinder wall and cylinder head. Large opening cross-sections and short fluid paths ensure optimum filling, complemented by axial and radial stratification, swirling and exhaust gas recirculation in the case of internal combustion engines. A multiplicity of drive systems ensure low-loss driving (5) of the fluid control system and simple control of the timing angles. Various different pistons (2) with a large connecting-rod ratio starting from 1:2, integral piston-head cooling and minimum piston and connecting rod mass provide compact driving mechanisms for very high speeds of rotation and variable compression. Further characteristic features are: sufficient space for multiple ignition, a pressure-stable cylinder head, a minimum of components for plug-in assembly, very high pressure compression for self-ignition, internal or external combustion, precision compensation of position deviations and modular construction with five basic units. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraft- und Arbeitsmaschine mit einem Hubkolbentriebwerk, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbrennung, nach dem Oberbegriff und den Merkmalen des Patentanspruchs.The invention relates to a power and working machine with a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine with an internal or external combustion, according to the preamble and the features of the claim.

Aus der Vielzahl von ausgeführten und vorgeschlagenen Kraft- und Arbeitsmaschinen beschränkt sich die Kritik des Standes der Technik auf die wesentlichen Merkmale, die eine wirtschaftliche und technische Bedeutung erlangt haben.From the multitude of engine and work machines designed and proposed the criticism of the prior art is limited to the essential characteristics that have an economic and technical importance have attained.

Die Kritik betrifft hauptsächlich die Brennkraftmaschine, ihre funktionellen Teile für die Umwandlung einer Hubbewegung in eine Drehbewegung, die Steuerung des Arbeitsfluidwechsels durch Hubventile oder Flachdrehschieber, die Ausbildung und Kühlung der Kolben und die Führung der Arbeitsfluidströme, unter Berücksichtigung moderner Anforderungen an eine schadstoffarme Verbrennung und die Regelung der Steuerwinkel und der Verdichtung.The criticism mainly concerns the internal combustion engine, its functional Parts for converting a stroke movement into a rotary movement, the control of the working fluid change by means of globe valves or Flat rotary valve, the training and cooling of the pistons and the guide of the working fluid flows, taking modern requirements into account low-pollution combustion and control of the steering angle and compression.

Selbstverständliche Vorteile, die sich konsequenterweise aus der Vereinfachung und Verminderung der Bauteile ergeben, werden nicht für jeden besonderen Fall wiederholt, weil die unmittelbaren Folgen wieObvious advantages that are consequently derived from the simplification and reduction in components will not result for everyone repeated special case because the immediate consequences like

Materialeinsparung, leichtere Herstellung und Montage, geringere Lagerhaltung, einfache Wartung und Reparatur, größere Betriebssicherheit, kleineres Transportgewicht, einfacher Rückfluß der Altteile zur Wiederverwertung und die Senkung der GesamtkostenMaterial savings, easier manufacture and assembly, less Warehousing, easy maintenance and repair, greater operational safety, smaller transport weight, easy reflux of the Used parts for recycling and reducing the total cost

leicht erkennbar sind.are easily recognizable.

Das Erfindungsprinzip ist auch auf Arbeitsmaschinen anwendbar. Bei einer externen Erzeugung des Druckfluids oder der Energiezufuhr, können diese Arbeitsmaschinen auch als Kraftmaschinen eingesetzt werden.The principle of the invention can also be applied to work machines. At a external generation of the pressure fluid or the energy supply, these can Working machines can also be used as power machines.

Wegen ihrer Bedeutung werden der Kurbeltrieb, die Arbeitsfluidsteuerung durch Hubventile und Kurvengetriebe, der Kolben und das Zweitaktverfahren eingehend behandelt.Because of their importance, the crank mechanism, the working fluid control through globe valves and cam mechanisms, the piston and the two-stroke process treated in detail.

KurbelbetriebCrank operation

Die Bemessung eines Kurbeltriebs erfordert einen hohen Rechenaufwand. Die exakte mathematische Beschreibung des Kolbenwegs, der Kolbengeschwindigkeit und der Kolbenbeschleunigung als Funktion des Drehwinkels der Kurbelwelle wird in der Regel durch Näherungsformeln ersetzt, unter Einbeziehung des Schubstangenverhältnisses. Diese Formeln entstehen durch den Ersatz des Wurzelausdrucks in der exakten Gleichung für den Kolbenweg durch die Umformung des Wurzelausdrucks in eine McLaurinsche Reihe, und die Verwendung der ersten zwei Glieder.The dimensioning of a crank mechanism requires a lot of computing effort. The exact mathematical description of the piston travel, the piston speed  and the piston acceleration as a function of the angle of rotation of the Crankshaft is usually replaced by approximation formulas, below Inclusion of the connecting rod ratio. These formulas are created by the replacement of the root expression in the exact equation for the piston travel by transforming the root expression into a McLaurin series, and the use of the first two terms.

Der Massenausgleich der oszillierenden Massenkräfte aus Kolben- und Schubstangenanteil durch rotierende Masse ist unvollkommen.The mass balance of the oscillating mass forces from piston and Push rod portion due to rotating mass is imperfect.

Bei der Einzylindermaschine unterscheiden sich die Höchstwerte der Massenkräfte im oberen und unteren Totpunkt mit steigenden Werten des Schubstangenverhältnisses. Nur die zur Zylinderachse parallele Komponente aus der Zerlegung einer Radialkraft einer rotierenden Ausgleichsmasse dient dem Ausgleich der oszillierenden Massenkräfte; die orthogonale Komponente ist eine störende Kraft. Die großen oszillierenden Massen erfordern rotierende Ausgleichsmassen mit großem Bewegungsraum. Die Massenkräfte I. Ordnung werden deshalb nur zu rund 50% ausgeglichen ohne Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung, oder dieser Ausgleich erfordert eine Ausgleichswelle, die mit der doppelten Drehfrequenz gegenüber der Antriebswelle umläuft. Die Massenkräfte einer höheren Ordnung werden in der Regel nicht berücksichtigt und sind deshalb eine weitere Quelle für Resonanzerscheinungen bei hohen Drehfrequenzen.The maximum values of the inertial forces differ for the single-cylinder machine at the top and bottom dead center with increasing values of Push rod ratio. Only the component parallel to the cylinder axis from the decomposition of a radial force of a rotating balancing mass serves to balance the oscillating mass forces; the orthogonal Component is a disruptive force. The big oscillating Masses require rotating balancing masses with a large range of motion. The first order mass forces are therefore only balanced to around 50% without balancing the second order mass forces, or this balancing requires a balance shaft that is at twice the rotational frequency the drive shaft rotates. The mass forces become a higher order usually not taken into account and are therefore another source for resonance phenomena at high rotational frequencies.

Bei einer Mehrzylinder-Reihenmaschine entstehen zusätzliche Massenmomente in steigenden Ordnungen.In a multi-cylinder in-line machine, additional mass moments are created in increasing orders.

Diese negativen Bedingungen erhöhen sich mit einem größeren Schubstangenverhältnis. Es verstärkt die oszillierende Massenkraft am oberen Totpunkt und erzeugt einen zunehmend unharmonischen Bewegungsablauf, größere Normalkräfte auf die Zylinderwand und den Kolbenmantel und die periodisch wechselnden Reaktionen des Maschinendrehmomentes.These negative conditions increase with a larger push rod ratio. It increases the oscillating mass force at top dead center and creates an increasingly inharmonic movement, larger ones Normal forces on the cylinder wall and the piston skirt and periodically changing reactions of the machine torque.

Die Auslenkung der Schubstange bedingt zudem:The deflection of the push rod also requires:

  • - erhöhte Reibverluste und einen einseitigen Verschleiß in der Bewegungsebene der Schubstange,- Increased friction losses and one-sided wear in the movement plane the push rod,
  • - die Unterkante der Zylinderwand bzw. der Gleitbahn,- the lower edge of the cylinder wall or the slideway,
  • - ungünstig das maximale Hubverhältnis,- unfavorable the maximum stroke ratio,
  • - zusätzliche Biegemomente in der Schubstange,- additional bending moments in the push rod,
  • - die wechselnde Kolbenanlage und die Geräuschentwicklung,- the changing piston system and the noise,
  • - die Gleit- und Schmierverhältnisse zwischen Kolbenmantel und Gleitbahn, - the sliding and lubricating conditions between the piston skirt and slideway,  
  • - das größte Schubstangenverhältnis, und die- the largest push rod ratio, and the
  • - maximale Kolbengeschwindigkeit.- maximum piston speed.

Die Schubstange und der Kolbenbolzen erfordern eine hohe Festigkeit und bestehen deshalb aus Stahlwerkstoffen mit großen oszillierenden Massen. Die fixe Schubstangenlänge ergibt einen gleichbleibenden Hub.The push rod and the piston pin require high strength and therefore consist of steel materials with large oscillating masses. The fixed push rod length results in a constant stroke.

Bei V-Anordnungen von zwei Schubstangen an einem Kurbelzapfen ist ein Nebenlager an der Hauptschubstange erforderlich, dessen Achse eine Ellipse beschreibt; die ist eine weitere Komplikation des Bewegungsablaufs. Die Anordnungen mit Gabelschubstangen an einem Kurbelzapfen verdoppeln die Lagerpressungen bei gleicher Gesamtbreite.In the case of V arrangements of two push rods on one crank pin, one is Ancillary bearing required on the main push rod, the axis of which is an ellipse describes; that is another complication of the sequence of movements. Double the arrangements with fork pushrods on a crank pin the bearing pressures with the same overall width.

Gekröpfte Kurbelwellen erfordern geteilte Lager.Cranked crankshafts require split bearings.

Bei Mehrzylinder-Reihenanordnungen entstehen mehrere Eigenschwingungsformen und Eigenfrequenzen der Kurbelwelle. Die Erregerkreisfrequenz der Gasdrehkraft mit ihren Harmonischen höherer Ordnung erzeugt bei bestimmten Drehfrequenzen Resonanzerscheinungen; bei schnellaufenden Kurbelwellen treten die Erregerkräfte der Tangentialkräfte von Massenkräften hinzu. Gefährliche Resonanzen einer Hauptharmonischen lassen sich nicht durch eine Änderung der Zündfolge beseitigen.Multiple natural vibration patterns are created in multi-cylinder in-line arrangements and natural frequencies of the crankshaft. The excitation angular frequency the gas torque with its higher order harmonics generated at certain rotational frequencies resonance phenomena; at high-speed Crankshafts enter the excitation forces of the tangential forces of mass forces added. Let dangerous resonances of a main harmonic do not remove yourself by changing the firing order.

Bei kritischen Resonanzstellen ist der Anbau eines Schwingungsdämpfers oder eines Schwingungstilgers erforderlich.At critical resonance points, the installation of a vibration damper or a vibration damper is required.

Die gesamte einfache Konstruktion eines Hubkolbentriebwerks erfordert für einen Zylinder mindestens 22 Teile, bei Verwendung eines einfachen Kolbens ohne Ringträger, Regelstreifen, Kolbenringe, Bolzenlagerbuchsen, und weiterer Teile für die Kolbenkühlung. Diese vielteilige Konstruktion benötigt einen hohen Bearbeitungs-Passungs- und Montageaufwand.The entire simple construction of a reciprocating piston engine requires for a cylinder at least 22 parts when using a simple one Piston without ring carrier, control strips, piston rings, pin bearing bushes, and other parts for piston cooling. This multi-part construction requires a high level of machining fit and assembly effort.

Kurbeltriebwerke eignen sich nur für kleine bis mittlere Leistungen und für mittlere Drehfrequenzen.Crank engines are only suitable for small to medium outputs and for medium rotational frequencies.

Kreuzkopftriebwerke für hohe Leistungen erfordern einen hohen Bauaufwand. Bei großen Bauhöhen haben sie große oszillierende Massen und sind deshalb nur für kleine Drehfrequenzen geeignet.Crosshead engines for high performance require a lot of construction work. With large heights, they have large oscillating masses and are therefore only suitable for low rotational frequencies.

Hubventile mit KurvengetriebeGlobe valves with cam mechanism

Hubventile und Ventilfeder bilden ein schwingungsfähiges mechanisches System. Hohe Drehfrequenzen führen zu starken Eigen-Torsionsschwingungen der Nockenwelle, hohen Linearbeschleunigungen der Ventile und Resonanzschwingungen des Ventilfedersystems, mit der Folge von starker Geräuschentwicklung, Torsionsbrüchen, Steuerwinkelverschiebung und einer schlechten Zylinderfüllung.Lift valves and valve springs form an oscillatory mechanical System. High rotational frequencies lead to strong inherent torsional vibrations the camshaft, high linear accelerations of the valves and resonance vibrations of the valve spring system, with the consequence of strong noise, Torsional breaks, head angle shift and one  bad cylinder filling.

Kurvengetriebe erzeugen Biegebeanspruchungen der Ventilschäfte, und Tangentialkräfte auf Stößel und Kipphebel.Cam gears generate bending stresses on the valve stems, and Tangential forces on ram and rocker arm.

Mechanische Schäden, wie das Abreißen eines Ventiltellers, der Bruch der Nockenwelle oder einer Ventilfeder führen zur Totalbeschädigung der betroffenen Zylindereinheit; das gleiche gilt bei einer Fehlmontage des Zugmittelgetriebes, sofern eine Überschneidung von Kolbenweg und Ventilweg vorliegt. Bei Zahnriemenantrieben genügt bereits ein Überspringen der Zähne bei der hohen Beschleunigung des Treibrades während der ruckartigen Einkupplung der Antriebswelle mit einer treibenden Getriebewelle.Mechanical damage, such as tearing off a valve plate, the break the camshaft or a valve spring lead to total damage to the affected cylinder unit; the same applies to incorrect assembly of the Traction mechanism gearbox, provided there is an overlap between piston travel and valve travel is present. With toothed belt drives, skipping is sufficient of the teeth at the high acceleration of the driving wheel during the jerky Coupling of the drive shaft with a driving gear shaft.

Die Zugmittelgetriebe sind nur für Drehfrequenzen geeignet. Zahnrädergetriebe für den Antrieb der Nockenwelle erfordern bei mehrachsigen Stirnrädern einen teuren Spielausgleich, infolge der Längenausdehnung des Gehäuses zwischen Antriebswelle und Nockenwelle. Die Nachteile vervierfachen sich bei dem Zweitaktverfahren und Auslaßventile im Zylinderkopf.The traction mechanism gearboxes are only suitable for rotational frequencies. Gearboxes for driving the camshaft require multi-axis Spur gears an expensive clearance compensation, due to the length expansion the housing between the drive shaft and camshaft. The disadvantages quadruple in the two-stroke process and exhaust valves in the cylinder head.

Die Temperaturunterschiede zwischen den Einlaß- und Auslaßventilen im Zylinderkopf führen zu thermischen Spannungen und Zonen unterschiedlicher Temperatur. Es entsteht eine hohe thermische Belastung des Auslaßventils durch Umströmung des Ventiltellers, des Schaftes und Teile der Schaftführung mit Brenngasen während des gesamten Ventilhubes. Die Wärmeableitung vom Ventilteller erfolgt über die kleinen Querschnitte des Schaftes und des Ventilsitzes.The temperature differences between the intake and exhaust valves in the Cylinder head lead to thermal stresses and zones of different Temperature. There is a high thermal load on the exhaust valve by flow around the valve plate, the stem and parts the stem guide with fuel gases during the entire valve stroke. The heat dissipation from the valve plate takes place via the small cross-sections of the stem and the valve seat.

Die thermische Ausdehnung der langen Ventilschäfte verändert die Steuerwinkel. Fehlendes Ventilspiel führt zu Verbrennungen der Dichtflächen; dort verschlechtern Verbrennungsablagerungen die Dichtwirkung und die Wärmeableitung.The thermal expansion of the long valve stems changes the head angle. A lack of valve clearance leads to burns on the sealing surfaces; there combustion deposits deteriorate the sealing effect and Heat dissipation.

Die Gaswege in der Verdrängungskammer entsprechen mindestens dem Kolbenhub. Der gegebene Kopfkreis begrenzt den Gesamtquerschnitt der Ventilöffnungen absolut auf ca. zwei Drittel der Kopfkreisfläche, bei mehr als zwei Ventilen pro Zylinder. Mehrventilsteuerungen ergeben bei erhöhtem Bauaufwand rund 25% größere Einlaßquerschnitte. Der freie Ventildurchlaß ist eingeschränkt durch Schaft, Schaftführungen und Ventilsitz, hinzu kommen noch die mehrfachen Umlenkungen der Gasströme an den Kanalbögen, am Ventilteller, an Teilen der Zylinderwand und der Aufprall auf dem Gegenstrom eines Nachbarventils oder auf einen Schirm am Ventilteller. Das Resultat ist eine starke Minderung der Durchfluß- und Ausflußbeiwerte.The gas paths in the displacement chamber correspond at least to the piston stroke. The given tip circle limits the total cross section of the valve openings absolutely on about two thirds of the tip circle area, with more as two valves per cylinder. Multi-valve controls result in increased Construction costs around 25% larger inlet cross-sections. The free valve passage is limited by stem, stem guides and valve seat, Added to this are the multiple redirections of the gas flows to the Duct bends, on the valve plate, on parts of the cylinder wall and the impact  on the counter flow of a neighboring valve or on a screen on the valve plate. The result is a sharp reduction in the flow and discharge coefficients.

Die Gestaltung und Führung der Gaskanäle ist durch die Anordnung der Ventile, der Nockenwelle, der Zünd- und Einspritzeinrichtungen im Zylinderkopf einschränkend bedingt, besonders bei einer angestrebten Drallströmung der Frischgase.The design and management of the gas channels is due to the arrangement of the Valves, the camshaft, the ignition and injection devices in the Cylinder head limited, especially with a targeted Swirl flow of the fresh gases.

Hubventile öffnen und schließen langsam, da ihre Anfangs- und Endgeschwindigkeit null ist.Lift valves open and close slowly because of their start and end speeds is zero.

Nebeneinanderliegende Ventile fördern bei einem Überschneiden der Steuerwinkel von Auslaß- und Einlaßventil das Überströmen von Frischgas in den Auslaßkanal.Adjacent valves promote the overlap of the Control angle of exhaust and intake valve the overflow of fresh gas into the outlet duct.

Der hohe Anteil von Öffnungen bei Mehrventilanordnungen mindert die Festigkeit des Zylinderkopfes und erschwert die Kühlung der den Brenngasen ausgesetzten Oberflächen. Eine allseitige Kühlung des Ventilsitzes ergibt zu große Ventilabstände.The high proportion of openings in multi-valve arrangements reduces the Strength of the cylinder head and complicates the cooling of the fuel gases exposed surfaces. All-round cooling of the valve seat results in valve gaps that are too large.

Der Bauaufwand für die Ventilsteuerung mit Kurvengetriebe im Zylinderkopf ergibt komplizierte Gußformen und eine große Bauhöhe.The construction work for the valve control with cam mechanism in the cylinder head results in complicated molds and a large overall height.

Es sind sehr viele Teile pro Zylinder erforderlich; diese Teileanzahl erhöht sich noch bei Vorrichtungen mit Zwangsdrehung der Ventile und mit selbsttätigem Ventilspielausgleich.A lot of parts per cylinder are required; this number of parts increases with devices with forced rotation of the valves and with automatic valve clearance compensation.

Die hohe thermische Beanspruchung des Auslaßventils zwingt zu Konstruktionen aus verschiedenen Stahlsorten, Panzerung des Ventilsitzes und einer Natriumkühlung des Schaftes.The high thermal stress on the exhaust valve forces construction from different types of steel, armor of the valve seat and sodium cooling of the shaft.

Mit zunehmender Ventilanzahl erschweren sich die Einbauverhältnisse für Zündeinrichtungen, Vorkammern, Einspritzdüsen für Brennstoffe oder Wasser und Kühlkammern im Zylinderkopf.The installation conditions become more difficult with an increasing number of valves for ignition devices, pre-chambers, fuel injectors or Water and cooling chambers in the cylinder head.

Die Hubventilsteuerung mit Kurvengetrieben beansprucht eine relativ hohe Antriebsleistung und verschlechtert den mechanischen Wirkungsgrad der Gesamtmaschine; sie erfordert zudem ein aufwendiges Schmiersystem mit langen Rücklaufzeiten des Schmierfluids.The globe valve control with cam gears is relatively demanding high drive power and deteriorates the mechanical efficiency the whole machine; it also requires a complex lubrication system with long return times of the lubricating fluid.

Die Schrägstellung der Ventile ergibt einen doppelt konvexen Brennraum, besonders bei einer stark gewölbten oder einer kegelstumpfförmigen Kolbenbodenoberfläche.The inclination of the valves results in a double convex combustion chamber, especially with a strongly curved or frustoconical piston crown surface.

Die Zylinderkopfabdichtung wird unmittelbar von den heißen Brenngasen beansprucht. The cylinder head gasket is directly affected by the hot fuel gases claimed.  

Flachdrehschieber können systembedingt nicht die nötigen Öffnungsquerschnitte aufweisen für eine optimale Zylinderfüllung.Due to the nature of the system, rotary vane valves cannot have the required opening cross-sections have for an optimal cylinder filling.

Ihre Abdichtung gegenüber der Trennfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinderwand erfordert ein vielteiliges Ringsystem mit Dichtkörpern die den Brenngasen ausgesetzt sind.Your seal against the interface between the cylinder head and Cylinder wall requires a multi-part ring system with sealing bodies which are exposed to the fuel gases.

Kolbenpiston

Der Kraftfluß vom druckbeaufschlagten Kolbenboden über Teile des Kolbenmantels und über das Bolzenlager, den Kolbenbolzen in das obere Schubstangenlager ist umständlich.The flow of force from the pressurized piston crown over parts of the piston skirt and over the pin bearing, the piston pin into that upper push rod bearing is cumbersome.

Es sind eine Vielzahl von Berechnungen für die Bemessung des Kolbenbodens, des Kolbenmantels, des Bolzens, des Bolzenlagers und des oberen Schubstangenlagers erforderlich, insbesondere bei hohen dynamischen Belastungen und hohen Gaskräften.There are a variety of calculations for the dimensioning of the piston crown, the piston skirt, the pin, the pin bearing and the upper one Push rod bearing required, especially with high dynamic Loads and high gas forces.

Die radiale anisotrope Massenverteilung des Kolbens verursacht ein unterschiedliches Ausdehnungsverhalten in Richtung der Bolzenachse und orthogonal zu dieser Richtung, deshalb sind ein teurer Formschliff des Kolbenmantels oder Regelglieder erforderlich.The radial anisotropic mass distribution of the piston causes one different expansion behavior in the direction of the pin axis and orthogonal to this direction, therefore an expensive shape grinding of the Piston jacket or control elements required.

Die Lage des Kolbenbolzens hinsichtlich der Kippbewegungen und der gleichmäßigen Kolbenmantelbelastung bleibt ein Kompromiß, und sie bedingt die Breite und die Lage der Ringpartie.The position of the piston pin with regard to the tilting movements and uniform piston jacket load remains a compromise, and it requires the width and location of the ring section.

Die Schmierung des Kolbenbolzens ist problematisch; zudem entstehen hohe Flächenpressungen mit Ovalverformungen des Bolzens und Sprengwirkungen im Bolzenlager, Durchbiegungen mit Kantenpressungen und starke Belastungen des oberen Schubstangenlagers, da die verfügbare Gesamtbreite auf das Bolzenlager und das Schubstangenlager verteilt ist. Bei leichten Kolben entlasten die geringen Massenkräfte im oberen Totpunkt den Bolzen und das Bolzenlager nur geringfügig von der höchsten Gaskraft.The lubrication of the piston pin is problematic; also arise high surface pressures with oval deformations of the bolt and explosive effects in the pin bearing, deflections with edge pressures and strong Loads on the upper push rod bearing because of the total width available is distributed to the pin bearing and the push rod bearing. With light pistons, the low inertial forces at top dead center relieve pressure the pin and the pin bearing only slightly from the highest Gas power.

Die Achse des Kolbenbolzens muß zu der Achse des Kurbelzapfens genau parallel sein; die gilt besonders für Kolben mit langen Schäften. Die Flächenpressung der Normalkraft auf die Zylinderwand - bedingt durch die Hertzsche Pressung - wirkt nur auf kleine Flächen am Kolbenmantel und an der Zylinderwand in der Bewegungsebene der Schubstange, und verursacht einen partiellen erhöhten Verschleiß.The axis of the piston pin must match the axis of the crank pin to be parallel; this applies particularly to pistons with long shafts. The surface pressure of the normal force on the cylinder wall - due to Hertzian pressure - only affects small areas on the piston skirt and on the cylinder wall in the plane of movement of the push rod, and caused partial increased wear.

Die hohe thermische Belastung der Kolbenbodenmitte verlangt einen sicheren Energieabfluß über die genutete Ringpartie zum Kolbenmantel. Längere Leitwege bei wachsendem Kolbendurchmesser vermindern die spezifische Kolbenflächenleistung. Die starke Minderung der Festigkeitswerte der Leichtmetallegierungen zwischen 150-250°C beeinträchtigt die erforderliche Steifigkeit des Kolbenbodens bei großen Gaskräften.The high thermal load on the center of the piston crown requires a safe one  Energy drain through the grooved ring section to the piston skirt. Longer routes with increasing piston diameter reduce the specific Piston area performance. The sharp reduction in strength values The light metal alloys between 150-250 ° C affect the required Rigidity of the piston crown with large gas forces.

Eine starke Wärmeausdehnung des Kolbens benötigt ein großes Einbauspiel, Ursache für das Kolbenkippen und Laufgeräusche bei Betriebsbeginn. Die wechselnde Kolbenanlage erzeugt einen Sichelspalt zwischen dem Kolbenmantel und der Zylinderwand, mit einem einseitigen Aufschlag der Brenngase in der Ringpartie, erhöhten Schmierstoffdurchtritt, festen Ablagerungen am Feuersteg und überwiegend in der ersten Ringnut. Diese Verbrennungsrückstände verursachen einen verstärkten Verschleiß am Kolbenmantel, in der ersten Ringnut und an den Kolbenringen.A strong thermal expansion of the piston requires a large installation clearance, Cause of the piston tipping and running noise at the start of operation. The changing piston system creates a sickle gap between the piston skirt and the cylinder wall, with a one-sided surcharge Fuel gases in the ring section, increased lubricant passage, solid Deposits on the top land and mostly in the first ring groove. These Combustion residues cause increased wear on the piston skirt, in the first ring groove and on the piston rings.

Die Kolbenringe müssen radial beweglich sein und erfordern ein Spiel zwischen Kolbenring und Nutflanken; diese Beweglichkeit wird durch die festen Verbrennungsrückstände beeinträchtigt, die zudem die Dichtwirkung mindern. Es sind in einer Ringnut immer ein axialer und zwei radiale Undichtigkeitswege vorhanden. Mit fortschreitendem Verschleiß entsteht durch das Spiel zwischen den Kolbenringen und der Ringnut eine Förderwirkung für den Schmierfilm in Richtung Brennraum.The piston rings must be able to move radially and require play between piston ring and groove flanks; this mobility is due to the solid combustion residues impaired, which also the sealing effect reduce. There are always one axial and two radial in an annular groove Leakage paths exist. With progressive wear arises through the play between the piston rings and the annular groove Conveying effect for the lubricating film in the direction of the combustion chamber.

Die hohen Gaskräfte und die Massenkräfte verlangen eine große Festigkeit der Ringpartie, besonders in der ersten Ringnut. Bei Leichtmetallegierungen werden Ringträger aus Stahlwerkstoffen erforderlich. Bei einer Überschneidung von Kolbenweg und Ventilweg im oberen Totpunkt sind Aussparungen in der Kolbenoberfläche notwendig. Diese zerklüftete Kolbenoberfläche erzeugt einen ungünstigen Brennraum und vergrößert nachteilig die von den heißen Brenngasen beaufschlagte Kolbenoberfläche.The high gas forces and the mass forces require great strength the ring section, especially in the first ring groove. For light metal alloys ring carriers made of steel materials are required. If the piston travel and valve travel overlap at top dead center recesses in the piston surface are necessary. This jagged Piston surface creates an unfavorable combustion chamber and increases disadvantageous the piston surface affected by the hot fuel gases.

Die üblichen Kühlungsarten (Anspritzkühlung, Kühlschlangen oder Kühlkammern) gewährleisten keine optimale Kühlung der dem Brennraum ausgesetzten Kolbenoberfläche, insbesondere der hochbelasteten Kolbenbodenmitte.The usual types of cooling (injection cooling, cooling coils or cooling chambers) do not ensure optimal cooling of those exposed to the combustion chamber Piston surface, especially the heavily loaded middle of the piston crown.

Mehrteilige, gebaute Kolben ergeben schwere aufwendige Bauteile und sind deshalb nur für geringe Drehfrequenzen geeignet.Multi-part, built pistons result in heavy complex components and are therefore only suitable for low rotational frequencies.

Der Kolbenmantel muß die Normalkräfte auf die Gleitbahn übertragen, dies bedingt auch bei den Viertaktverfahren eine Mindestlänge und eine Mindestwandstärke des Kolbenmantels.The piston skirt must transmit the normal forces to the slide, this also requires a minimum length and a for the four-stroke process  Minimum wall thickness of the piston skirt.

Das große spezifische Gewicht der Stahlwerkstoffe für den Kolbenbolzen erhöht ungünstig die oszillierenden Massenkräfte.The large specific weight of the steel materials for the piston pin unfavorably increases the oscillating mass forces.

Bei Hochleistungsmaschinen ist eine aufwendige Anpassung von Kolben und Zylinder erforderlich.In the case of high-performance machines, there is a complex adjustment of pistons and Cylinder required.

ZweitaktverfahrenTwo-stroke process

Die Quer- oder Umkehrspülung ergeben ein symmetrisches Steuerdiagramm mit großen Spülverlusten. Verbleibende Restgase im oberen Teil der Verdrängungskammer verringern den Spülgrad.The cross or reverse purge results in a symmetrical control diagram with large flushing losses. Residual gases remaining in the upper part of the displacement chamber reduce the degree of rinsing.

Hohe Auslaßöffnungen verkürzen den effektiven Kolbenweg und bewirken einen vorzeitigen Druckabfall der Brenngase. Sie verursachen erhöhte Spül- und Leistungsverluste.High outlet openings shorten the effective piston travel and cause a premature pressure drop in the fuel gases. They cause increased Flushing and performance losses.

Der hohe spezifische Brennstoffverbrauch ist verbunden mit einer unvollkommenen Verbrennung und einen hohen Anteil an Kohle-Wasserstoff-Molekülen und Kohlenmonoxid.The high specific fuel consumption is associated with an imperfect one Combustion and a high proportion of carbon-hydrogen molecules and carbon monoxide.

Der Gesamtwirkungsgrad erreicht nicht die Werte des Viertaktverfahrens. Nachteilig ist die störende Schallemission.The overall efficiency does not reach the values of the four-stroke process. The disruptive noise emission is disadvantageous.

Die Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren mit Selbstzündung und sehr großem Hubverhältnis (s/D < 2) erfordern Kreuzkopftriebwerke zur geraden Führung der Schubstange und einen sehr langen Kolbenmantel. Diese Konstruktion ergibt einen sehr hohen Bauaufwand bei großer Bauhöhe und sehr großen oszillierenden Massen. Sie ist aus diesen Gründen nur für kleine Drehfrequenzen geeignet.The internal combustion engine for the two-stroke process with auto-ignition and a very large stroke ratio (s / D <2) require crosshead engines for straight guidance of the push rod and a very long piston skirt. This construction results in a very high construction effort with a large height and very large oscillating masses. For these reasons, it is only suitable for low rotational frequencies.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in der Kritik beschriebenen Nachteile zu vermeiden und die bestehenden technischen und thermodynamischen Probleme, insbesondere bei Brennkraftmaschinen, auf ein Minimum zurückzuführen.The object of the invention is that described in the review To avoid disadvantages and the existing technical and thermodynamic Problems, especially with internal combustion engines, on a Minimum attributed.

Es ist nicht besonders zweckmäßig beispielsweise eine Verbesserung des Füllungsgrades eines Zylinders durch die Anordnung mehrerer Einlaß- und Auslaßventile durch die Nachteile einer vielteiligen und teuren Konstruktion aufzuheben.It is not particularly useful, for example, to improve the Degree of filling of a cylinder through the arrangement of several inlet and Exhaust valves due to the disadvantages of a multi-part and expensive construction repeal.

Die Verbesserungen betreffen das Triebwerk, die Arbeitsfluidsteuerung, die Kolben für verschiedene Anwendungen, die Regelung der Steuerwinkel und der Verdichtung, die Verbrennung und die Gesamtkonstruktion. The improvements concern the engine, the working fluid control, the pistons for various applications, the regulation of the head angle and compression, combustion and overall construction.  

TriebwerkEngine

Die besonderen Aufgaben für das Triebwerk bestehen in einer entscheidenden Vereinfachung der mathematischen Beschreibung der Bewegungsvorgänge die eine einfache Berechnung der Teile ermöglicht und eine bessere Simulation der Gasströme im Zylinder begünstigt.The special tasks for the engine consist in a crucial one Simplification of the mathematical description of the movement processes which enables easy calculation of the parts and a better simulation of gas flows in the cylinder favored.

Die weiteren Aufgaben sind:The other tasks are:

  • - der vollständige Massenausgleich der oszillierenden Massen bei der Einzylinder und der Mehrzylindermaschine, unter Ausschaltung aller freien Massenkräfte und Massenmomente,- The complete mass balance of the oscillating masses in the Single cylinder and the multi-cylinder machine, with all switched off free mass forces and moments,
  • - einfache sequentielle Darstellung der Bewegungen durch kinematographische Verfahren, insbesondere durch die digitale Speicherung der Bildpunkte und die Wiedergabe auf polychromen Bildschirmen,- Simple sequential representation of movements through cinematographic Process, in particular through the digital storage of the Pixels and playback on polychrome screens,
  • - Verbesserung der Gestaltfestigkeit der Antriebswelle, insbesondere der Biege- und Torsionssteifigkeit von Wellenabschnitten mit einer hohen Eigenfrequenz, oder wahlweise- Improvement of the structural strength of the drive shaft, in particular the bending and torsional rigidity of shaft sections with a high natural frequency, or alternatively
  • - die Entkoppelung von Wellenabschnitten durch drehbare Teile in oder zwischen den Abschnitten von den Eigenschwingungen des Nachbarsystems,- The decoupling of shaft sections by rotatable parts in or between the sections of the natural vibrations of the neighboring system,
  • - kompakte Bauform mit wenigen Teilen,- compact design with few parts,
  • - einfache Steckmontage der Wellen und Lager in ungeteilter Grundlager,- simple plug-in assembly of the shafts and bearings in undivided base bearings,
  • - beliebig großes Hubverhältnis,- any stroke ratio,
  • - vielseitige Konstruktionen für Ein- und Mehrzylindermaschinen in verschiedenen Anordnungen der Zylinder,- Versatile constructions for single and multi cylinder machines in different arrangements of the cylinders,
  • - geringe Belastung der Verzahnung des Steuergetriebes und kleine Lagerpressung im Exzenterlager 130,- low load on the toothing of the control gear and small bearing pressure in the eccentric bearing 130 ,
  • - Verminderung der ergänzenden Schwungradmassen und Verbesserung des Ungleichförmigkeitsgrads.- Reduction of the additional flywheel masses and improvement of the Degree of non-uniformity.
ArbeitsfluidsteuerungWorking fluid control

Die Aufgabe der Arbeitsfluidsteuerung ist ein sehr geringer Leistungsbedarf für den Antrieb. Sie muß aus sehr wenigen Bauteilen bestehen, eine präzise Einhaltung der vorgegebenen Steuerwinkel gewährleisten und darf keine drehfrequenzbegrenzende Elemente enthalten.The task of working fluid control is a very low power requirement for the drive. It has to consist of very few components, ensure precise compliance with the specified steering angles and must not contain any elements that limit the frequency.

Die weiteren Aufgaben sind:The other tasks are:

  • - größere freie Kanalquerschnitte mit besseren Durchfluß- und Ausflußbeiwerten,- larger free channel cross sections with better flow and discharge coefficients,
  • - Mehrfacheinlässe für verschiedene Brennstoff-Luftgemische, Voreinlaß für leicht entzündbare Gemische oder von Luft,- Multiple inlets for various fuel-air mixtures, pre-inlet  for highly flammable mixtures or of air,
  • - Verbesserung des Füllungsgrades,- improvement of the degree of filling,
  • - freie Wahl der Einlaß- und Auslaßöffnungen hinsichtlich der Anzahl und der Anordnung,- Free choice of the inlet and outlet openings in terms of number and the arrangement
  • - Lenkung der einströmenden Arbeitsfluide zu radialer und axialer Schichtung,- Direction of the incoming working fluids to radial and axial Stratification,
  • - einfache Abgasrückführung,- simple exhaust gas recirculation,
  • - selbsteinschleifende, -einhonende, -einläppende Steuerspiegelflächen,- self-grinding, -honing, -lapping control mirror surfaces,
  • - freie Gestaltung der Brennraumform; Beeinflussung der inneren Oberflächentemperaturen durch Werkstoffschichten mit ausgewählten physikalischen Eigenschaften wie Temperaturleitwert, Wärmeeindringwert und Wärmespeicherwert,- free design of the combustion chamber shape; Influencing internal surface temperatures through layers of material with selected physical Properties such as temperature conductance, heat penetration value and Heat storage value,
  • - sehr einfache Montage des Steuerorgangs.- Very simple assembly of the control system.
Kolbenpiston

Die Aufgaben für die Konstruktion des Kolbens bestehen in der sehr einfachen Bauweise, die eine einfache Berechnung ermöglicht, und in der direkten Verbindung mit dem Triebwerk ohne ein besonderes Gelenk im Kolben für eine Schubstange (Pleuelstange).The tasks for the construction of the piston are very simple Design that allows easy calculation, and in the direct connection to the engine without a special joint in the piston for a push rod (connecting rod).

Die weiteren Aufgaben sind:The other tasks are:

  • - geringste Kolbenmasse oder Kolben-Schubstangenmasse für höchste Drehfrequenzen,- lowest piston mass or piston push rod mass for highest rotational frequencies,
  • - zwei Kolbenausführungen als Schaftkolben oder Schubstangenkolben, in Einfach- oder Doppelkolbenbauweise,- Two piston designs as shaft pistons or push rod pistons, in Single or double piston design,
  • - direkte Krafteinleitung vom Kolbenboden über den Kolbenmantel 221 auf die Schwingachse 100 des Triebwerks bei einem Schaftkolben, oder über die Schubstange 250 bei einem Schubstangenkolben,direct introduction of force from the piston crown via the piston skirt 221 to the oscillation axis 100 of the engine in the case of a shaft piston, or via the push rod 250 in the case of a push rod piston,
  • - kein Kolbenkippen oder Anlagewechsel,- no piston tilting or change of system,
  • - sehr kurze Bauweise mit kurzen Knicklängen, entsprechend einem Schubstangenverhältnis ab r/l = 1 : 2,- very short design with short buckling lengths, corresponding to a connecting rod ratio from r / l = 1: 2,
  • - sehr kurzer Kolbenmantel bei einem Schubstangenkolben für Sonderzwecke bei Hochleistungsmaschinen,- Very short piston skirt for a push rod piston for special purposes for high-performance machines,
  • - kleines Laufspiel zwischen Kolbenmantel und Gleitbahn,- small clearance between the piston skirt and slideway,
  • - Erhöhung der relativen Kolbengeschwindigkeit,- increasing the relative piston speed,
  • - isotrope Radialausdehnung des Kolbenbodens und des Kolbenmantels bei gleichzeitiger Senkung der Kolbenbodentemperatur im Betrieb, - Isotropic radial expansion of the piston crown and the piston skirt simultaneous lowering of the piston crown temperature during operation,  
  • - verbesserte Kolbenbodenkühlung und Vereinfachung der Kühlfluidzuführung,- improved piston crown cooling and simplification of the cooling fluid supply,
  • - bessere Gasabdichtung mit Rückförderwirkung,- better gas sealing with recirculation effect,
  • - sichere Schmierung des Kolbenmantels, insbesondere Gasschmierung,- reliable lubrication of the piston skirt, especially gas lubrication,
  • - einfache und sicher abdichtende Kolbenringanordnung mit guter Wärmeableitung,- Simple and safe sealing piston ring arrangement with good Heat dissipation,
  • - keine zerklüftete Kolbenoberfläche,- no jagged piston surface,
  • - einfache Herstellung und Bearbeitung, insbesondere der kreiszylindrischen Mantelgleitflächen,- Easy manufacture and processing, especially the circular cylindrical Surface sliding surfaces,
  • - Erhöhung der spezifischen Kolbenflächenleistung,- increase of the specific piston area performance,
  • - vielfältige Verbindungsvarianten mit der Schwingachse 100 des Triebwerks, und- Various connection variants with the swing axis 100 of the engine, and
  • - schnellere Erwärmung des Schmierstoffs auf Betriebstemperatur.- Faster heating of the lubricant to operating temperature.
Regelung der Steuerwinkel und der VerdichtungRegulation of the steering angle and compression

Die Aufgabe der Regelung der Steuerwinkel besteht darin, in Abhängigkeit von der Drehfrequenz der Antriebswelle, dem Unterdruck in den Einlaßkanälen, dem Füllungsgrad, der Last oder einer Hebelstellung durch einfaches Verschieben oder Verdrehen einer Steuerwelle, die rechnerisch oder experimentell ermittelten Größen der Steuerwinkel vorzugeben oder kontinuierlich nachzuregeln durchThe task of regulating the head angle is dependent from the rotational frequency of the drive shaft, the negative pressure in the Inlet channels, the degree of filling, the load or a lever position by simply moving or rotating a control shaft, the quantities of the steering angle determined by calculation or experiment to specify or continuously readjust by

  • - einfache mechanische Anordnungen, insbesondere Hebelsysteme, oder durch verschiedene- Simple mechanical arrangements, especially lever systems, or through different
  • - hydro-pneumatische Stellglieder oder Antriebselemente, oder- hydro-pneumatic actuators or drive elements, or
  • - elektromagnetische Stellglieder oder Antriebselemente an der Steuerwelle oder direkt an dem Steuerorgan.- electromagnetic actuators or drive elements on the control shaft or directly on the control body.

Die Regelung der Verdichtung soll auf zwei Wegen erzielt werden:The regulation of compression should be achieved in two ways:

  • - diskret durch eine einfache Kombination von Bauelementen am Kolbenboden mit verschieden starken Drehschiebern, oder- Discrete thanks to a simple combination of components on the piston crown with different strength rotary valves, or
  • - stufenlos durch eine variable Schubstangenlänge.- infinitely variable through a variable push rod length.
Verbrennungcombustion

Die Aufgabe der inneren Verbrennung besteht in einer Verbesserung der Verwirbelung des Brennstoff-Luftgemisches oder der Frischluft und einer Verbesserung der Schichtung in axialer oder radialer Richtung. The purpose of internal combustion is to improve it the swirling of the fuel-air mixture or the fresh air and an improvement in the stratification in the axial or radial direction.  

Die weiteren Aufgaben sind:The other tasks are:

  • - günstige kompakte Brennräume und ein langer Expansionshub,- inexpensive compact combustion chambers and a long expansion stroke,
  • - gleichzeitiger Betrieb mit unterschiedlichen Brennstoffen mit verschiedener spezifischer Verdampfungswärme, Verdampfbarkeit oder Dampfdruck,- Simultaneous operation with different fuels with different specific heat of vaporization, vaporizability or Vapor pressure,
  • - Kombination der geregelten Abgasrückführung mit der Luftvorspülung und den verschiedenen Schichtungsverfahren,- Combination of regulated exhaust gas recirculation with air purge and the different stratification processes,
  • - Verbesserung der Mehrfachzündung durch mehrere Zündeinrichtungen im Zylinderkopf je nach Steuerorgan und Anzahl der Öffnungen,- Improvement of multiple ignition by multiple ignition devices in the Cylinder head depending on control unit and number of openings,
  • - Schutz der Zündeinrichtungen oder der Einspritzeinrichtungen vor der direkten Einwirkung der Brenngase durch den Drehschieber.- Protection of the ignition devices or the injection devices from the direct action of the fuel gases through the rotary valve.

Die Aufgabe der äußeren Verbrennung besteht in der Anordnung einer kompakten, zentralen Brennkammer direkt am Zylinderkopf und mehreren Wärmeübertragern nach dem Gegenstromprinzip, die eine kontinuierliche Verbrennung und Erzeugung thermischer Energie in eine periodische Abgabe an ein Arbeitsmedium umwandeln, wobei eine gerichtete Zwangsführung des Arbeitsmediums durch den Wärmeübertrager mittels einer Steuerung bewirkt wird, 23565 00070 552 001000280000000200012000285912345400040 0002003900033 00004 23446 und eine schadstoffarme Verbrennung beliebiger Brennstoffe durch eine Nachoxidation von Kohle-Wasserstoffverbindungen in Katalysatoren erzielt wird, die in dem Wärmeübertrager integriert sind.The task of external combustion is to arrange one compact, central combustion chamber directly on the cylinder head and several Heat exchangers according to the counterflow principle, which is a continuous Burning and generating thermal energy in a periodic release convert to a working medium, using a directional positive control the working medium through the heat exchanger by means of a controller 23565 00070 552 001000280000000200012000285912345400040 0002003900033 00004 23446 and low-pollutant combustion Fuels through post-oxidation of carbon-hydrogen compounds is achieved in catalysts that are integrated in the heat exchanger are.

GesamtmaschineOverall machine

Die Aufgaben der Gesamtmaschine bestehen in einer sehr kompakten Bauweise mit kleiner Anströmfläche für eine strömungsgünstige Umkleidung, und mit einem tiefen Schwerpunkt, bei flachen Zylinderanordnungen, für eine tiefe Einbaulage in Land- oder Seefahrzeugen.The tasks of the overall machine consist of a very compact design with a small inflow area for a streamlined casing, and with a low center of gravity, for flat cylinder arrangements, for a deep installation position in land or sea vehicles.

Die weiteren Aufgaben sind:The other tasks are:

  • - besserer Gleichlauf mit weniger Zylindern,- better synchronization with fewer cylinders,
  • - vibrationsfreier und geräuscharmer Lauf aller bewegten Teile, bei besserer Innendämpfung und geringerer Schallemission,- vibration-free and low-noise running of all moving parts, at better internal damping and lower noise emissions,
  • - Erweiterung des nutzbaren Drehfrequenzbereichs durch gleichmäßigere Drehmomentwerte über einen größeren Drehfrequenzbereich,- Expansion of the usable frequency range by more uniform Torque values over a wider range of rotational frequencies,
  • - höchste Drehfrequenzen für Hubkolbentriebwerke für Höchstleistungsmaschinen,- highest rotational frequencies for reciprocating engines for high-performance machines,
  • - Eignung für alle Verfahren und Brennstoffe, - suitability for all processes and fuels,  
  • - Verbesserung der Raumleistung (kW/m³), des Leistungsgewichts (kW/kg), der Hubraumleistung (kW/l), des Verhältnisses von Bauvolumen zu Hubvolumen (m³/l), des Gütegrads, des mechanischen Wirkungsgrads, des mittleren effektiven Kolbendrucks und des allgemeinen Betriebsfaktors, insbesondere für die Fluidsteuerung,- improvement of the room performance (kW / m³), the performance weight (kW / kg), the displacement capacity (kW / l), the ratio of construction volume to displacement (m³ / l), the quality grade, the mechanical efficiency, the mean effective piston pressure and the general operating factor, especially for fluid control,
  • - Senkung des spezifischen Brennstoffverbrauchs,- reduction of specific fuel consumption,
  • - leichter Austausch der den Brenngasen ausgesetzten Verschleißteile Kolbenmantel und Steuerorgan als Baueinheit,- Easy replacement of the wear parts exposed to the fuel gases Piston skirt and control element as a structural unit,
  • - homogene Einzelteile, insbesondere für den Werkstoffrückfluß,- homogeneous individual parts, especially for the material reflux,
  • - einfache und schnelle Montage und Demontage weniger Teile,- simple and quick assembly and disassembly of fewer parts,
  • - wartungsfreie und verschleißteilarme Maschine,- maintenance-free and low-wear machine,
  • - einfache, druckstabile Zylinderköpfe mit gleichmäßiger thermischer Belastung,- simple, pressure-stable cylinder heads with uniform thermal Burden,
  • - Präzisionszentrierung oder Ausgleich der Lageabmaße für Achsen, Wellen, Zylinderköpfen, Lagern oder ähnlichen Bauteile,- Precision centering or compensation of the position dimensions for axes, shafts, Cylinder heads, bearings or similar components,
  • - Leistungsanpassung durch eine Modulbauweise mit fünf einfachen Basistriebwerken.- Performance adjustment through a modular design with five simple Base engines.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraft- und Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs und den Merkmalgruppen und Merkmalen des kennzeichnenden Teils.This task is solved by a power and work machine the preamble of the claim and the feature groups and features of the characteristic part.

Die Merkmalgruppen und Einzelmerkmale können sowohl untereinander als auch in verschiedenen Kombinationen mit den Merkmalen des Oberbegriffs eine Vielzahl von neuen Maschinenkennzeichen bilden.The feature groups and individual features can be used both among themselves also in various combinations with the characteristics of the generic term form a multitude of new machine characteristics.

Hierbei ist zu beachten, daß nur sinnvolle Strukturen Gegenstand des Erfindungsgedankens sind. Es ist zum Beispiel zwecklos Einlaß- oder Auslaßöffnungen im Zylinderkopf mit einer Drehhülsensteuerung zu verbinden, oder das ungeteilte Schubstangenlager eines Kolbens mit einer einstückigen Schwingachsen-Wellenscheibeneinheit vorzuschlagen, die sich überhaupt nicht montieren ließen.It should be noted that only sensible structures are the subject of the Are inventive. For example, it is useless inlet or Connect exhaust ports in the cylinder head to a rotating sleeve control, or the undivided push rod bearing of a piston with one propose one-piece swinging axle shaft washer unit, the could not be assembled at all.

Der Erfindungsgedanke, die wesentlichen Prinzipien oder allgemeine Merkmale die für Kraftmaschinen und für Arbeitsmaschinen gelten werden zuerst übergreifend behandelt. Besondere Ausgestaltungen einzelner Maschinen werden anhand der Zeichnungen erläutert. Die Präzisionszentrierung mit zwei Exzenterringen ist nicht auf Kraft- und Arbeitsmaschinen beschränkt, sondern generell anwendbar. The idea of the invention, the essential principles or general Features that will apply to machines and machines dealt with first. Special configurations of individual Machines are explained using the drawings. The precision centering with two eccentric rings is not on power and work machines limited, but generally applicable.  

TriebwerkEngine

Das Prinzip des Triebwerks ist leicht verständlich, wenn die rotierende Bewegung der kinematischen Punkte P, Q um die zugleich rotierende Medianachse M, als spezieller Fall einer Hypozykloide betrachtet wird, sofern der Durchmesser des Rollkreises identisch ist mit dem Halbmesser des Grundkreises. In diesem Fall ist die Hypozykloide eine Gerade.The principle of the engine is easy to understand if the rotating movement of the kinematic points P, Q around the simultaneously rotating median axis M is considered a special case of a hypocycloid, provided that the diameter of the rolling circle is identical to the radius of the base circle. In this case the hypocycloid is a straight line.

Die Gleichungen des geraden Hubkolbentriebwerks mit endlicher Schubstange vereinfachen sich deshalb auf die Gleichungen mit unendlich langer Schubstange (r/l = 0).The equations of the straight reciprocating piston engine with finite push rod are therefore simplified to the equations with infinitely long push rod (r / l = 0).

Das Ergebnis ist eine vollkommene harmonische Bewegung aller oszillierenden Teile auf den beiden Wirkgeraden W.The result is a perfect harmonic movement of all oscillating parts on the two straight lines W.

Voraussetzung ist jedoch, daß die oszillierenden Massen durch eine Translation auf der Wirkgeraden W auf einen der kinematischen Punkte P, Q reduzierbar sind, gleiches gilt für den Schwerpunkt der Ausgleichsmassen A. Der Ausgleich der oszillierenden Massen ist dabei sehr einfach. Die errechnete oder gewogene Masse kann je zur Hälfte auf die zwei Wangen 110 oder auf zwei Wellenscheiben 125 verteilt werden. Erfolgt diese Verteilung im gleichen Abstand zu der Wirkgeraden W in parallelen Bewegungsebenen so entstehen keine freien Massenmomente.However, it is a prerequisite that the oscillating masses can be reduced to one of the kinematic points P, Q by a translation on the effective line W ; the same applies to the center of gravity of the compensating masses A. The balancing of the oscillating masses is very simple. Half of the calculated or weighed mass can be distributed over the two cheeks 110 or over two wave washers 125 . If this distribution takes place at the same distance from the effective line W in parallel planes of motion, there are no free moments of mass.

Die gleiche Methode ist anwendbar, wenn zwei isobare oszillierende Massen auf die kinematischen Punkte P, Q reduziert werden, die aber nun in zwei Bewegungsebenen, mit dem vorgegebenen Abstand durch die Wangenbreite und die Schwingachsenlänge, ein Massenmoment erzeugen.The same method can be used if two isobaric oscillating masses are reduced to the kinematic points P, Q , which, however, now generate a mass moment in two planes of motion, with the specified distance from the width of the cheek and the length of the oscillating axis.

Nach der Reduktion der oszillierenden Massen auf die Punkte P und/oder Q können diese Massen wie rotierende Massen um die Medianachse M behandelt und auf einfache Weise durch rotierende Massen an den Wangen 110 ausgeglichen werden.After the oscillating masses have been reduced to points P and / or Q , these masses can be treated like rotating masses around the median axis M and easily compensated for by rotating masses on the cheeks 110 .

Von untergeordneter Bedeutung ist dabei, ob die Schwingachse 100 als Bolzenachse 105 oder als Zapfenachse 106 ein festes Bestandteil des Kolbens ist, oder ob sie über eine Wange 110 mit einer orthogonal zu ihr bewegten Schwingachse 100 verbunden ist.It is of secondary importance whether the oscillation axis 100 as a pin axis 105 or as a pin axis 106 is a fixed part of the piston, or whether it is connected via a cheek 110 to an oscillation axis 100 that is moved orthogonally to it.

Die exzentrische Kreisbewegung der Medianachse M wird durch eine Exzenterwelle 120 in verschiedenen Ausführungen vollzogen. Die zugehörigen Exzenterlager 130 drehen sich um die Zentralachse Z und enthalten die gesamten Ausgleichsmassen der exzentrisch rotierenden Massen.The eccentric circular movement of the median axis M is carried out by an eccentric shaft 120 in various designs. The associated eccentric bearings 130 rotate about the central axis Z and contain the entire balancing masses of the eccentrically rotating masses.

Die Abmessungen der Exzenterwelle 120 werden von der Stellung des Umlaufgetriebes aus feststehendem Hohlrad 150 am Gehäuse und aus einem umlaufenden Ritzel 155 an der Exzenterwelle bedingt.The dimensions of the eccentric shaft 120 are determined by the position of the epicyclic gear from a fixed ring gear 150 on the housing and from a rotating pinion 155 on the eccentric shaft.

Dieses Umlaufgetriebe muß lediglich die Reibungskräfte, und bei Drehfrequenzänderungen die vorhandenen Beschleunigungskräfte aufnehmen.This epicyclic gear needs only the frictional forces, and with changes in rotational frequency absorb the existing acceleration forces.

Kolbenpiston

Durch die gerade Bewegung der Schwingachse 100 ist die Konstruktion des Kolbens sehr einfach.Due to the straight movement of the oscillation axis 100 , the construction of the piston is very simple.

Die auf dem Kolbenboden 210, 245 wirkende Stoffkraft wird direkt auf die Schwingachse 100 übertragen. In der Ausführung als Schaftkolben 200 über den Kolbenmantel 220 und in der Ausführung als Schubstangenkolben 240 über eine Schubstange 250.The material force acting on the piston head 210, 245 is transmitted directly to the oscillation axis 100 . In the version as a shaft piston 200 via the piston skirt 220 and in the version as a push rod piston 240 via a push rod 250 .

Beide Kolbenvarianten können mit einer Kolbenkappe 270 versehen werden. Die dünne Membranscheibe 275 schwingt unter dem Einfluß der Massen-, Stoff- und Druckkräfte die von beiden Seiten auf sie einwirken und übt dadurch eine verstärkende Pumpwirkung auf den Kühlfluidstrom aus. Der Abstand vom Druckboden 245 ist justierbar.Both piston variants can be provided with a piston cap 270 . The thin membrane disc 275 vibrates under the influence of the mass, material and pressure forces which act on it from both sides and thereby exerts an intensifying pumping effect on the cooling fluid flow. The distance from the pressure floor 245 is adjustable.

Um Lageabweichungen auszugleichen kann die Kolbenkappe 270 radialverschieblich oder winkelverschieblich befestigt werden und auf diese Weise selbsttätig vorhandene oder im Betrieb entstehende Lageabweichungen (Verzug) ausgleichen; insbesondere als Integralkolbenkappen in Verbindung mit einem Schubstangenkolben 240 ohne Kolbenmantel 260.In order to compensate for positional deviations, the piston cap 270 can be fastened in a radially displaceable or angularly displaceable manner and in this way compensate for positional deviations (distortion) which are automatically present or arise during operation; in particular as integral piston caps in connection with a push rod piston 240 without piston jacket 260 .

Bei einem Schaftkolben ist sie lediglich als Teilkolbenkappe geeignet. Die Membranscheibe 275 kann auch durch eine keramische Isolierscheibe ersetzt werden, für eine thermische Abschirmung des Kolbenbodens 245. Im Mantel der Kolbenkappe 270, oder im Kolbenmantel 220, 260, oder zwischen Teilkolbenkappe und Kolbenmantel 220, 260 kann eine Kolbenringanordnung aus Außenring 290, Innenring 291 und einem Trapez-Spannring 292 in einer breiten Außenringnut 226 eingelegt werden. Die Ringe und die Nut sind so bemessen, daß der Trapez-Spannring 292 immer eine axiale Spannkraft auf die Ringanordnung ausübt, und keine radialen und axialen Undichtigkeitswege entstehen können. Es besteht ein ständiger Kontakt zwischen den Ringen, den Kolbenmantel 220, 260 und der Gleitbahn.In the case of a stem piston, it is only suitable as a partial piston cap. The membrane disc 275 can also be replaced by a ceramic insulating disc for thermal shielding of the piston crown 245 . In the jacket of the piston cap 270 , or in the piston jacket 220, 260 , or between the partial piston cap and the piston jacket 220, 260 , a piston ring arrangement comprising the outer ring 290 , the inner ring 291 and a trapezoidal clamping ring 292 can be inserted in a wide outer ring groove 226 . The rings and the groove are dimensioned such that the trapezoidal clamping ring 292 always exerts an axial clamping force on the ring arrangement, and no radial and axial leakage paths can arise. There is constant contact between the rings, the piston skirt 220, 260 and the slideway.

Die Dichtungsfunktion des Kolbenmantels kann durch eine Schraubennut 224 mit Rückförderwirkung, sowohl des Arbeitsfluids als auch des Schmierfilms, verbessert werden. Die Ausgestaltung hängt von der Drehfrequenz und der Drehrichtung des Steuerorgans ab.The sealing function of the piston skirt can be improved by a screw groove 224 with a return effect, both of the working fluid and the lubricating film. The design depends on the rotational frequency and the direction of rotation of the control member.

Die konstruktive Bemessung des Kolbenbodens 210, 245, der Schubstange 250, des Kolbenmantels 220, des Lagerstuhls 255, der Verrippung 247 ist einfach. Die Schubstange kann beispielsweise sehr kurz ausgeführt werden mit einem großen Schaftquerschnitt und ist lediglich für die größten Zug- und Druckkräfte zu berechnen. Der Kolbenmantel muß keine Normalkräfte auf die Gleitbahn übertragen, so daß hauptsächlich die Lagerpressungen der verschiedenen Achsen die zu bestimmenden Größen sind. Es sind mehrere Kühlsysteme möglich. Hervorzuheben ist die integrale Kolbenbodenkühlung durch die Trennung des Druckbodens 245 von der Membranscheibe 275 und den ständigen axialen Kühlfluidstrom der radial im Flächenspalt nach außen fließt.The design of the piston crown 210, 245 , the push rod 250 , the piston skirt 220 , the bearing block 255 , the ribbing 247 is simple. For example, the push rod can be made very short with a large shaft cross section and can only be calculated for the greatest tensile and compressive forces. The piston skirt does not have to transmit normal forces to the slideway, so that mainly the bearing pressures of the different axes are the sizes to be determined. Several cooling systems are possible. The integral piston crown cooling is to be emphasized by the separation of the pressure plate 245 from the membrane disc 275 and the constant axial cooling fluid flow which flows radially outwards in the surface gap.

Die besonderen Wege der Zuführung, der Verteilung und der Rückführung des Kühlfluids sind im kennzeichnenden Teil aufgezählt. Alle Kühlsysteme erfordern ein Druckfluid. In der Regel ist das Kühlfluid zugleich das Schmierfluid, so daß eine ausreichende Kühlung bei großen spezifischen Kolbenflächenleistungen nur mit größeren Kühlfluidströmen zu bewältigen ist. In diesen Fällen ist es zweckmäßig in jeder Zylindereinheit eine eigene Förderpumpe einzubauen.The special ways of feeding, distributing and returning of the cooling fluid are listed in the characterizing part. All cooling systems require a pressurized fluid. As a rule, the cooling fluid is at the same time the lubricating fluid so that sufficient cooling at large specific Piston area performances only with larger cooling fluid flows to cope with. In these cases it is useful in every cylinder unit install your own feed pump.

Eine Regelung des Kühlfluidstroms kann die Kolbenoberflächentemperatur zur Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge und der Wärmedehnungen nach Bedarf festlegen.Regulation of the cooling fluid flow can affect the piston surface temperature to influence the combustion processes and the thermal expansions Define needs.

Die Wärmeausdehnung erfolgt radial-isotrop durch die räumliche Achsensymmetrie der Kolbenelemente aus überwiegend einfachen Rotationskörpern. Störende Elemente wie z. B. die Zapfenachsen 106 liegen im kühleren Bereich des Triebwerkgehäuses.The thermal expansion takes place radially-isotropically due to the spatial axis symmetry of the piston elements made of mainly simple rotating bodies. Disruptive elements such as B. the journal axes 106 are in the cooler area of the engine housing.

Die Aufgaben der gleichmäßigen Druckverteilung (US 2 80 395, E 0 69 578), der Trennung von Dicht- und Führungsteil des Kolbens (DE 27 17 692), der Standfestigkeit (DE 27 17 084), der Ausbiegung des Kolbenbolzens (US 5 77 562) und der Reduktion der Reibkräfte (DE 32 35 220) sind durch die Erfindungsmerkmale der kennzeichnenden Teile überflüssig geworden und die Aufgaben der Wärmedehnung und Ableitung (FR 78 27 173), der Einsparung der Kolbenringe (DE 31 34 768) und der einfachen Fertigung (DE 32 35 220) auf wesentlich besserer Weise gelöst worden.The tasks of even pressure distribution (US 2 80 395, E 0 69 578), the separation of the sealing and guiding part of the piston (DE 27 17 692), the stability (DE 27 17 084), the deflection of the piston pin (US 5 77 562) and the reduction of the frictional forces (DE 32 35 220) are through the inventive features of the characteristic parts have become superfluous and the tasks of thermal expansion and dissipation (FR 78 27 173), the Saving the piston rings (DE 31 34 768) and the simple production (DE 32 35 220) has been solved in a much better way.

Zu den besonderen Vorteilen einer sehr geringen Kolbenmasse, der kleinen Bauhöhe, der einfachen Verbindung mit einer Schwingachse als Bolzenachse 105 und der einfachen Fertigung und Kühlung, eröffnet sich die Möglichkeit einer Schmierung mit Fluiden mit geringer dynamischer Viskosität (Gasen), da keine Normalkräfte auf den Kolbenmantel einwirken. Eine Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit und eine praktisch reibungslose Bewegung des Kolbens auf der Gleitbahn sind die Voraussetzungen für die angestrebten Höchstdrehfrequenzen.In addition to the special advantages of a very low piston mass, the small overall height, the simple connection with an oscillation axis as pin axis 105 and the simple production and cooling, there is the possibility of lubrication with fluids with low dynamic viscosity (gases), since there are no normal forces on the Act on the piston skirt. An increase in the piston speed and a practically smooth movement of the piston on the slideway are the prerequisites for the desired maximum rotational frequencies.

ArbeitsfluidsteuerungWorking fluid control

Die konkrete Ausgestaltung der Arbeitsfluidsteuerung durch ein Steuerorgan in seinen Ausführungen als Drehhülse 400 oder als Drehschieber- Drehhülse 410, 400 verbindet die ausgeführten Hülsenschiebersteuerungen (Knight oder Burt McCollum) und die Flachdrehschiebersteuerungen mit der konstanten Drehbewegung von vorgeschlagenen Mehrfachdrehschiebern (E 1 01 431) mit angestrebter Erhöhung der Kanalquerschnitte und Schichtladung durch "Fliehkraftseparation", oder mit Drehschiebern mit sicherer Abdichtung (DE 27 14 351) oder Kühlung (E 0 16 381).The concrete design of the working fluid control by a control element in its designs as a rotary sleeve 400 or as a rotary slide rotary sleeve 410, 400 connects the sleeve slide controls (Knight or Burt McCollum) and the flat rotary slide controls with the constant rotary movement of proposed multiple rotary slide valves (E 1 01 431) with the desired one Increasing the channel cross-sections and stratified charge by "centrifugal force separation", or with rotary valves with secure sealing (DE 27 14 351) or cooling (E 0 16 381).

Das wichtige Prinzip der konstanten Drehbewegung für die Arbeitsfluidsteuerung ist für Höchstdrehfrequenzen besonders wichtig.The important principle of constant rotary motion for working fluid control is particularly important for maximum rotational frequencies.

Nach den eingeführten Gleichungen für den Antrieb des Steuerorgans unter Merkmalgruppe 5.1., beträgt die Gesamtübersetzung i = 8 : 1, bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren mit vier Einlaß-Radialkanälen. Die Drehfrequenz einer beispielsweise mit 500 U s-1 (30 000 U min -1) rotierenden Antriebswelle ergibt unter diesen Bedingungen eine Drehfrequenz des Steuerorgans von 62,5 U s-1 (3750 U min-1). Der Antrieb des Steuerorgans ist demnach auch bei den höchsten Drehfrequenzen beherrschbar.According to the equations introduced for driving the control element under feature group 5.1., The overall transmission ratio is i = 8: 1, for an internal combustion engine for the four-stroke process with four inlet radial channels. The rotational frequency of, for example, with 500 U s -1 (30 000 rev min -1) rotating drive shaft results under these conditions, a rotational frequency of the control member of U 62.5 s -1 (3750 rev min -1). The drive of the control element can therefore be controlled even at the highest rotational frequencies.

Die Verbesserung der Einlaß- oder der Auslaßquerschnitte ergibt sich aus den Gleichungen für die Berechnungen der Regelbreite nach Merkmalgruppe 3.1.4.; sofern zugleich Einlaßkanäle in der Zylinderwand und im Zylinderkopf vorgesehen sind, stellen sie bei einem gleichförmig bewegten Steuerorgan und einem großen Steuerwinkelkoeffizienten das theoretische Optimum dar.The improvement in the inlet or outlet cross sections results from the equations for the calculation of the control width by feature group 3.1.4 .; provided at the same time intake ducts in the cylinder wall and in the cylinder head are provided, put them in a uniformly moving Control element and a large control angle coefficient the theoretical Optimum.

Wichtig für die praktische Ausgestaltung ist die Anordnung der Stege 302 und ihre sichere Verbindung mit den Kanalwänden und der Zylinderwand. Die Stege 302 müssen die Tangential-Zugspannungen im Zylindermantel bei den größten Innendrücken sicher aufnehmen und werden deshalb durch Einlagen aus hochfesten Werkstoffen verstärkt. Die seitlichen Kanalwände werden zu einer axialen Aussteifung der Zylinderwand herangezogen. Sie ermöglichen zusammen mit einer gleichmäßigen Verteilung der Zylinderkopfschrauben eine verzugsarme Steuerspiegelfläche.The arrangement of the webs 302 and their secure connection to the channel walls and the cylinder wall is important for the practical configuration. The webs 302 must reliably absorb the tangential tensile stresses in the cylinder jacket at the greatest internal pressures and are therefore reinforced by inserts made of high-strength materials. The lateral channel walls are used to axially stiffen the cylinder wall. Together with an even distribution of the cylinder head bolts, they enable a low-distortion control mirror surface.

Die Steuerspiegelflächen von Zylinder, Zylinderkopf und Steuerorgan sind durch ein Schmierfluid getrennt. Trotz der fehlenden Normalkräfte auf das Steuerorgan werden die periodisch wechselnden Stoffkräfte, durch die Dehnung des Steuerorgans, anteilig auf die Zylinderwand und in voller Höhe auf den Zylinderkopf übertragen. Die Steuerspiegelflächen werden deshalb für eine hydrodynamische Schmierung ausgebildet. Die Anordnung der Schmiernuten, die Anzahl und Größe der Keil- und Rastflächen, die Höhe des Schmierspalts für die als Radial- und Axialgleitlager zu behandelnden Steuerspiegelflächen, werden für jeden Einzelfall konstruktiv festgelegt. Da sich die Schmierspalthöhe periodisch ändert, wird die Volumenänderung im Spalt zur Förderung des Schmierfilms und zur Verbesserung der Dichtwirkung herangezogen. Die sich bedingenden Faktoren von Gesamtlänge des Einlaß-Radialkanals 300, Länge des Kolbenmantels 260, Zweitakt- oder Viertaktverfahren, einfach oder doppelt wirkender Kolben mit abgeschlossenem Kompressionsraum 325 sind in den Merkmalgruppen 3.1.3. und 2.2.4.4. beschrieben.The control mirror surfaces of the cylinder, cylinder head and control element are separated by a lubricating fluid. Despite the lack of normal forces on the control element, the periodically changing material forces are partially transferred to the cylinder wall and in full to the cylinder head due to the expansion of the control element. The control mirror surfaces are therefore designed for hydrodynamic lubrication. The arrangement of the lubrication grooves, the number and size of the wedge and locking surfaces, the height of the lubrication gap for the control mirror surfaces to be treated as radial and axial plain bearings are determined in each individual case. Since the lubrication gap height changes periodically, the volume change in the gap is used to promote the lubrication film and to improve the sealing effect. The determining factors of the total length of the inlet radial channel 300 , length of the piston skirt 260 , two-stroke or four-stroke method, single or double-acting piston with closed compression space 325 are in the feature groups 3.1.3. and 2.2.4.4. described.

Die Richtung der Fluidströme läßt sich durch die äußere Führung der Einlaß-Radialkanäle 300 oder der Einlaß-Axialkanäle 330 beeinflussen, da auch im Zylinderkopf keine Steueranordnungen diese Führung behindern. Der Antrieb des Steuerorgans ist auf vielfache Weise möglich.The direction of the fluid flows can be influenced by the outer guidance of the inlet radial ducts 300 or the inlet axial ducts 330 , since no control arrangements in the cylinder head hinder this guidance. The drive of the control element is possible in many ways.

Eine bevorzugte Getriebeanordnung besteht aus einer verzahnten Steuerwelle 510, die in eine Verzahnung der Drehhülsenbasis 500 eingreift. Diese Steuerwelle kann gleichzeitig mehrere Steuerorgane in Reihe antreiben.A preferred gear arrangement consists of a toothed control shaft 510 which engages in a toothing of the rotating sleeve base 500 . This control shaft can simultaneously drive several control units in series.

Bei einer geeigneten Verzahnung, kann durch eine axiale Verschiebung oder eine Verdrehung der Steuerwelle 510 eine einfache geregelte Steuerwinkelverschiebung erreicht werden.With a suitable toothing, a simple controlled control angle displacement can be achieved by an axial displacement or a rotation of the control shaft 510 .

Unter der Merkmalgruppe 5. sind die prinzipiellen Getriebeanordnungen, die Steuerungsmethoden ohne Steuergeräte im einzelnen beschrieben, und in den Zeichnungen von Fig. 8 bis Fig. 16 dargestellt; auf eine detaillierte Erläuterung wird deshalb verzichtet. ., Under the characteristic group 5. The basic transmission arrangements, control methods without control devices are described in detail, and in the drawings of Figures 8 to 16 are shown; a detailed explanation is therefore omitted.

GesamtmaschineOverall machine

Die kompakte Bauweise ist eine Konsequenz der Triebwerks- und Kolbenmerkmale in Verbindung mit der platzsparenden Arbeitsfluidsteuerung. Die Gesamthöhe eines Zylinderblocks in Boxeranordnung beträgt nur den fünffachen Hub, deshalb ergeben die Abmessungen eines Zylinderblocks einer 3-Liter-Hochleistungsmaschine mit 16 Zylindern in dieser Bauweise folgende Quadermaße: Breite: 332 mm; Länge 400 mm; Höhe 210 mm. Das ist ein Bauvolumen von rund 27,8 Litern und demzufolge ist das Verhältnis von Bauvolumen zu Hubvolumen <10.The compact design is a consequence of the engine and piston characteristics in connection with the space-saving working fluid control. The total height of a cylinder block in a boxer arrangement is only that five times the stroke, therefore the dimensions of a cylinder block a 3-liter high-performance machine with 16 cylinders in this design following cuboid dimensions: width: 332 mm; Length 400 mm; Height 210 mm. That is a construction volume of around 27.8 liters and therefore the ratio from construction volume to stroke volume <10.

Alle weiteren günstigen Werte beruhen auf diesen Sachverhalt, in Kombination mit den Mehrkanaleinlässen, der verbesserten Kühlung und der geringen Teilezahl.All other favorable values are based on this fact, in combination with the multi-channel inlets, the improved cooling and the low number of parts.

Eine Triebwerkseinheit für einen Zylinder erfordert nur 7 Bauteile (Schubstangenkolben mit Schwingachse, 2 Exzenterwellen mit Ritzel, 2 Exzenterlager und 2 Hohlräder im Grundlager); die Arbeitsfluidsteuerung lediglich 4 Bauteile (Steuerorgan, Dichtkörper, Steuerwelle mit Stirnrad und Antriebsrad), wobei sich die meisten Teile leicht montieren lassen. Hinzu kommen die vielfältigen Verfahren der Fluidführung, der Gasschichtung, der Verbrennung, der einfachen Regelung der Steuerwinkel und der Verdichtung.An engine unit for a cylinder requires only 7 components (Push rod piston with swinging axis, 2 eccentric shafts with pinion, 2 eccentric bearings and 2 ring gears in the base bearing); the working fluid control only 4 components (control element, sealing body, control shaft with Spur gear and drive gear), whereby most parts are easy to assemble to let. In addition, there are the diverse methods of fluid management, gas stratification, combustion, simple control of the steering angle and compression.

Weitere Erfindungsmerkmale werden anhand der Zeichnungen erläutert.Further features of the invention will be explained with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren im anabatischen Verfahren, mit einer Steuerung des Arbeitsfluidwechsels durch Einlaß-Radialkanäle 300 und Auslaß- Axialkanäle 340 und Drehhülse 400 mit Drehschieber 410. Zapfen 405 und Dichtkörper 406 vermitteln die axiale Anpreßkraft auf die Axial-Spiegelfläche, die hier als Flachkegel 350 ausgebildet ist. Der Schubstangenkolben 240 zeigt zwei Varianten der Kolbenkappenbefestigung durch Gewinde 272 oder durch Bajonettverbindung 273 an den Radialrippen 247. Die Kühlfluidzuführung erfolgt zentral über ein koaxiales Druckrohr 280. An den Einlässen 300 ist das Prinzip der axialen Schichtung durch verschiedene λ-Werte angegeben. Fig. 1 shows a liquid-cooled internal combustion engine for the four-stroke process in the anabatic process, with a control of the working fluid change through inlet radial channels 300 and outlet axial channels 340 and rotary sleeve 400 with rotary valve 410 . Pin 405 and sealing body 406 convey the axial contact pressure on the axial mirror surface, which is designed here as a flat cone 350 . The push rod piston 240 shows two variants of the piston cap fastening by thread 272 or by bayonet connection 273 on the radial ribs 247 . The cooling fluid is supplied centrally via a coaxial pressure pipe 280 . The principle of axial stratification is indicated by different λ values at the inlets 300 .

Fig. 2 zeigt eine luftgekühlte Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren im anabatischen Verfahren. Die Einlaß-Radialkanäle 300 und die Überströmkanäle 320 sind am unteren Totpunkt angeordnet und die Auslaß-Axialkanäle 340 im Zylinderkopf. Der einfache Schubstangenkolben 240 ist doppelwirkend. Der Kompressionsraum 325 ist durch einen Verschlußdeckel 360 mit einem Dichtungsringlager 363 gegen das Triebwerksgehäuse abgedichtet. Die Länge des Kolbenmantels 260 entspricht dem Innendurchmesser der Überströmkanäle 320. Die Kolbenkühlung erfolgt durch eine zentrale Zu- und Rückführung des Kühlfluids im Kolbenschaft 250; die Abdichtung durch Kolbenringe 290, 292, 292 im kurzen Kolbenmantel 260. Die Lagerung des Zapfens enthält eine Präzisionszentrierung durch zwei Exzenterringe. Fig. 2 shows an air-cooled internal combustion engine for the two-stroke method in anabatischen method. The inlet radial channels 300 and the overflow channels 320 are arranged at the bottom dead center and the outlet axial channels 340 in the cylinder head. The simple push rod piston 240 is double-acting. The compression chamber 325 is sealed against the engine housing by a cover 360 with a sealing ring bearing 363 . The length of the piston skirt 260 corresponds to the inside diameter of the overflow channels 320 . The piston is cooled by a central supply and return of the cooling fluid in the piston skirt 250 ; sealing by piston rings 290, 292, 292 in the short piston skirt 260 . The bearing of the pin contains a precision centering through two eccentric rings.

Fig. 3 zeigt eine Arbeitsmaschine mit einem Schaftkolben 200 und kolbenringlosem Mantel 220 mit Schraubennuten 224 in der Mantelgleitfläche 223. Der Drehschieber 410 besitzt einen Bund 402, auf dessen Flankenfläche die Stoffkraft des Druckfluids in der Druckkammer 403 wirkt. Die Druckkammer ist über - nicht eingezeichnete - Kanäle mit dem Sammelkanal 338 verbunden. Fig. 3 shows a working machine having a shaft piston 200 and piston ring loose cladding 220 with helical grooves 224 in the Mantelgleitfläche 223rd The rotary valve 410 has a collar 402 , on the flank surface of which the material force of the pressure fluid acts in the pressure chamber 403 . The pressure chamber is connected to the collecting channel 338 via channels (not shown).

Fig. 4 zeigt eine Abwicklung der Steuerspiegelfläche einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren mit Überströmkanälen 320. Die Verbindung von Auslaß-Radialkanal 310 mit dem Auslaß-Axialkanal 340 ist über einen Verbindungskanal 339 möglich. Die relative Stellung der Steuerkanten 301, 331 von der Drehhülse 400, dem Drehschieber 410 und den Kanalöffnungen mit der korrespondierenden Kolbenstellung entspricht der Verdichtungsphase. Wenn sich die Steuerkanten nach rechts bewegen öffnen sich die Einlaß-Radialkanäle 300 und die Auslaßkanäle bleiben verschlossen. Durch die gleichmäßige Verteilung der Kanalöffnungen ist die Drehrichtung des Steuerorgans nach beiden Richtungen möglich. Fig. 4 is a developed view of the control mirror surface shows an internal combustion engine of the two-stroke method with overflow 320th The connection from the outlet radial channel 310 to the outlet axial channel 340 is possible via a connecting channel 339 . The relative position of the control edges 301, 331 of the rotary sleeve 400 , the rotary slide 410 and the channel openings with the corresponding piston position corresponds to the compression phase. When the control edges move to the right, the inlet radial channels 300 open and the outlet channels remain closed. Due to the even distribution of the channel openings, the direction of rotation of the control element is possible in both directions.

Fig. 5 zeigt in den Einzelbildern a-f verschiedene Triebwerke für Ein- oder Mehrzylinder-Reihenanordnungen. Das Grundlager 140 und das Hohlrad 150 der Steuerverzahnung sind wegen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die möglichen Ausgestaltungen der Schwingachsen 100, der Exzenterwellen 120 und ihrer Verbindungen zu Wangen 110 oder untereinander, bei Ein- und Mehrzylinder-Reihenanordnungen, sind ausführlich unter der Merkmalgruppe 1.3. beschrieben. Besonders hervorzuheben sind lediglich die Außenverzahnung 139 in Fig. 5b des Exzenterlagers 130 der beiden Einzeltriebwerke, die eine beliebige Drehkraftübertragung auf eine (nicht gezeigte) Antriebswelle gestattet. Das Kupplungsteil 151 mit Ritzel 155 dient hauptsächlich zur Verbindung von zwei Wellenscheiben 125. In Fig. 5d ist eine Anordnung zum Ausgleich der Verdrehflankenspiele zwischen den Zahneingriffsflächen am Hohlrad 150 und am Ritzel 155 durch das Nebenritzel 156 mit Torsionshülse 157, Kegelverbindung 158 und Dehnschraube 159 schematisch eingezeichnet. Fig. 5 shows in the frames af various engines for single or multi-cylinder in-line arrangements. The base bearing 140 and the ring gear 150 of the control toothing are not shown for reasons of clarity. The possible configurations of the oscillating axes 100 , the eccentric shafts 120 and their connections to cheeks 110 or with one another, in the case of single and multi-cylinder in-line arrangements, are detailed under feature group 1.3. described. Of particular note are only the external teeth 139 in FIG. 5b of the eccentric bearing 130 of the two individual engines, which allows any torque transmission to a drive shaft (not shown). The coupling part 151 with pinion 155 is mainly used to connect two shaft washers 125 . In Fig. 5d, an arrangement to compensate for the Verdrehflankenspiele between the tooth engagement surfaces on the ring gear 150 and the pinion 155 through the side pinion 156 with torsion sleeve 157, conical connection 158 and jack screw 159 is shown schematically.

Fig. 6 zeigt eine Axialanordnung einer 6-Zylindermaschine mit zentraler Antriebswelle und 9 axialen Sammelkanälen 305. Fig. 6 shows an axial arrangement of a 6-cylinder engine with a central drive shaft 9 and the axial collection channels 305th

Fig. 7 zeigt eine 8-Zylindermaschine in Boxeranordnung und 4 axialen Sammelkanälen 305 bei 4 Einlaßkanälen pro Zylinder. Die Gesamtbaubreite entspricht einem 5fachen Hub s. Fig. 7 shows an 8-cylinder engine in boxer arrangement and 4 axial collection channels 305 at 4 inlet ducts per cylinder. The overall width corresponds to a 5-fold stroke s.

Fig. 17 zeigt eine Anordnung für ein stufenloses und variables Verdichtungsverhältnis nach Merkmalgruppe 6.2. Die Schubstange ist geteilt in Außenschaft 251 und Innenschaft 252. Eine Steuerscheibe 600 bewirkt über die Eingriffsflächen am Außenschaft 251 eine stufenlose Längenänderung der Schubstange 250 durch die Bewegungsschraubenverbindung zwischen dem Außenschaft 251 und dem Innenschaft 252. Fig. 17 shows an arrangement for a continuously variable compression ratio and variable group by feature 6.2. The push rod is divided into outer shaft 251 and inner shaft 252 . A control disk 600 effects a stepless change in length of the push rod 250 via the engagement surfaces on the outer shaft 251 through the movement screw connection between the outer shaft 251 and the inner shaft 252 .

Fig. 18 zeigt das Schema einer Brennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung. Die zentrale Verbrennung eines beliebigen Brennstoffs in einer Brennkammer 82 erzeugt Brenngase, die über Umlenkflächen 83 in mehrere Wärmeübertrager 84 eingeleitet werden. Das Steuerorgan einer Arbeitsmaschine zwingt das gasförmige Arbeitsmedium (z. B. Helium) durch Gaskanäle 81 zu einem zyklischen Prozeß (Kreisprozeß) mit ständiger Aufnahme von thermischer Energie, Expansion der Heißgase und Kühlung. Ein Teil der Wärmeenergie wird zur Vorwärmung der Brennluft benutzt. Fig. 18 shows the scheme of an internal combustion engine with external combustion. The central combustion of any fuel in a combustion chamber 82 generates fuel gases which are introduced into a plurality of heat exchangers 84 via deflection surfaces 83 . The control element of a work machine forces the gaseous working medium (eg helium) through gas channels 81 to a cyclic process (circular process) with constant absorption of thermal energy, expansion of the hot gases and cooling. Part of the thermal energy is used to preheat the combustion air.

Fig. 19 zeigt die Struktur der Gaskanäle im Wärmeübertrager 84, wobei die Gaskanäle 85 für das Arbeitsmedium von den Kanälen für die Brenngase 86 durch Trennwände 87 geschieden sind, die periodisch einen Teil der Wärmeenergie speichern können. Fig. 19 shows the structure of the gas passages in the heat exchanger 84, wherein the gas passages are separated 85 for the working medium from the channels for the combustion gases 86 by partitions 87 which can store a part of the heat energy periodically.

Claims (10)

Kraft- und Arbeitsmaschine mit Verdrängerwirkung;
  • - in Einzylinderausführung;
  • - in Mehrzylinderausführung, in Axial- oder Radialanordnung; oder in Einreihen-, Doppelreihen-, Boxer-, H-, V 90- oder X 90-Anordnung;
  • - mit Hubkolben, einfach- oder doppelwirkend; und mit
  • - Kurbeltrieb und Welle, einteilig oder gebaut;
  • - Luft- oder Flüssigkeitskühlung der Verdrängungskammer;
  • - periodischer Steuerung des Arbeitsfluidwechsels durch Hubventile und Kurvengetriebe im Zylinderkopf; oder durch
    Flachdrehschieber mit ebener Steuerspiegelfläche; oder durch
    Drehschieber, die den Kolben umgeben, und Öffnungen in der Zylinderwand und im Zylinderkopf für den Ein- und Auslaß des Arbeitsfluids, oder das Laden und Spülen des Arbeitsfluids;
  • - unbeschichteter oder beschichteter Zylinderlauffläche, insbesondere bei Leichtmetallegierungen mit Beschichtungen aus anderen Metallen, Graphit, Carbiden oder Kunststoffen;
  • - Plasmabeschichtung von Metallen mit anderen Metallen oder mit oxidkeramischen oder nichtoxidkeramischen Werkstoffen;
  • - eingegossenen oder eingezogenen Laufbüchsen;
  • - Verstärkungen aus oxid- oder nichtoxidkeramischen Mineralfasern in Leichtmetallegierungen, insbesondere Al₂O₃- und SiC-Fasern;
  • - Druckumlaufschmierung der Rotationsteile;
  • - einteiligem Zylinder und Zylinderkopf, Zylinder und Kurbelgehäuse oder mit Trennungsebenen zwischen diesen Elementen;
  • - mehrteiligem, zylindrischen Kolben und Flüssigkeitskühlung des Kolbenbodens, insbesondere Ölkühlung, zylindrischer Schubstange mit Fluidkanal, Kolbenringen für das Abdichten des Laufspiels zwischen Kolbenmantel und Gleitbahn und für das Abstreifen des Schmierfilms, insbesondere in Minuten-, Nasen-, oder L-Ring Ausführung, einschließlich der Ringstoßfixierung;
  • - Lagerung der Drehachsen, Wellen und andere Rotationsteile
    in hydrodynamisch geschmierten Axiallagern,
    in hydrodynamisch geschmierten Radiallagern mit Lagerbuchsen oder Lagerschalen, und Ringnuten, Schmiertaschen, Schmierrillen und Zuführungsbohrungen;
  • - in Mehrflächengleitlager-Ausführung;
  • - in Wälzlager in Radial- oder Axialausführung, insbesondere mit keramischen Wälzkörpern und Ringen;
  • - Schraubenverbindung mit peripher-radialer Schlitzanordnung im Schraubenkopf, für den formflüssigen Eingriff einer Drehwerkzeugspitze zum unverwechselbaren Verschrauben der lösbaren Verbindung durch ein Werkzeug mit fest eingestelltem Anziehmoment, insbesondere für Dehn- und Paßschrauben;
  • - Doppelexzenterscheiben für Achsenverschiebung;
Power and work machine with displacement effect;
  • - in single cylinder design;
  • - in multi-cylinder design, in axial or radial arrangement; or in single-row, double-row, boxer, H, V 90 or X 90 arrangement;
  • - with reciprocating piston, single or double acting; and with
  • - crank mechanism and shaft, one-piece or built;
  • - Air or liquid cooling of the displacement chamber;
  • - Periodic control of the working fluid change through lift valves and cam gears in the cylinder head; or by
    Flat rotary valve with flat control mirror surface; or by
    Rotary valves surrounding the piston and openings in the cylinder wall and in the cylinder head for the inlet and outlet of the working fluid, or the loading and flushing of the working fluid;
  • - Uncoated or coated cylinder running surface, especially in light metal alloys with coatings made of other metals, graphite, carbides or plastics;
  • - plasma coating of metals with other metals or with oxide-ceramic or non-oxide-ceramic materials;
  • - cast or retracted liners;
  • - Reinforcements made of oxide or non-oxide ceramic mineral fibers in light metal alloys, in particular Al₂O₃ and SiC fibers;
  • - circulating pressure lubrication of the rotating parts;
  • - one-piece cylinder and cylinder head, cylinder and crankcase or with separation levels between these elements;
  • - Multi-part, cylindrical piston and liquid cooling of the piston crown, in particular oil cooling, cylindrical push rod with fluid channel, piston rings for sealing the running clearance between the piston skirt and slideway and for stripping the lubricating film, especially in minutes, nose or L-ring version, including the ring joint fixation;
  • - Storage of the axes of rotation, shafts and other rotating parts
    in hydrodynamically lubricated axial bearings,
    in hydrodynamically lubricated radial bearings with bearing bushes or bearing shells, and ring grooves, lubrication pockets, lubrication grooves and feed bores;
  • - in multi-surface plain bearing design;
  • - In rolling bearings in radial or axial design, especially with ceramic rolling elements and rings;
  • - Screw connection with peripheral-radial slot arrangement in the screw head, for the fluid engagement of a turning tool tip for the unmistakable screwing of the detachable connection by a tool with a fixed tightening torque, in particular for expansion and fitting screws;
  • - Double eccentric discs for axis shift;
insbesondere eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
  • - im Zweitaktverfahren mit Mischungsschmierung und mit Einzelkolben oder mit gegenläufigen Kolben; und mit
  • - Gleichstromspülung, Quer- oder Umkehrspülung;
  • - im Viertaktverfahren mit Verdichtung der Frischgase; und mit
  • - direkter Einspritzung des Brennstoffs in den Brennraum, oder indirekter Einspritzung in den Einlaßkanal oder in unterteilten Brennräumen;
  • - Selbstzündung oder Fremdzündung, insbesondere Mehrfach- und Kennfeldzündung;
  • - selbstansaugend mit einem abgestimmten Einlaß-Auslaßsystem auf die Zylinderanzahl und die Zylinderanordnung;
  • - Druckaufladung des Arbeitsfluids durch Laderpumpen, oder durch die Kolbenunterseite;
  • - Kühlung der Frischgase;
  • - Abgasrückführung in den Brennraum;
  • - Katalysatoren in dem Abgaskanal;
  • - besonders ausgebildetem Brennraum im Zylinderkopf oder im Kolbenboden;
  • - Vor- und Wirbelkammer;
  • - Ladungsschichtung im Brennraum und/oder Verwirbelung des Brennstoff- Luftgemisches;
  • - Keramikbauteilen in den Auslaßkanälen und am Kolbenboden;
in particular an internal combustion engine
  • - in the two-stroke process with compound lubrication and with single pistons or with opposed pistons; and with
  • - DC flushing, cross or reverse flushing;
  • - in the four-stroke process with compression of the fresh gases; and with
  • - Direct injection of the fuel into the combustion chamber, or indirect injection into the inlet duct or in divided combustion chambers;
  • - compression ignition or spark ignition, in particular multiple and map ignition;
  • - Self-priming with a matched intake-exhaust system to the number of cylinders and the cylinder arrangement;
  • - Pressure charging of the working fluid by supercharger pumps, or by the underside of the piston;
  • - cooling of fresh gases;
  • - exhaust gas recirculation into the combustion chamber;
  • - catalysts in the exhaust duct;
  • - Specially designed combustion chamber in the cylinder head or in the piston crown;
  • - front and swirl chamber;
  • - Charge stratification in the combustion chamber and / or swirling of the fuel-air mixture;
  • - Ceramic components in the outlet channels and on the piston crown;
und Nebenaggregate für das Zünden, Regeln, Schmieren, Kühlen, Filtern, Einspritzen oder Vergasen des Brennstoffs, Anlassen, Pumpen, Speichern, Entgiften der Abgase und Vorrichtungen für das Dämpfen von Schallwellen und Schwingungen;and auxiliary units for ignition, control, lubrication, cooling, filtering, Injecting or gasifying the fuel, starting, pumping, storing, Detoxification of exhaust gases and devices for damping sound waves and vibrations; oder eine Kraftmaschine mit äußerer Erzeugung des Druckfluids,
  • - im offenen Prozeß betrieben,
    • - mit Heißgas oder Abgas, insbesondere durch Freikolbengaserzeuger,
    • - mit Druckluft oder anderen Druckgasen,
    • - mit inkompressiblen Medien, insbesondere Druckfluide, die eine Lageenergie ausnützen;
  • - im geschlossenen Kreisprozeß betrieben, mit einer äußeren Verbrennung des Brennstoffs,
    • - mit Helium als Arbeitsfluid, und Rückkühlung nach der Expansionsphase,
    • - Im Zweizylinderverfahren mit einem Regenerator zwischen den Zylindern und isentrope oder isotherme Expansion des Arbeitsfluids im theoretischen Prozeß;
or an engine with external generation of the pressure fluid,
  • - operated in an open process,
    • with hot gas or exhaust gas, in particular from free-piston gas generators,
    • - with compressed air or other compressed gases,
    • - With incompressible media, especially pressurized fluids, which utilize a positional energy;
  • - operated in a closed cycle, with external combustion of the fuel,
    • - with helium as working fluid, and recooling after the expansion phase,
    • - In the two-cylinder process with a regenerator between the cylinders and isentropic or isothermal expansion of the working fluid in the theoretical process;
oder eine Arbeitsmaschine zum Fördern und Verdichten eines Arbeitsfluids in
  • - Einzel- oder Stufenanordnung als
    • - Pumpen zum Fördern von inkompressiblen Medien oder von Gasen, oder
    • - Kompressoren zum Verdichten von kompressiblen Medien, insbesondere Wärmepumpen;
or a work machine for conveying and compressing a working fluid in
  • - Single or step arrangement as
    • - Pumps for conveying incompressible media or gases, or
    • - Compressors for compressing compressible media, especially heat pumps;
gekennzeichnet durch folgende Merkmalgruppen und Merkmale:
1. Triebwerk zur Umwandlung einer geradlinigen, hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung, beschrieben durch die
1.1. kinematische Bewegung von zwei Punkten (P, Q),
1.1.1. die starr miteinander verbunden sind,
1.1.2. einen fixen Abstand r haben,
1.1.3. in einer Bewegungsebene liegen,
1.1.4. und äquidistant,
1.1.5. mit der konstanten negativen Winkelgeschwindigkeit -ω
1.1.6. um ihre gemeinsame Medianachse (M) rotieren,
1.1.6.1 die Medianachse (M) ist eine Normale der Bewegungsebene,
1.1.6.2. und rotiert simultan,
1.1.6.3. mit der konstanten positiven Winkelgeschwindigkeit ω
1.1.6.4. im Abstand r/2,
1.1.6.5. um eine zur Medianachse (M) parallele und fixe Zentralachse (Z),
1.1.7. einfache und mathematisch exakte Formalisierung von Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung als Funktion des Drehwinkels der Medianachse (M) um die Zentralachse (Z);
1.2. kinetische Realisierung des kinematischen Systems der Merkmalgruppe 1.1., so daß die
1.2.1. bewegten, realen Massen,
1.2.1.1. entweder aus zwei identischen Kolben nach Merkmalgruppe 2,
1.2.1.1.1. deren externe Schwerpunkte (außerhalb des kinematischen Systems) durch eine lineare Translation auf der Zylinderachse auf einen der beiden bewegten Punkte (P, Q) kongruent verschiebbar sind,
1.2.1.2. oder aus einem Kolben nach Merkmalgruppe 2 und Ausgleichsmassen (A), wobei
1.2.1.2.1. zwei gleichgroße Ausgleichsmassen (A),
1.2.1.2.2. interne Schwerpunkte haben (innerhalb des kinematischen Systems),
1.2.1.3. zwei isobare Massen bilden,
1.2.1.3.1. die als Massepunkte auf die beweglichen Punkte (P, Q) der kinematischen Bewegung reduzierbar sind, und
1.2.1.3.2. harmonische, lineare Oszillationsbewegungen ausführen,
1.2.1.3.2.1. mit einer Phasenwinkeldifferenz von π/2 rad,
1.2.1.3.2.2. und einer Amplitude r der Massenpunkte auf
1.2.1.3.2.3. mindestens zwei zueinander orthogonalen Wirkgeraden (W),
1.2.1.3.2.3.1. die in parallelen Bewegungsebenen liegen,
1.2.1.3.2.3.2. von denen nur eine die Hauptachse eines Zylinders einer Hubkolbenmaschine ist, oder
1.2.1.3.2.3.3. von denen zwei die Hauptachsen von zwei Zylindern einer Hubkolbenmaschine sind,
1.2.1.3.3. und mit den restlichen, ausschließlich rotierenden Massen eines Triebwerks eine kinetische Einheit bilden;
1.3. mechanische Konkretisierung der Triebwerkdynamik der Merkmalgruppe 1.2. durch die Struktur der folgenden Maschinenelemente:
1.3.1. Schwingachse (100),
1.3.1.1. ihre geometrische Achse ist eine Normale der Bewegungsebene und der Zylinderachse, und der Schnittpunkt mit der Bewegungsebene erzeugt einen der bewegten kinematischen Punkte (P, Q),
1.3.1.2. sie ist eine zylindrische Hohlachse, wahlweise mit
1.3.1.2.1. zylindrischer Aussparung (101), oder
1.3.1.2.2. tonnenförmiger Aussparung (102) bei einem Mittenlager, oder
1.3.1.2.3. halbtonnenförmiger Aussparung (103) bei einer Zapfenachse (106),
1.3.1.3. sie ist eine drehende Achse (Drehachse)
1.3.1.3.1. für ein Schubstangenlager, dessen Regellänge kleiner als der Kolbendurchmesser ist, oder
1.3.1.3.2. für ein Schaftkolbenlager, dessen Regellänge mindestens dem Kolbendurchmesser entspricht,
1.3.1.3.3. sie ist einstückig mit zwei Wangen (110) oder zwei Wellenscheiben (125) durch runde oder elliptische Übergänge verbunden, bei einem geteilten Schubstangen- oder Schaftkolbenlager,
1.3.1.3.4. sie ist mehrteilig gebaut und lösbar zusammengesetzt mit den Wangen (110) oder den Wellenscheiben (125), bei einem ungeteilten Schubstangen- oder Schaftkolbenlager - insbesondere bei Doppelkolben in diametraler Anordnung - durch
1.3.1.3.4.1. reibschlüssige Kegel-, Preß-, oder Spannverbindungen, oder
1.3.1.3.4.2. formschlüssige Polygonverbindung oder Kerbverzahnung; oder
1.3.1.4. sie ist eine nichtdrehende Achse (Festachse), drehbar in einer Wangen- oder Wellenscheibenbohrung gelagert,
1.3.1.4.1. als Bolzenachse (105),
1.3.1.4.1.1. fest mit dem ungeteilten Schubstangenlager verbunden, oder
1.3.1.4.1.2. einstückig an dem Schubstangenfuß durch runde oder elliptische Übergänge angeformt; oder
1.3.1.4.2. als Zapfenachse (106)
1.3.1.4.2.1. fest an der Kolbenmantelbasis eines Schaftkolbens durch runde oder elliptische Übergänge angeformt,
1.3.1.4.2.1.1. einteilig, aus einem durchgehenden Zapfen, oder
1.3.1.4.2.1.2. zweiteilig, aus zwei diametralen Außenzapfen;
1.3.1.5. sie hat Kanäle und Bohrungen, oder Innere konzentrische Leitrohre für die Führung eines Kühl- und Schmierfluids;
1.3.2. Wange (110),
1.3.2.1. sie dreht sich frei um die Medianachse (M),
1.3.2.2. und hat eine elliptische Grundform,
1.3.2.3. sie enthält die Lagerbohrungen der nichtdrehenden Achsen nach der Merkmalgruppe 1.3.1.4., wobei sie einstückig mit einer Exzenterwelle nach Merkmalgruppe 1.3.3.2. verbunden ist, oder
1.3.2.4. sie ist das Verbindungselement
1.3.2.4.1. von zwei drehenden Achsen nach Merkmalgruppe 1.3.1.3., oder
1.3.2.4.2. von einer Drehachse nach Merkmalgruppe 1.3.1.3. mit einer Exzenterwelle nach Merkmalgruppe 1.3.3.2.,
1.3.2.5. und ist der Träger der angeformten Ausgleichsmassen (A) der gesamten oszillierenden Masse,
1.3.2.5.1. mit symmetrisch zu der Wirkgeraden (W) angeordneten Kalibrierpunkten (111) für die Masseneichung,
1.3.2.6. mit Abschrägungen (112) zu den Schwingachsen (100) oder den Exzenterwellen (121) nach Merkmalgruppe 1.3.3.2.,
1.3.2.7. und Kanälen für die Führung eines Kühl- und Schmierfluids;
1.3.3. Exzenterwelle (120),
1.3.3.1. ihre geometrische Achse ist die Medianachse (M) des kinematischen Systems mit der Exzentrizität e = r/2,
1.3.3.2. sie ist eine einfache zylindrische Welle (121) ohne Ausgleichsmasse, und hat
1.3.3.2.1. bei einfacher Lagerung in einem Exzenterlager (130) einen Außendurchmesser, der maximal dem Fußkreisdurchmesser der Ritzelverzahnung nach Merkmal 1.4.1.2.2. entspricht, sofern das Ritzel zwischen Wange (110) und Exzenterlager (130) liegt, oder
1.3.3.2.2. einen Außendurchmesser, der mindestens dem Kopfkreisdurchmesser der Ritzelverzahnung nach Merkmal 1.4.1.2.2. entspricht, sofern das Ritzel am Wellenende liegt, oder
1.3.3.2.3. bei zweifacher Lagerung in einem Exzenterlagerpaar, ist sie eine abgesetzte Welle (122), wobei der wangenseitige Wellendurchmesser mindestens dem Kopfkreisdurchmesser der Ritzelverzahnung nach Merkmal 1.4.1.2.2. entspricht, und der Durchmesser des Wellenabsatzes kleiner als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung abzüglich der Lagerwandstärke im Exzenterlager ist,
1.3.3.2.4. mit Aussparungen nach Merkmalgruppe 1.3.1.2., oder sie ist eine
1.3.3.3. Wellenscheibe (125), mit einem
1.3.3.3.1. Regeldurchmesser, der mindestens der Summe aus Schwingachsendurchmesser und dem Radius r entspricht,
1.3.3.3.2. mit den Ausgleichsmassen (A) der gesamten oszillierenden Masse innerhalb der Wellenscheibe (125), den Kalibrierpunkten, den Ausnehmungen (126) und den Verrippungen (127) um den Schwingachsenbereich,
1.3.3.3.2.1. mit einer Anbindung der Schwingachse nach Merkmalgruppe 1.3.1.3. an die Wellenscheibe (125), oder
1.3.3.3.2.2. mit einer Lagerbohrung (128) für nichtdrehende Achsen nach Merkmalgruppe 1.3.1.4.; oder sie ist
1.3.3.3.3. ohne Ausgleichsmassen (A) innerhalb der Wellenscheibe (125) für mindestens zwei orthogonal wirkende Kolben, und
1.3.3.3.3.1. Anbindung von zwei Schwingachsen nach Merkmalgruppe 1.3.1.3.,
1.3.3.3.3.2. oder der Anordnung von zwei Lagerbohrungen nach Merkmalgruppe 1.3.1.4,
1.3.3.4. mit Kanälen, Ringnuten und Bohrungen für die Führung eines Kühl- und Schmierfluids;
1.3.4. Exzenterlager (130) für Exzenterwellen nach Merkmalgruppe 1.3.3.,
1.3.4.1. seine geometrische Achse ist die Zentralachse (Z) des kinematischen Systems, und
1.3.4.2. es besteht aus einer zylindrischen Kreisscheibe, deren
1.3.4.2.1. Außendurchmesser größer als die Summe aus Exzenterwellendurchmesser und dem Radius r ist, und die
1.3.4.2.2. drehbar am Grundlager (140) des Triebwerkgehäuses gelagert ist,
1.3.4.2.2.1. in Einzelanordnung (131) oder in
1.3.4.2.2.2. Lagerpaaranordnung (132) für abgesetzte Exzenterwellen nach Merkmal 1.3.3.2.3.,
1.3.4.2.3. sie enthält die exzentrischen Lagerbohrungen der Exzenterwellen
1.3.4.2.3.1. als Einfachlager (133) für die allgemeine Exzenterwelle (120),
1.3.4.2.3.2. oder als Doppellager (134) für zwei Exzenterwellen in radialer Anordnung, deren Außendurchmesser kleiner als der Radius r ist, insbesondere mit den Radialwinkeln 2π/2 und 4π/5 rad,
1.3.4.2.3.2.1. mit einer doppelten Lagerbreite (138) bei nebeneinander rotierenden Wellenscheiben (125),
1.3.4.2.4. und die Ausgleichsmassen der gesamten reduzierten oszillierenden und der exzentrisch rotierenden Triebwerksmassen, mit den
1.3.4.2.4.1. Ausnehmungen (136) und den Verrippungen (137) um die Lagerbohrung,
1.3.4.2.5. oder sie ist ein Zweifachlager (135) ohne Ausgleichsmassen, für zwei gleiche diametrale Exzenterwellen nach Merkmal 1.3.3.2.1.,
1.3.4.2.6. mit mehreren Umfangsbohrungen für die Führung eines Kühl- und Schmierfluids, und
1.3.4.2.7. wahlweise mit einer Außenverzahnung (139) eines Teils der Lagerbreite zwischen den Lagerflächen des Exzenterlagers, so daß der Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung dem Innendurchmesser des Grundlagers entspricht, und den Eingriff mit den Stirnrädern einer parallel angeordneten Hauptantriebswelle;
1.3.5. Grundlager (140),
1.3.5.1. es ist koaxial zu dem Exzenterlager angeordnet,
1.3.5.2. sein Innendurchmesser entspricht dem Außendurchmesser des Exzenterlagers (130) und
1.3.5.3. sein Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser der Triebwerksgehäusebohrung, wobei
1.3.5.4. die Breite der Gleit- oder Wälzfläche des Grundlagers (140) der Breite der Exzenterlageranordnung entspricht,
1.3.5.5. es ist geteilt, oder
1.3.5.6. geschlossen, und
1.3.5.6.1. wahlweise einstückig verbunden mit einem Hohlrad (150) nach Merkmalgruppe 1.4.1.1.,
1.3.5.7. es ist gegen das Triebwerkgehäuse axial und tangential justierbar, oder
1.3.5.8. es ist ein integraler Bestandteil des Triebwerkgehäuses,
1.3.5.9. und ist mit Ringnuten, Kanälen und Bohrungen für die Führung eines Kühl- und Schmierfluids versehen;
1.4. Steuerung der Rotationsbewegung der Medianachse (M) und der Exzenterwelle (120)
1.4.1. durch ein Umlaufgetriebe bestehend
1.4.1.1. aus einem innenverzahnten Hohlrad (150) am Grundlager (140),
1.4.1.1.1. koaxial zu der Zentralachse (Z) des Triebwerks,
1.4.1.1.2. der Teilkreisdurchmesser ist identisch mit dem Kolbenhub 2r,
1.4.1.1.3. es ist gerade oder schräg verzahnt,
1.4.1.1.4. feststehend und
1.4.1.1.5. justierbar an dem Triebwerksgehäuse befestigt,
1.4.1.1.6. die Stellung im Triebwerk ist bedingt von der Art der Exzenterwelle und ihrer Reihenanordnung,
1.4.1.1.6.1. es liegt zwischen Wange (110) und Exzenterlager (130) bei einer Exzenterwelle nach Merkmal 1.3.3.2.1., oder
1.4.1.1.6.2. zwischen zwei Exzenterlagern (130) bei einer Exzenterwelle nach dem Merkmal 1.3.3.2.3., wobei die Breite des Hohlrades größer ist als die doppelte Breite des Ritzels (155) bei zwei unabhängig umlaufenden Ritzeln (155), oder
1.4.1.1.6.3. nur an den Wellenenden einer Einzylinder- oder einer Mehrzylinderexzenterwelle nach Merkmal 1.3.3.2.2., und aus einem
1.4.1.2. umlaufenden außenverzahnten Ritzel (155),
1.4.1.2.1. koaxial zur Medianachse (M) des Triebwerks,
1.4.1.2.2. der Teilkreisdurchmesser ist identisch mit dem Radius r,
1.4.1.2.3. mit einer Verzahnung passend zu Merkmal 1.4.1.1.3., und
1.4.1.2.4. fest mit der umlaufenden Exzenterwelle (120) verbunden in der gleichen Stellung wie das Hohlrad (150), und
1.4.1.2.5. wahlweise als formschlüssiges Kupplungsteil (151) axial einsteckbar zwischen zwei nebeneinanderliegenden Exzenterwellen (120),
1.4.1.3. oder durch ein Umlaufgetriebe nach Merkmalgruppe 1.4.1., dessen Teilkreisdurchmesser des Hohlrades größer ist als der Kolbenhub und das mit der Exzenterwelle (120) über eine Kreuzscheibenkupplung gekoppelt ist (Doppelschleifengetriebe),
1.4.2. Spielausgleich des Verdrehflankenspiels zwischen den Zahneingriffsflächen am Hohlrad (150) und am Ritzel (155) durch eine
1.4.2.1. breitere Verzahnung des Hohlrades (150) und ein
1.4.2.2. koaxiales Nebenritzel (156),
1.4.2.2.1. das verbunden ist mit einer Torsionshülse (157) und
1.4.2.2.2. über eine Kegelverbindung (158) auf der Exzenterwellenachse zentriert ist, und mit einer Dehnschraube (159) lösbar befestigt ist, und
1.4.2.2.3. gegenüber dem Ritzel (155) um einen Vorspannwinkel gedreht ist,
1.4.2.2.4. und mit Dämpfungselementen zwischen den Ritzeln, insbesondere axial wirkende Reibbeläge oder Ringfedern; oder
1.4.2.3. durch einen Vorspannwinkel zwischen den Hohlrädern (150) eines Exzenterwellenabschnitts;
2. Hubkolben, in der Ausführung als
2.1. Schaftkolben (200), er besteht aus den Elementen:
2.1.1. Kolbenboden (210), mit Steuerfunktion der Bodenoberkante, aus
2.1.1.1. einer ebenen oder sphärisch konvexen Kreisscheibe,
2.1.1.1.1. mit konstanter Bodenstärke und angeformten radialen Verstärkungsrippen, innen am Kolbenboden und am oberen Kolbenmantel, oder
2.1.1.1.2. mit zunehmender Bodenstärke von der Kolbenbodenmitte zu dem Kolbenbodenrand,
2.1.2. Schaftkolbenmantel (220) mit Dichtungsfunktion der Mantelfläche,
2.1.2.1. aus einem dünnwandigen, kreiszylindrischen Hohlzylinder (221),
2.1.2.1.1. wobei das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser abhängig ist von dem Stoffdruck, von der Festigkeit des Werkstoffs, von der Kühlungsart, der Drehfrequenz und der inneren Verrippung,
2.1.2.2. die Gesamtlänge ist größer als die Summe aus dem Kolbenhub und dem Schwingachsendurchmesser,
2.1.2.3. er übernimmt die Funktion einer Schubstange,
2.1.2.4. mit Übergängen an das Schaftkolbenlager und Verstärkungsrippen zwischen Kolbenmantel und Schaftkolbenlager,
2.1.2.5. mit Ausnehmungen (222) im Kolbenmantel in der Bewegungsebene an der Kolbenbasis, bis zu dem Gleitbereich des Kolbenmantels,
2.1.2.6. die Mantelgleitfläche (223) ist wahlweise
2.1.2.6.1. kolbenringlos
2.1.2.6.1.1. in die Mantelgleitfläche (223) sind schraubenförmige Nuten (224) mit halbrundem Nutengrund (225) eingearbeitet,
2.1.2.6.1.1.1. ein- oder mehrgängig, oder
2.1.2.6.2. für Kolbenringe
2.1.2.6.2.1. in einer breiten Außenringnut (226) für eine Kolbenringanordnung nach Merkmalgruppe 2.5., begrenzt durch
2.1.2.6.2.1.1. eine achsennormale Feuerstegflanke (227), und
2.1.2.6.2.1.2. einer flachkegeligen Gegenflanke (228) wahlweise mit einem
2.1.3. Schaftkolbenlager (230), analog einem Bolzenlager für eine Drehachse nach Merkmalgruppe 1.3.1.3.,
2.1.3.1. innen am Schaftkolbenmantel (220) und an der Basis angeformt,
2.1.3.2. als einteiliges durchgehendes Lager, oder
2.1.3.3. als zweiteiliges diametrales Randlager, oder
2.1.3.4. als zentrales Mittenlager, analog dem Lagerstuhl (255) der Schubstange nach Merkmalgruppe 2.2.3. ausgebildet,
2.1.3.5. in geschlossener Ausführung, oder
2.1.3.6. in der Mitte gerade oder schräg geteilt, und durch eine lösbare Dehnschraubenverbindung mehrfach verschraubt, die
2.1.3.6.1. einen Lagerstuhl mit einem Lagerdeckel, oder
2.1.3.6.2. zwei diametrale Lagerstühle eines Doppelbodenschaftkolbens verbindet, oder mit
2.1.4. Zapfenachsen (106) nach Merkmalgruppe 1.3.1.4.2.,
2.1.4.1. mit aufgezogenen Laufbüchsen (229) aus Stahllegierungen für Gleit- oder Wälzlager bei Leichtmetallegierungen;
2.1.5. Doppelschaftkolben, der aus zwei zur Achse des Schaftkolbenlagers symmetrischen Kolbenformen aus Kolbenboden (210) und Schaftkolbenmantel (220) besteht;
2.2. Schubstangenkolben (240), er besteht aus den Elementen:
2.2.1. Druckboden (245), aus einer
2.2.1.1. zur Kolbenachse konzentrischen und orthogonalen Kreisscheibe,
2.2.1.1.1. eben (246) oder sphärisch konvex, und sie ist
2.2.1.1.2. das Druckteil zur Konzentration der flächigen Stoffkraft,
2.2.1.1.2.1. mit konstanter Bodenstärke für Aussteifungs-Radialrippen (247),
2.2.1.1.2.2. oder selbstaussteifend durch zunehmende Bodenstärke von dem Druckbodenrand zu der Druckbodenmitte, und
2.2.1.1.3. Übergängen (248) zwischen den Druckbodenbegrenzungsflächen und den Innen- und Außenflächen einer Schubstange (250),
2.2.1.1.3.1. insbesondere elliptische oder parabelförmige Übergänge, und
2.2.1.1.4. starrer Verbindung zu einer koaxialen
2.2.2. Schubstange (250), aus einem
2.2.2.1. geraden und kurzen Hohlschaft,
2.2.2.1.1. mit einem Schubstangenverhältnis, das einem Pleuelstangenverhältnis r/l ab 1 : 2 entspricht, und
2.2.2.1.2. mit kreiszylindrischem oder elliptischem Querschnitt, und einen
2.2.3. Lagerstuhl (255),
2.2.3.1. mit Übergängen oder Anformungen zwischen Hohlschaft und Lagerstuhl,
2.2.3.2. ungeteilt für die Aufnahme einer Buchse, oder
2.2.3.3. geteilt für die Aufnahme eines Lagerdeckels (256) oder den Lagerstuhl einer diametral liegenden Schubstange,
2.2.3.3.1. für die Aufnahme von zwei Lagerschalen
2.2.3.3.1.1. mit koaxialem Lagerschalenrücken und Gleitfläche, für eine Relativbewegung mit zwei Freiheitsgraden zwischen den Lagerschalen und der Schwingachse, oder
2.2.3.3.1.2. mit einem Lagerschalenrücken, der aus einem Kreiszylinderabschnitt besteht, dessen Achse eine Normale der Schaft- und der Schwingachse ist, wobei der Radius des Lagerschalenrückens größer als der Außenradius der Schwingachse ist, für eine Relativbewegung mit vier Freiheitsgraden zwischen dem Lagerstuhl und der Schwingachse, wahlweise ausgestattet mit einem
2.2.4. Kolbenmantel (260) mit Dichtungsfunktion des Kolbenmantels und Steuerfunktion der Kolbenmantelkanten,
2.2.4.1. sein Außendurchmesser entspricht dem Gleitbahndurchmesser,
2.2.4.2. er besteht aus einer dünnwandigen kreiszylindrischen Hülse, und
2.2.4.3. ist durch Übergänge direkt mit dem Druckboden (245) verbunden,
2.2.4.4. die Mantellänge ist abhängig von der Wirkungsweise des Kolbens,
2.2.4.4.1. sie ist größer als die Gesamthöhe der Einlaß-Radialkanäle bei dem einfach wirkenden Kolben, oder
2.2.4.4.2. entspricht einem Viertel des Kolbenhubs bei einem doppelt wirkenden Kolben,
2.2.4.5. er hat eine Mantelgleitfläche nach Merkmalgruppe 2.1.2.6., und
2.2.4.6. Eingriffs- und Zentrierflächen für eine Teilkolbenkappe über dem Druckboden nach der Merkmalgruppe 2.3.1.4., bei den Ausführungen mit Kolbenkappe, oder
2.2.5. ohne Kolbenmantel für eine Integralkolbenkappe, wobei die Radialrippen (247) mit dem Druckboden (245) und der Schubstange verbunden sind, und die Eingriffsflächen für eine formschlüssige Verbindung, Zentrierflächen oder Anlageschultern nach Merkmalgruppe 2.3.1.4. für eine Kolbenkappe (270) aufweisen;
2.3. Kolbenkappe (270) als Teilkolbenkappe oder Integralkolbenkappe,
2.3.1. sie besteht aus einem kreiszylindrischen Kappenmantel (271),
2.3.1.1. dessen Außendurchmesser ist identisch mit dem Kolbendurchmesser,
2.3.1.2. mit einer Länge nach Merkmal 2.2.4.4. bei einem Schubstangenkolben ohne Kolbenmantel, oder
2.3.1.3. die nur einen Bruchteil der Gesamtlänge eines Schaft- oder Schubstangenkolbenmantels beträgt,
2.3.1.4. es ist axial gegenüber den Radialrippen an der Schubstange oder dem Kolbenmantel festgelegt durch ein
2.3.1.4.1. Innengewinde (272), insbesondere mit
2.3.1.4.1.1. kontinuierlichem Flach-, Trapez- oder Sägenprofil, oder
2.3.1.4.1.2. als Bajonettfassung, oder eine
2.3.1.4.2. Bajonettverbindung (273), die
2.3.1.4.2.1. radialverschieblich ist, durch achsennormale ebene Flanken der Ringnuten, oder
2.3.1.4.2.2. winkelverschieblich, durch konzentrische sphärische Flanken der Ringnuten, wobei das Zentrum der Kugelschalen zugleich der Mittelpunkt der sphärischen Fläche des Druckbodens (245) ist
2.3.1.4.3. oder eine Passungsbohrung mit Anlageschulter und Nut für einen Sprengring, und
2.3.1.5. die Mantelgleitfläche nach Merkmalgruppe 2.1.2.6. ausgebildet ist, und den Feuersteg eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine darstellt; sofern die Stirnfläche des Kappenmantels die Flanke der breiten Ringnut nach Merkmal 2.1.2.6.2.1.1. in einem Kolbenmantel ist, und
2.3.2. er ist einstückig verbunden mit einer ebenen Kreisscheibe, oder einer gewölbten Scheibe die der Druckbodenfläche folgt, mit isotropem Ausdehnungsverhalten bei Temperaturwechsel,
2.3.2.1. sie besteht aus einer dünnen Membranscheibe (275), und
2.3.2.1.1. sie ist mit geringem Abstand vor dem Druckboden befestigt, wobei der Abstand durch kalibrierte Distanzringe (276) zwischen den Anlagen festgelegt ist,
2.3.2.1.2. eine umlaufende Ringnut (277) an der Innenecke zwischen Membranscheibe (275) und Kappenmantel (271) verringert die Wandstärke des Kappenmantels (271) mit
2.3.2.1.2.1. einem trapezförmigen, ausgerundeten Querschnitt,
2.3.2.1.3. sie hat einen koaxialen Strahlteiler (278), und
2.3.2.1.4. sie besteht aus einem hitzebeständigem und gut wärmeleitenden Werkstoff mit abgestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, entweder aus einem Metall oder einer Metallegierung, oder aus einer Nichtoxidkeramik, insbesondere SiC,
2.3.2.2. oder sie ist eine Isolierscheibe,
2.3.2.2.1. die Scheibenstärke ist eine Funktion der festgelegten Temperaturdifferenz zwischen den beiden Oberflächen, und
2.3.2.2.2. sie berührt flächig den Druckboden (245), und
2.3.2.2.3. enthält eine oder mehrere Brennraummulden,
2.3.2.2.4. sie besteht aus einem hitzebeständigen und gut isolierenden Werkstoff, insbesondere eine Oxidkeramik wie Al₂O₃-TiO₂,
2.4. Kolbenkühlung durch Zuführung eines Kühlfluids über die Schwingachsenlager der Schwingachse (100), mit
2.4.1. Kühlung der Kolbenbodenmitte durch die
2.4.1.1. zentrale Zuführung des Kühlfluids
2.4.1.1.1. im Hohlschaft der Schubstange (250) eines Schubstangenkolbens,
2.4.1.1.2. oder in einem koaxialen Druckrohr (280), und
2.4.1.2. Rückführung in den Sammelraum
2.4.1.2.1. durch die Ringfläche zwischen Druckrohr (280) und Hohlschaft, und den Abflußbohrungen am Hohlschaftfuß, oder
2.4.1.2.2. über den offenen Ringspalt (281) zwischen dem Druckrohr und dem Kolbenboden eines Schaftkolbens; oder eine
2.4.2. integrale Flächenkühlung des Kolbenbodens, bei einer
2.4.2.1. zentralen Zuführung des Kühlfluids nach Merkmalgruppe 2.4.1.1.,
2.4.2.1.1. mit einer radialen Verteilung des Kühlfluids
2.4.2.1.1.1. im Flächenspalt zwischen der Membranscheibe (275) und dem Druckboden (245), oder über
2.4.2.1.1.2. halbrunde, offene Radialnuten in der Druckbodenfläche, oder über
2.4.2.1.1.3. Kanäle in den Radialrippen, mit übereinander versetzten Einmündungen an der zentralen Zuführungsstelle, und der
2.4.2.1.2. Umlenkung des Kühlfluidstroms in der Ringnut (277) der Kolbenkappe (270), und der
2.4.2.1.3. Rückführung in den Sammelraum über
2.4.2.1.3.1. den Zylinderflächenspalt zwischen der Druckbodenunterkante und der Ringnutkante der Kolbenkappe (270), oder über
2.4.2.1.3.2. einen Lochkranz im Kolbenmantel (220, 260), oder über
2.4.2.1.3.3. radiale Kanäle im Druckboden (245) oder in den Radialrippen (247)
2.4.2.1.3.3.1. mit unmittelbarem Abfluß in den Sammelraum, oder
2.4.2.1.3.3.2. über die Ringfläche nach Merkmal 2.4.1.2.1. abgeleitet; und
2.4.2.2. bei peripherer Zuführung des Kühlfluids über die Randlager oder die Zapfenachsen (106) eines Schaftkolbens, über
2.4.2.2.1. Steigkanäle innen am Schaftkolbenmantel (220), und
2.4.2.2.2. radialer Verteilung des Kühlfluids in Radial-, Stern-, oder Tangentialkanälen am Kolbenboden (210), und
2.4.2.2.3. Rückführung in den Sammelraum über
2.4.2.2.3.1. eine offene zentrale Sammelöffnung und direktem Abfluß, oder
2.4.2.2.3.2. über einzelne, tangential ausgerichtete, Abflußbohrungen der Kühlkanäle mit Anspritzung des oberen Kolbenmantels;
2.5. Kolbenringanordnung, die besteht aus
2.5.1. der alternativen Folge von Dichtringen aus mehreren radial verformbaren, elastischen Rechteckringen mit Ringstoß, im einzelnen aus
2.5.1.1. gleitenden Außenringen (290) mit breiter Gleitfläche,
2.5.1.1.1. deren Außendurchmesser im entspannten Zustand größer ist, als der Innendurchmesser der Gleitbahn, und
2.5.1.2. nichtgleitenden Innenringen (291) mit schmaler Auflagefläche,
2.5.1.2.1. deren Innendurchmesser im entspannten Zustand kleiner ist, als der Außendurchmesser des Kolbennutgrundes, und einem
2.5.1.3. nichtgleitenden Trapez-Spannring (292) besteht,
2.5.1.3.1. wobei im eingebauten Zustand der Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Kolbennutgrundes und der Außendurchmesser kleiner als der Gleitbahndurchmesser unter allen Betriebsbedingungen ist, und
2.5.1.3.2. durch seine nach innen gerichtete radiale Vorspannkraft an der Gegenflanke (228) der Außenringnut (226) eine axiale Keilkraftwirkung erzeugt, die eine Flächenpressung auf alle Kolbenringe und auf die Feuerstegflanke (227) ausübt,
2.5.1.4. so daß sich zwischen den Außen- und Innenringen (290, 291) an der Kolbengleitbahn und am Kolbennutgrund kreisringförmige Wirbelkammern (295) ergeben, und
2.5.1.5. alle Ringe im eingebauten Zustand und im Betrieb gegeneinander radial verschieblich sind, unter Berücksichtigung der größten Temperatur- und Massekrafteinflüsse auf die Ringanordnung.
3. Öffnungen in der Zylinderwand und im Zylinderkopf sind
3.1. Einlaß-Radialkanäle (300), die gleichmäßig am Umfang der Zylinderwand einer Verdrängungskammer verteilt sind, wobei die Zylinderachse die Schnittlinie aller Hauptebenen (H) der Einlaß- Radialkanäle ist,
3.1.1. ihre Anzahl n (nN) ist abhängig von der Zylinderanordnung, der Wandstärke des Steuerorgans, dem Innendruck im Zylinder, der externen Arbeitsfluidführung, den Werkstoffeigenschaften und dem Takt- oder Verbrennungsverfahren,
3.1.2. der Radialwinkel zwischen den Hauptebenen (H) der Einlaß-Radialkanäle beträgt:
  • - 2π/n rad
    bei einer Arbeitsmaschine und
    bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren oder das Zweitaktverfahren mit Überströmkanälen,
  • - 2π/nk rad
    bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren ohne Überströmkanäle (mit kN),
characterized by the following groups of characteristics and characteristics:
1. Engine for converting a linear, reciprocating movement into a rotary movement, described by the
1.1. kinematic movement of two points (P, Q) ,
1.1.1. that are rigidly connected,
1.1.2. have a fixed distance r ,
1.1.3. lie in a plane of movement,
1.1.4. and equidistant,
1.1.5. with the constant negative angular velocity - ω
1.1.6. rotate around their common median axis (M) ,
1.1.6.1 the median axis (M) is a normal of the plane of motion,
1.1.6.2. and rotates simultaneously,
1.1.6.3. with the constant positive angular velocity ω
1.1.6.4. at a distance r / 2,
1.1.6.5. about a central axis (Z) parallel and fixed to the median axis (M ) ,
1.1.7. simple and mathematically exact formalization of path, speed and acceleration as a function of the angle of rotation of the median axis (M) around the central axis (Z) ;
1.2. Kinetic realization of the kinematic system of the feature group 1.1., so that the
1.2.1. moving, real masses,
1.2.1.1. either from two identical pistons according to characteristic group 2,
1.2.1.1.1. whose external centers of gravity (outside the kinematic system) can be congruently shifted to one of the two moving points (P, Q) by a linear translation on the cylinder axis,
1.2.1.2. or from a piston according to feature group 2 and balancing weights (A) , where
1.2.1.2.1. two equalizing masses (A) ,
1.2.1.2.2. have internal focuses (within the kinematic system),
1.2.1.3. form two isobaric masses,
1.2.1.3.1. which can be reduced as mass points to the moving points (P, Q) of the kinematic movement, and
1.2.1.3.2. perform harmonic, linear oscillatory movements,
1.2.1.3.2.1. with a phase angle difference of π / 2 rad,
1.2.1.3.2.2. and an amplitude r of the mass points
1.2.1.3.2.3. at least two orthogonal straight lines (W) ,
1.2.1.3.2.3.1. which are in parallel planes of motion
1.2.1.3.2.3.2. only one of which is the main axis of a cylinder of a reciprocating piston machine, or
1.2.1.3.2.3.3. two of which are the main axes of two cylinders of a reciprocating machine,
1.2.1.3.3. and form a kinetic unit with the remaining, exclusively rotating masses of an engine;
1.3. mechanical specification of the engine dynamics of feature group 1.2. due to the structure of the following machine elements:
1.3.1. Swinging axis ( 100 ),
1.3.1.1. its geometric axis is a normal to the plane of motion and the cylinder axis, and the intersection with the plane of motion creates one of the moving kinematic points (P, Q) ,
1.3.1.2. it is a cylindrical hollow axis, optionally with
1.3.1.2.1. cylindrical recess ( 101 ), or
1.3.1.2.2. barrel-shaped recess ( 102 ) in a central bearing, or
1.3.1.2.3. semi-barrel-shaped recess ( 103 ) with a pin axis ( 106 ),
1.3.1.3. it is a rotating axis (axis of rotation)
1.3.1.3.1. for a push rod bearing, the control length of which is smaller than the piston diameter, or
1.3.1.3.2. for a shaft piston bearing, the control length of which corresponds at least to the piston diameter,
1.3.1.3.3. it is connected in one piece with two cheeks ( 110 ) or two shaft washers ( 125 ) by means of round or elliptical transitions, in the case of a divided push rod or shaft piston bearing,
1.3.1.3.4. it is constructed in several parts and can be detachably assembled with the cheeks ( 110 ) or the shaft washers ( 125 ) in the case of an undivided push rod or shaft piston bearing - in particular with double pistons in a diametrical arrangement - through
1.3.1.3.4.1. frictional cone, press, or clamping connections, or
1.3.1.3.4.2. positive polygon connection or serration; or
1.3.1.4. it is a non-rotating axis (fixed axis), rotatably mounted in a cheek or shaft disc bore,
1.3.1.4.1. as pin axis ( 105 ),
1.3.1.4.1.1. firmly connected to the undivided push rod bearing, or
1.3.1.4.1.2. integrally formed on the push rod foot by round or elliptical transitions; or
1.3.1.4.2. as pin axis ( 106 )
1.3.1.4.2.1. firmly formed on the piston skirt base of a shaft piston by means of round or elliptical transitions,
1.3.1.4.2.1.1. in one piece, from a continuous pin, or
1.3.1.4.2.1.2. two parts, from two diametrical outer pins;
1.3.1.5. it has channels and bores, or inner concentric guide tubes for guiding a cooling and lubricating fluid;
1.3.2. Cheek ( 110 ),
1.3.2.1. it rotates freely around the median axis (M) ,
1.3.2.2. and has an elliptical basic shape,
1.3.2.3. it contains the bearing bores of the non-rotating axes according to feature group 1.3.1.4., whereby it is made in one piece with an eccentric shaft according to feature group 1.3.3.2. is connected, or
1.3.2.4. it is the connecting element
1.3.2.4.1. of two rotating axes according to feature group 1.3.1.3., or
1.3.2.4.2. from an axis of rotation according to feature group 1.3.1.3. with an eccentric shaft according to feature group 1.3.3.2.,
1.3.2.5. and is the carrier of the integrally formed balancing masses (A) of the entire oscillating mass,
1.3.2.5.1. with calibration points ( 111 ) arranged symmetrically to the effective straight line (W ) for the mass calibration,
1.3.2.6. with bevels ( 112 ) to the swing axes ( 100 ) or the eccentric shafts ( 121 ) according to feature group 1.3.3.2.,
1.3.2.7. and channels for guiding a cooling and lubricating fluid;
1.3.3. Eccentric shaft ( 120 ),
1.3.3.1. its geometric axis is the median axis (M) of the kinematic system with the eccentricity e = r / 2,
1.3.3.2. it is a simple cylindrical shaft ( 121 ) without balancing mass, and has
1.3.3.2.1. in the case of simple storage in an eccentric bearing ( 130 ), an outer diameter which is at most the root diameter of the pinion toothing according to feature 1.4.1.2.2. if the pinion is between the cheek ( 110 ) and the eccentric bearing ( 130 ), or
1.3.3.2.2. an outer diameter which is at least the tip diameter of the pinion toothing according to feature 1.4.1.2.2. if the pinion is at the shaft end, or
1.3.3.2.3. in the case of double storage in a pair of eccentric bearings, it is a stepped shaft ( 122 ), the cheek-side shaft diameter being at least the tip circle diameter of the pinion toothing according to feature 1.4.1.2.2. corresponds and the diameter of the shaft shoulder is smaller than the root diameter of the toothing minus the bearing wall thickness in the eccentric bearing,
1.3.3.2.4. with cutouts according to feature group 1.3.1.2., or it is a
1.3.3.3. Wave washer ( 125 ), with a
1.3.3.3.1. Control diameter that corresponds at least to the sum of the swinging axis diameter and the radius r ,
1.3.3.3.2. with the balancing masses (A) of the entire oscillating mass within the shaft washer ( 125 ), the calibration points, the recesses ( 126 ) and the ribbing ( 127 ) around the swinging axis area,
1.3.3.3.2.1. with a connection of the swing axis according to feature group 1.3.1.3. to the wave washer ( 125 ), or
1.3.3.3.2.2. with a bearing bore ( 128 ) for non-rotating axes according to feature group 1.3.1.4 .; or she is
1.3.3.3.3. without compensating masses (A) inside the shaft washer ( 125 ) for at least two orthogonally acting pistons, and
1.3.3.3.3.1. Connection of two swing axes according to feature group 1.3.1.3.,
1.3.3.3.3.2. or the arrangement of two bearing bores according to feature group 1.3.1.4,
1.3.3.4. with channels, ring grooves and bores for guiding a cooling and lubricating fluid;
1.3.4. Eccentric bearing ( 130 ) for eccentric shafts according to feature group 1.3.3.,
1.3.4.1. its geometric axis is the central axis (Z) of the kinematic system, and
1.3.4.2. it consists of a cylindrical circular disc, the
1.3.4.2.1. Outside diameter is greater than the sum of the eccentric shaft diameter and the radius r , and the
1.3.4.2.2. is rotatably mounted on the base bearing ( 140 ) of the engine housing,
1.3.4.2.2.1. in single arrangement ( 131 ) or in
1.3.4.2.2.2. Bearing pair arrangement ( 132 ) for offset eccentric shafts according to feature 1.3.3.2.3.,
1.3.4.2.3. it contains the eccentric bearing bores of the eccentric shafts
1.3.4.2.3.1. as a single bearing ( 133 ) for the general eccentric shaft ( 120 ),
1.3.4.2.3.2. or as a double bearing ( 134 ) for two eccentric shafts in a radial arrangement, the outer diameter of which is smaller than the radius r , in particular with the radial angles / 2 and / 5 rad,
1.3.4.2.3.2.1. with a double bearing width ( 138 ) with rotating shaft discs ( 125 ),
1.3.4.2.4. and the balancing masses of the total reduced oscillating and the eccentrically rotating engine masses, with the
1.3.4.2.4.1. Recesses ( 136 ) and the ribs ( 137 ) around the bearing bore,
1.3.4.2.5. or it is a double bearing ( 135 ) without compensating masses, for two identical diametrical eccentric shafts according to feature 1.3.3.2.1.,
1.3.4.2.6. with several circumferential holes for the guidance of a cooling and lubricating fluid, and
1.3.4.2.7. optionally with an external toothing ( 139 ) of a part of the bearing width between the bearing surfaces of the eccentric bearing, so that the tip circle diameter of the toothing corresponds to the inside diameter of the base bearing, and the engagement with the spur gears of a main drive shaft arranged in parallel;
1.3.5. Base bearing ( 140 ),
1.3.5.1. it is arranged coaxially to the eccentric bearing,
1.3.5.2. its inside diameter corresponds to the outside diameter of the eccentric bearing ( 130 ) and
1.3.5.3. its outer diameter corresponds to the inner diameter of the engine housing bore, whereby
1.3.5.4. the width of the sliding or rolling surface of the base bearing ( 140 ) corresponds to the width of the eccentric bearing arrangement,
1.3.5.5. it's divided, or
1.3.5.6. closed, and
1.3.5.6.1. optionally integrally connected with a ring gear ( 150 ) according to feature group 1.4.1.1.,
1.3.5.7. it is axially and tangentially adjustable against the engine housing, or
1.3.5.8. it is an integral part of the engine housing,
1.3.5.9. and is provided with annular grooves, channels and bores for guiding a cooling and lubricating fluid;
1.4. Control of the rotational movement of the median axis (M) and the eccentric shaft ( 120 )
1.4.1. consisting of a planetary gear
1.4.1.1. an internally toothed ring gear ( 150 ) on the base bearing ( 140 ),
1.4.1.1.1. coaxial to the central axis (Z) of the engine,
1.4.1.1.2. the pitch circle diameter is identical to the piston stroke 2 r ,
1.4.1.1.3. it is straight or helical,
1.4.1.1.4. fixed and
1.4.1.1.5. adjustably attached to the engine housing,
1.4.1.1.6. the position in the engine depends on the type of eccentric shaft and its row arrangement,
1.4.1.1.6.1. it lies between the cheek ( 110 ) and the eccentric bearing ( 130 ) in the case of an eccentric shaft according to feature 1.3.3.2.1., or
1.4.1.1.6.2. between two eccentric bearings ( 130 ) for an eccentric shaft according to feature 1.3.3.2.3., the width of the ring gear being greater than twice the width of the pinion ( 155 ) for two independently rotating pinions ( 155 ), or
1.4.1.1.6.3. only at the shaft ends of a single-cylinder or a multi-cylinder eccentric shaft according to feature 1.3.3.2.2., and from one
1.4.1.2. revolving external toothed pinion ( 155 ),
1.4.1.2.1. coaxial to the median axis (M) of the engine,
1.4.1.2.2. the pitch circle diameter is identical to the radius r ,
1.4.1.2.3. with a toothing suitable for feature 1.4.1.1.3., and
1.4.1.2.4. firmly connected to the rotating eccentric shaft ( 120 ) in the same position as the ring gear ( 150 ), and
1.4.1.2.5. optionally insertable as a form-fitting coupling part ( 151 ) axially between two adjacent eccentric shafts ( 120 ),
1.4.1.3. or by an epicyclic gearbox according to feature group 1.4.1., the pitch circle diameter of the ring gear is larger than the piston stroke and which is coupled to the eccentric shaft ( 120 ) via a cross-plate clutch (double-loop gearbox),
1.4.2. Play compensation of the backlash between the tooth engagement surfaces on the ring gear ( 150 ) and on the pinion ( 155 ) by a
1.4.2.1. wider toothing of the ring gear ( 150 ) and a
1.4.2.2. coaxial pinion ( 156 ),
1.4.2.2.1. that is connected to a torsion sleeve ( 157 ) and
1.4.2.2.2. is centered on the eccentric shaft axis via a conical connection ( 158 ) and is releasably fastened with an expansion screw ( 159 ), and
1.4.2.2.3. is rotated by a pretension angle with respect to the pinion ( 155 ),
1.4.2.2.4. and with damping elements between the pinions, in particular axially acting friction linings or ring springs; or
1.4.2.3. by a bias angle between the ring gears ( 150 ) of an eccentric shaft portion;
2. Reciprocating piston, in the version as
2.1. Piston ( 200 ) consists of the following elements:
2.1.1. Piston plate ( 210 ), with control function of the upper edge of the plate
2.1.1.1. a flat or spherically convex circular disc,
2.1.1.1.1. with constant base thickness and molded radial reinforcing ribs, inside the piston crown and on the upper piston skirt, or
2.1.1.1.2. with increasing base thickness from the center of the piston crown to the edge of the piston crown,
2.1.2. Piston skirt ( 220 ) with sealing function of the surface,
2.1.2.1. a thin-walled, circular-cylindrical hollow cylinder ( 221 ),
2.1.2.1.1. the ratio of inner to outer diameter depends on the fabric pressure, the strength of the material, the type of cooling, the rotational frequency and the internal ribbing,
2.1.2.2. the total length is greater than the sum of the piston stroke and the swing axis diameter,
2.1.2.3. it acts as a push rod,
2.1.2.4. with transitions to the shaft piston bearing and reinforcing ribs between the piston skirt and the shaft piston bearing,
2.1.2.5. with recesses ( 222 ) in the piston skirt in the plane of movement on the piston base, up to the sliding area of the piston skirt,
2.1.2.6. the surface sliding surface ( 223 ) is optional
2.1.2.6.1. piston ringless
2.1.2.6.1.1. helical grooves ( 224 ) with a semicircular groove base ( 225 ) are machined into the surface sliding surface ( 223 ),
2.1.2.6.1.1.1. one or more courses, or
2.1.2.6.2. for piston rings
2.1.2.6.2.1. in a wide outer ring groove ( 226 ) for a piston ring arrangement according to feature group 2.5., limited by
2.1.2.6.2.1.1. an axis-normal top land flank ( 227 ), and
2.1.2.6.2.1.2. a flat conical counter flank ( 228 ) optionally with a
2.1.3. Shaft piston bearing ( 230 ), analogous to a pin bearing for an axis of rotation according to feature group 1.3.1.3.,
2.1.3.1. molded on the inside of the piston skirt ( 220 ) and on the base,
2.1.3.2. as a one-piece continuous bearing, or
2.1.3.3. as a two-part diametrical edge bearing, or
2.1.3.4. as a central center bearing, analogous to the bearing bracket ( 255 ) of the push rod according to feature group 2.2.3. educated,
2.1.3.5. in a closed version, or
2.1.3.6. divided straight or diagonally in the middle, and screwed several times by a releasable expansion screw connection
2.1.3.6.1. a camp chair with a bearing cap, or
2.1.3.6.2. connects two diametrical bearings of a double-bottomed piston, or with
2.1.4. Pin axes ( 106 ) according to feature group 1.3.1.4.2.,
2.1.4.1. with mounted liners ( 229 ) made of steel alloys for plain or roller bearings in light metal alloys;
2.1.5. Double-shaft piston, which consists of two piston shapes, symmetrical to the axis of the shaft piston bearing, of piston crown ( 210 ) and shaft piston jacket ( 220 );
2.2. Push rod piston ( 240 ), it consists of the elements:
2.2.1. Pressure floor ( 245 ), from one
2.2.1.1. circular disc concentric and orthogonal to the piston axis,
2.2.1.1.1. flat ( 246 ) or spherical convex, and it is
2.2.1.1.2. the pressure part for the concentration of the flat material force,
2.2.1.1.2.1. with constant base thickness for stiffening radial ribs ( 247 ),
2.2.1.1.2.2. or self-stiffening due to increasing floor thickness from the edge of the pressure floor to the center of the pressure floor, and
2.2.1.1.3. Transitions ( 248 ) between the pressure floor boundary surfaces and the inner and outer surfaces of a push rod ( 250 ),
2.2.1.1.3.1. in particular elliptical or parabolic transitions, and
2.2.1.1.4. rigid connection to a coaxial
2.2.2. Push rod ( 250 ), from one
2.2.2.1. straight and short hollow shaft,
2.2.2.1.1. with a connecting rod ratio which corresponds to a connecting rod ratio r / l from 1: 2, and
2.2.2.1.2. with circular cylindrical or elliptical cross section, and one
2.2.3. Storage chair ( 255 ),
2.2.3.1. with transitions or formations between the hollow shaft and the bearing bracket,
2.2.3.2. undivided for receiving a socket, or
2.2.3.3. divided for the accommodation of a bearing cover ( 256 ) or the bearing chair of a diametrically lying push rod,
2.2.3.3.1. for holding two bearing shells
2.2.3.3.1.1. with coaxial bearing shell back and sliding surface, for a relative movement with two degrees of freedom between the bearing shells and the oscillation axis, or
2.2.3.3.1.2. optionally equipped with a bearing shell back, which consists of a circular cylinder section, the axis of which is a normal of the shaft and the oscillation axis, the radius of the bearing shell back being larger than the outer radius of the oscillation axis, for a relative movement with four degrees of freedom between the bearing bracket and the oscillation axis with a
2.2.4. Piston jacket ( 260 ) with sealing function of the piston jacket and control function of the piston jacket edges,
2.2.4.1. its outer diameter corresponds to the slide track diameter,
2.2.4.2. it consists of a thin-walled circular cylindrical sleeve, and
2.2.4.3. is directly connected to the pressure floor ( 245 ) by means of transitions,
2.2.4.4. the jacket length depends on the mode of action of the piston,
2.2.4.4.1. it is greater than the total height of the inlet radial channels in the single-acting piston, or
2.2.4.4.2. corresponds to a quarter of the piston stroke for a double-acting piston,
2.2.4.5. it has a surface sliding surface according to feature group 2.1.2.6., and
2.2.4.6. Engagement and centering surfaces for a partial piston cap above the pressure floor according to feature group 2.3.1.4., For the versions with piston cap, or
2.2.5. Without piston skirt for an integral piston cap, the radial ribs ( 247 ) being connected to the pressure plate ( 245 ) and the push rod, and the engagement surfaces for a positive connection, centering surfaces or contact shoulders according to feature group 2.3.1.4. for a piston cap ( 270 );
2.3. Piston cap ( 270 ) as a partial piston cap or integral piston cap,
2.3.1. it consists of a circular cylindrical cap jacket ( 271 ),
2.3.1.1. whose outer diameter is identical to the piston diameter,
2.3.1.2. with a length according to characteristic 2.2.4.4. with a push rod piston without piston skirt, or
2.3.1.3. which is only a fraction of the total length of a shaft or push rod piston jacket,
2.3.1.4. it is fixed axially opposite the radial ribs on the push rod or the piston skirt
2.3.1.4.1. Internal thread ( 272 ), especially with
2.3.1.4.1.1. continuous flat, trapezoidal or sawing profile, or
2.3.1.4.1.2. as a bayonet version, or one
2.3.1.4.2. Bayonet connection ( 273 ), the
2.3.1.4.2.1. is radially displaceable, by plane normal flanks of the ring grooves, or
2.3.1.4.2.2. angularly displaceable, by concentric spherical flanks of the ring grooves, the center of the spherical shells also being the center of the spherical surface of the pressure plate ( 245 )
2.3.1.4.3. or a fitting bore with contact shoulder and groove for a snap ring, and
2.3.1.5. the surface sliding surface according to feature group 2.1.2.6. is formed, and represents the top land of a piston for an internal combustion engine; if the end face of the cap casing is the flank of the wide annular groove according to feature 2.1.2.6.2.1.1. is in a piston skirt, and
2.3.2. it is connected in one piece to a flat circular disc, or a curved disc that follows the pressure floor surface, with isotropic expansion behavior when the temperature changes,
2.3.2.1. it consists of a thin membrane disc ( 275 ), and
2.3.2.1.1. it is attached at a short distance in front of the pressure floor, the distance being determined by calibrated spacer rings ( 276 ) between the systems,
2.3.2.1.2. A circumferential annular groove ( 277 ) on the inner corner between the membrane disc ( 275 ) and the cap jacket ( 271 ) also reduces the wall thickness of the cap jacket ( 271 )
2.3.2.1.2.1. a trapezoidal, rounded cross-section,
2.3.2.1.3. it has a coaxial beam splitter ( 278 ), and
2.3.2.1.4. it consists of a heat-resistant and good heat-conducting material with coordinated thermal expansion coefficients, either of a metal or a metal alloy, or of a non-oxide ceramic, in particular SiC,
2.3.2.2. or it's an insulating washer,
2.3.2.2.1. the slice thickness is a function of the set temperature difference between the two surfaces, and
2.3.2.2.2. it touches the pressure floor ( 245 ), and
2.3.2.2.3. contains one or more combustion chamber troughs,
2.3.2.2.4. it consists of a heat-resistant and well-insulating material, in particular an oxide ceramic such as Al₂O₃-TiO₂,
2.4. Piston cooling by supplying a cooling fluid via the oscillation axis bearings of the oscillation axis ( 100 )
2.4.1. Cooling of the piston crown center through the
2.4.1.1. central supply of the cooling fluid
2.4.1.1.1. in the hollow shaft of the push rod ( 250 ) of a push rod piston,
2.4.1.1.2. or in a coaxial pressure tube ( 280 ), and
2.4.1.2. Return to the collecting room
2.4.1.2.1. through the annular surface between the pressure pipe ( 280 ) and the hollow shaft, and the drain holes on the hollow shaft foot, or
2.4.1.2.2. over the open annular gap ( 281 ) between the pressure tube and the piston crown of a shaft piston; or one
2.4.2. integral surface cooling of the piston crown at one
2.4.2.1. central supply of cooling fluid according to feature group 2.4.1.1.,
2.4.2.1.1. with a radial distribution of the cooling fluid
2.4.2.1.1.1. in the surface gap between the membrane disc ( 275 ) and the pressure plate ( 245 ), or above
2.4.2.1.1.2. semicircular, open radial grooves in the pressure floor surface, or over
2.4.2.1.1.3. Channels in the radial ribs, with mutually offset junctions at the central feed point, and the
2.4.2.1.2. Deflection of the cooling fluid flow in the annular groove ( 277 ) of the piston cap ( 270 ), and the
2.4.2.1.3. Return to the collecting room via
2.4.2.1.3.1. the cylinder surface gap between the lower edge of the pressure floor and the annular groove edge of the piston cap ( 270 ), or over
2.4.2.1.3.2. a ring of holes in the piston skirt ( 220, 260 ), or over
2.4.2.1.3.3. radial channels in the pressure plate ( 245 ) or in the radial ribs ( 247 )
2.4.2.1.3.3.1. with immediate drain into the collecting room, or
2.4.2.1.3.3.2. over the ring surface according to feature 2.4.1.2.1. derived; and
2.4.2.2. with peripheral supply of the cooling fluid via the edge bearings or the journal axes ( 106 ) of a shaft piston, via
2.4.2.2.1. Rising channels on the inside of the piston skirt ( 220 ), and
2.4.2.2.2. radial distribution of the cooling fluid in radial, star, or tangential channels on the piston crown ( 210 ), and
2.4.2.2.3. Return to the collecting room via
2.4.2.2.3.1. an open central collection opening and direct drain, or
2.4.2.2.3.2. via individual, tangentially aligned, drain holes in the cooling channels with gating on the upper piston skirt;
2.5. Piston ring arrangement, which consists of
2.5.1. the alternative sequence of sealing rings from several radially deformable, elastic rectangular rings with ring joint, in detail
2.5.1.1. sliding outer rings ( 290 ) with a wide sliding surface,
2.5.1.1.1. whose outer diameter is larger than the inner diameter of the slideway in the relaxed state, and
2.5.1.2. non-sliding inner rings ( 291 ) with a narrow contact surface,
2.5.1.2.1. whose inner diameter in the relaxed state is smaller than the outer diameter of the piston groove base, and one
2.5.1.3. non-sliding trapezoidal clamping ring ( 292 ),
2.5.1.3.1. wherein in the installed state the inner diameter is larger than the outer diameter of the piston groove base and the outer diameter is smaller than the slide track diameter under all operating conditions, and
2.5.1.3.2. Due to its inward radial prestressing force on the counter flank ( 228 ) of the outer ring groove ( 226 ), an axial wedge force effect is generated, which exerts a surface pressure on all piston rings and on the top land flank ( 227 ),
2.5.1.4. so that there are annular vortex chambers ( 295 ) between the outer and inner rings ( 290, 291 ) on the piston slideway and on the piston groove base, and
2.5.1.5. All rings are radially displaceable in the installed state and in operation, taking into account the greatest temperature and mass forces on the ring arrangement.
3. There are openings in the cylinder wall and in the cylinder head
3.1. Inlet radial channels ( 300 ), which are evenly distributed around the circumference of the cylinder wall of a displacement chamber, the cylinder axis being the intersection line of all main planes (H) of the inlet radial channels,
3.1.1. their number n (nN) depends on the cylinder arrangement, the wall thickness of the control element, the internal pressure in the cylinder, the external working fluid guide, the material properties and the cycle or combustion process,
3.1.2. the radial angle between the main planes (H) of the inlet radial channels is:
  • - 2 π / n rad
    with a work machine and
    in the case of an internal combustion engine for the four-stroke process or the two-stroke process with overflow channels,
  • - 2 π / nk rad
    in an internal combustion engine for the two-stroke process without overflow channels (with kN) ,
3.1.3. die Gesamthöhe des Innenquerschnitts ist abhängig vom Kolbenmantel und dem Taktverfahren,
3.1.3.1. bei einem Schaftkolben (200) ist sie
3.1.3.1.1. nur begrenzt durch die Hubstrecke des Kolbens, bei einer Arbeitsmaschine oder bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren, oder sie
3.1.3.1.2. ist vorgegeben durch den gewählten Steuerwinkel der Antriebswelle für den Arbeitsfluideinlaß um den unteren Totpunkt, bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren, und
3.1.3.2. bei einem Schubstangenkolben (240) ist sie
3.1.3.2.1. kürzer als die Länge des Kolbenmantels, bei dem einfach wirkenden Schubstangenkolben einer Arbeitsmaschine oder einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren, oder sie ist
3.1.3.2.2. gleich der Länge des Kolbenmantels, bei dem doppelt wirkenden Schubstangenkolben und Überströmkanälen einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren,
3.1.4. die Regelbreite b S des Innenquerschnitts in der Steuerspiegelfläche ist:
3.1.4.1. b S = R S πΦ/2n bei einer Arbeitsmaschine oder bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren mit Überströmkanälen,
3.1.4.2. b S = R S πΦ/4n bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren,
3.1.4.3. b S = R S πΦ/2nk bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren ohne Überströmkanäle, so daß die
Gesamtbreite aller nk (kM = {2, 3, 4, . . .}) Einlaßöffnungen am unteren Totpunkt mindestens Σb S = R S π beträgt, wobei
Φ der Steuerwinkelkoeffizient für den Arbeitsfluideinlaß ist, ein Quotient aus dem festgelegten Gesamtsteuerwinkel in rad der Antriebswelle zu dem Regelwinkel π rad für einen vollen Hub, und
R S der Radius der kreiszylindrischen Steuerspiegelfläche ist, und die
3.1.5. Regelsteuerkanten (301) die Mantellinien der zwei parallelen, inneren Wandebenen der Einlaß-Radialkanäle in der Steuerspiegelfläche sind,
3.1.6. Stege (302) unterteilen die Einlaß-Radialkanäle (300) in Teilkanäle, ab einem vorgegebenen Verhältnis der Kanalbreite zu der Kanalhöhe,
3.1.6.1. sie sind fest mit den Kanalwänden verbunden,
3.1.6.2. sie haben runde oder elliptische Übergänge (303) zur Kanalwand,
3.1.6.3. die Verteilung der Stege auf der Gesamthöhe des Einlaß-Radialkanals (300) erfolgt in der Weise, daß bei dem höchsten Fluiddruck mehr, und bei der größten Volumenänderung durch die Kolbenbewegung weniger Stege angeordnet sind, und sie
3.1.6.3.1. berücksichtigt die Stellung der Kühlrippen bei einer Luftkühlung der Zylinderwand, so daß die Stege (302) und die Kühlrippen außerhalb des Wandöffnungsquerschnitts kongruent sind,
3.1.6.4. die Stege (302) erhalten bei Ausführungen der Zylinderwand in Leichtmetallegierungen Verstärkungen aus
3.1.6.4.1. ringförmigen hochfesten Stahleinlagen, oder
3.1.6.4.2. Mineralfaserbündesl aus oxidkeramischen Werkstoffen, z. B. Al₂O₃ oder aus nichtoxidkeramischen Werkstoffen, z. B. SiC,
3.1.6.5. ihr Mindestquerschnitt in Kanalrichtung ist größer als der anteilige Öffnungsquerschnitt in der Zylinderwand,
3.1.7. die Stellung der Einlaß-Radialkanäle (300) ist an der Zylinderwand
3.1.7.1. genau radial in Richtung der Hauptebene (H), oder
3.1.7.2. tangential auf die Verdrängungskammer hin ausgerichtet, und
3.1.8. die umschließenden oberen Kanalwände (303) und die unteren Kanalwände (304) einschließlich der unterteilenden Stege (302), liegen in zu der Zylinderachse
3.1.8.1. orthogonalen Ebenen, oder in
3.1.8.2. schrägen Ebenen, insbesondere Schraubenflächen, und
3.1.9. die äußere Führung der Einlaß-Teilkanäle erfolgt
3.1.9.1. zusammenführend
3.1.9.1.1. bei axialer Zuführung des Arbeitsfluids in einem Sammelkanal (305) an der Zylinderwand mit halbkreisförmigen Querschnitt, der linear mit dem angeschlossenen freien Öffnungsquerschnitt in der Steuerspiegelfläche wächst, oder
3.1.9.1.2. bei radialer Zuführung des Arbeitsfluids in einem Ringkanal um die Zylinderwand, oder sie
3.1.9.2. bleibt getrennt, durch den Anschluß der Einlaß-Teilkanäle an zugeordnete Verbindungskanäle, insbesondere bei Brennkraftmaschinen, und
3.2. Auslaß-Radialkanäle (310), die analog zu den Einlaß-Radialkanälen (300) am Umfang der Zylinderwand verteilt sind, mit folgenden besonderen Merkmalen:
3.2.1. ihre Gesamthöhe des Innenquerschnitts am oberen Zylinderabschnitt ist wahlweise kürzer als die Gesamthöhe des Innenquerschnitts der Einlaß-Radialkanäle (300), und
3.2.2. die Hauptebenen der Auslaß-Radialkanäle (310) sind gegenüber den Hauptebenen (H) der Einlaß-Radialkanäle (300) versetzt,
3.2.2.1. bei nebeneinanderliegenden Kanälen um
  • π/n rad
    bei einer Arbeitsmaschine, wobei die Stellung unabhängig von der Drehrichtung des Steuerorgans ist,
  • π/2n rad
    bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren, wobei die Stellung von der Drehrichtung des Steuerorgans abhängig ist, so daß die Auslaß-Radialkanäle (310) vor den Einlaß-Radialkanälen (300) liegen,
    bei einer vorgegebenen Drehrichtung,
    und bilden
3.1.3. the total height of the internal cross-section depends on the piston skirt and the cycle method,
3.1.3.1. for a piston ( 200 ) it is
3.1.3.1.1. only limited by the stroke length of the piston, in a working machine or in an internal combustion engine for the four-stroke process, or it
3.1.3.1.2. is predetermined by the selected control angle of the drive shaft for the working fluid inlet around the bottom dead center, in an internal combustion engine for the two-stroke process, and
3.1.3.2. for a push rod piston ( 240 ) it is
3.1.3.2.1. shorter than the length of the piston skirt, or in the single-acting push rod piston of a machine or an internal combustion engine for the four-stroke process
3.1.3.2.2. equal to the length of the piston skirt, with the double-acting push rod piston and overflow channels of an internal combustion engine for the two-stroke process,
3.1.4. The standard width b S of the internal cross-section in the control mirror surface is:
3.1.4.1. b S = R S πΦ / 2 n in a work machine or in an internal combustion engine for the two-stroke process with overflow channels,
3.1.4.2. b S = R S πΦ / 4 n in an internal combustion engine for the four-stroke process,
3.1.4.3. b S = R S πΦ / 2 nk in an internal combustion engine for the two-stroke process without overflow channels, so that the
Total width of all nk (kM = {2, 3, 4,...}) Inlet openings at bottom dead center is at least Σ b S = R S π , where
Φ is the steering angle coefficient for the working fluid inlet, a quotient of the predetermined total control angle in radians of the drive shaft to the control angle π rad for a full stroke, and
R S is the radius of the circular cylindrical control mirror surface, and the
3.1.5. Control edges ( 301 ) are the surface lines of the two parallel inner wall planes of the inlet radial channels in the control mirror surface,
3.1.6. Webs ( 302 ) divide the inlet radial channels ( 300 ) into sub-channels, starting from a predetermined ratio of the channel width to the channel height,
3.1.6.1. they are firmly attached to the canal walls,
3.1.6.2. they have round or elliptical transitions ( 303 ) to the channel wall,
3.1.6.3. the distribution of the webs on the total height of the inlet radial channel ( 300 ) is carried out in such a way that more webs are arranged at the highest fluid pressure and fewer webs at the greatest volume change due to the piston movement, and so on
3.1.6.3.1. takes into account the position of the cooling fins during air cooling of the cylinder wall, so that the webs ( 302 ) and the cooling fins are congruent outside the wall opening cross section,
3.1.6.4. the webs ( 302 ) are made of reinforcements when the cylinder wall is made of light metal alloys
3.1.6.4.1. annular high-strength steel inserts, or
3.1.6.4.2. Mineral fiber bundle made of oxide ceramic materials, e.g. B. Al₂O₃ or made of non-oxide ceramic materials, for. B. SiC,
3.1.6.5. their minimum cross-section in the channel direction is larger than the proportionate opening cross-section in the cylinder wall,
3.1.7. the position of the inlet radial channels ( 300 ) is on the cylinder wall
3.1.7.1. exactly radially in the direction of the main plane (H) , or
3.1.7.2. aligned tangentially to the displacement chamber, and
3.1.8. the surrounding upper channel walls ( 303 ) and the lower channel walls ( 304 ) including the dividing webs ( 302 ) lie in relation to the cylinder axis
3.1.8.1. orthogonal planes, or in
3.1.8.2. inclined planes, especially screw surfaces, and
3.1.9. the outer sub-channels are guided
3.1.9.1. bringing together
3.1.9.1.1. when the working fluid is supplied axially in a collecting channel ( 305 ) on the cylinder wall with a semicircular cross section which grows linearly with the connected free opening cross section in the control mirror surface, or
3.1.9.1.2. with radial supply of the working fluid in an annular channel around the cylinder wall, or it
3.1.9.2. remains separate, by connecting the inlet subchannels to associated connecting channels, especially in internal combustion engines, and
3.2. Exhaust radial channels ( 310 ), which are distributed analogously to the inlet radial channels ( 300 ) on the circumference of the cylinder wall, with the following special features:
3.2.1. their total height of the inner cross section at the upper cylinder section is optionally shorter than the total height of the inner cross section of the inlet radial channels ( 300 ), and
3.2.2. the main planes of the outlet radial channels ( 310 ) are offset from the main planes (H) of the inlet radial channels ( 300 ),
3.2.2.1. with adjacent channels
  • - π / n rad
    in a work machine, the position being independent of the direction of rotation of the control member,
  • - π / 2 n rad
    in the case of an internal combustion engine for the four-stroke process, the position being dependent on the direction of rotation of the control member, so that the outlet radial ducts ( 310 ) lie in front of the inlet radial ducts ( 300 ),
    with a given direction of rotation,
    and form
3.2.2.2. bei übereinanderliegenden Kanälen einen beliebigen Radialwinkel von 0 bis π/n rad, bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren, oder sie sind wahlweise
3.2.2.3. um einen weiteren Radialwinkel ϕ S versetzt, für den Vorauslaß des Arbeitsfluids oder einer Überschneidung der Steuerwinkel für den Einlaß/Auslaß bei ausgewählten Kolbenstellungen,
3.3. Überströmkanäle (320) für eine Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren und einem doppelt wirkenden Kolben,
3.3.1. sie verbinden den abgeschlossenen Kompressionsraum (325) auf der Kolbenunterseite mit dem Verdrängungsraum, und
3.3.2. sie liegen zwischen den Einlaß-Radialkanälen (300),
3.3.3. ihre Höhe ist nach Merkmal 3.1.3.1.2. festgelegt, und
3.3.4. die Breite nach Merkmal 3.1.4.1.,
3.3.5. die Kanalform im Zylindermantel hat Halbkreisringform (321) mit einer schrägen Zylindereinleitung (322), und
3.3.6. der Innendurchmesser des Kreisrings (321) entspricht der Kolbenmantellänge eines Schubstangenkolbens (240) nach Merkmal 2.2.4.4.2.
3.4. Einlaß-Axialkanäle (330) sind gleichmäßig im Kopfkreis des Zylinderkopfes analog der Merkmalgruppe 3.1.2. verteilt, wobei ihre Hauptebenen mit den Hauptebenen (H) der Einlaß-Radialkanäle (300) zusammenfallen, oder gegenüber den Hauptebenen (H) um einen Radialwinkel von 0 bis π/n rad versetzt sind,
3.4.1. ihre Anzahl n ist identisch mit der Anzahl der Einlaß-Radialkanäle (300) in der Zylinderwand,
3.4.2. die Gesamtlänge des Innenquerschnitts ist begrenzt
3.4.2.1. außen durch den Kolben- oder Zylinderradius,
3.4.2.2. innen durch den Außenradius des Zapfenlagers (335) für einen Drehschieberzapfen (405), oder einer Vorkammer, einer Zünd- oder Brennstoff-Einspritzvorrichtung oder ähnliches,
3.4.3. der Öffnungswinkel der radialen Regelsteuerkanten (331) in der Steuerspiegelfläche ist analog zu der Regelbreite des Innenquerschnitts der Einlaß-Radialkanäle (300) durch die Gleichungen nach Merkmalgruppe 3.1.4. festgelegt, ohne den Faktor R S , wobei
3.4.3.1. Radien die Regelsteuerkanten innen miteinander verbinden, und außen zu dem begrenzenden Bogen des Kolben- oder Zylinderkreises überleiten,
3.4.4. ihre umschließenden Kanalwände sind durch den allgemeinen Kanalverlauf nach Merkmalgruppe 3.4.5. vorgegeben, wobei die Radialwände (332) durch die Regelsteuerkanten (331) bedingt sind, und die zugleich
3.4.4.1. Aussteifungsrippen des Zylinderkopfdeckels sind, und die
3.4.4.2. äußeren Wandflächen über Ausrundungen mit dem Zylinderkopfdeckel und der Wand (334) des Zapfenlagers (335) verbunden sind,
3.4.5. der Gesamtquerschnitt ist wahlweise unterteilt durch dünne Stege, entsprechend den Merkmalen 3.1.6.1.2.,
3.4.6. die Kanalführung der Einlaß-Radialkanäle (330) folgt ihren Hauptebenen
3.4.6.1. radial nach außen gerichtet
3.4.6.1.1. über einen Krümmer (336) in einen Ringkanal (337), oder
3.4.6.1.2. einen Ansaugtrichter direkt in die Atmosphäre, oder
3.4.6.2. axial in einen
3.4.6.2.1. zur Zylinderachse koaxialen Sammelkanal (338), oder in
3.4.6.2.2. mehreren parallelen Teilkanälen einer äußeren Brennkammer,
3.4.6.3. wobei die Hauptebenen nach Bedarf schräg zu der Zylinderachse stehen oder durch Schraubenflächen ersetzt sind, und
3.4.7. sie sind über Verbindungskanäle (339)
3.4.7.1. unmittelbar an die Einlaß-Radialkanäle (300), oder
3.4.7.2. über ein Venturi-Rohr oder ein Drossel- oder Sperrorgan an die Auslaß-Radialkanäle (310) angeschlossen,
3.5. Auslaß-Axialkanäle (340) sind analog zu den Einlaß-Axialkanälen, im Kopfkreis des Zylinderkopfes verteilt, unter Beachtung der Stellung der Einlaß-Radialkanäle (300) und der Auslaß-Radialkanäle (310), wobei
3.5.1. die Stellung der Hauptebenen aus Merkmal 3.2.2.1. in Verbindung mit der Kanalführung nach Merkmalgruppe 3.4.6. folgt, und
3.5.2. der Ansaugtrichter nach Merkmal 3.4.6.1.2. durch eine Laval-Düse ersetzt ist, und
3.5.3. die Verbindungskanäle (339) zu den Auslaß-Radialkanälen (310), oder den Einlaß-Radialkanälen (300) oder den Einlaß-Axialkanälen nach Merkmalgruppe 3.4.7. ausgeführt sind,
3.6. Zylinderkopf hat je nach dem gewählten Verfahren nach Merkmalgruppe 7. für den Arbeitsfluidwechsel
3.6.1. keine Öffnungen für den Fluidwechsel, wobei
3.6.1.1. die innere Zylinderkopffläche nach Merkmalgruppe 4.2.3. geformt ist, oder er hat
3.6.2. Einlaß-Axialkanäle (330) und/oder Auslaß-Axialkanäle (340) und
3.6.2.1. eine Steuerspiegelfläche zur Verdrängungskammer, als
3.6.2.1.1. Flachkegel (350), oder als
3.6.2.1.2. Kugelkalotte, und die
3.6.2.1.3. eine Dichtfläche am Zylinderkopf für das Steuerorgan des Arbeitsfluidwechsels bildet,
3.6.3. die Zentrierung des Zylinderkopfes im Zylinder erfolgt bei
3.6.3.1. kongruenten Achsen von Zylinderkopf und Zylinder, ober bei einer ebenen und achsennormalen Steuerspiegelfläche durch eine
3.6.3.1.1. Preßpassung zwischen Zentrieransatz (355) am Zylinderkopf und Zylinderwand, oder durch
3.6.3.1.2. einen plastisch verformbaren metallischen Trapezring zwischen Zentriereinsatz (355) am Zylinderkopf und einer Kegelaufweitung der Zylinderwand, oder durch
3.6.3.1.3. eine flachkegelige Ringspannscheibe zwischen dem Zentrieransatz am Zylinderkopf und einem Ringfalz (356) in der Zylinderwand;
3.6.3.2. nichtkongruenten Achsen von Zylinderkopf und Zylinder durch
3.6.3.2.1. eine Doppelexzenteranordnung nach Merkmalgruppe 11. zwischen den Zentrieransatz (355) und dem Ringfalz (356) im Zylinder;
3.7. Verschlußdeckel (360) des Kompressionsraums auf der Kolbenunterseite ist ein funktionelles Teil bei einem doppelt wirkenden Schubstangenkolben,
3.7.1. er besteht aus zwei Halbschalen (361), die lösbar verbunden sind bei einer ungeteilten Schubstange, und
3.7.2. er hat einen gewölbten, kegelförmigen Boden (362), der Innenform des Druckbodens (245) und des Kolbenmantels (260, 271), und der Außenform des Lagerstuhls (255) angepaßt, mit einem koaxialen Dichtungsringlager (363), und eine
3.7.3. Zentrierung in der Steuerspiegelfläche des Zylinders mit Paßstiften oder ähnliches zum unverwechselbaren Befestigen, und
3.7.4. die Anschlußkanäle (365) der Überströmkanäle (320),
4. Arbeitsfluidsteuerung erfolgt durch die simultane Hubbewegung des Kolbens und der Drehbewegung des Steuerorgans, wobei ein vollständiger Hub des Kolbens eine Drehung des Steuerorgans um
  • π/n rad
    bei einer Arbeitsmaschine oder einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren, oder
  • π/2n rad
    bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren bewirkt,
3.2.2.2. with channels one above the other, any radial angle from 0 to π / n rad, with an internal combustion engine for the two-stroke process, or they are optional
3.2.2.3. offset by a further radial angle ϕ S , for the pre-discharge of the working fluid or an overlap of the control angles for the inlet / outlet at selected piston positions,
3.3. Overflow channels ( 320 ) for an internal combustion engine for the two-stroke process and a double-acting piston,
3.3.1. they connect the closed compression space ( 325 ) on the underside of the piston to the displacement space, and
3.3.2. they lie between the inlet radial channels ( 300 ),
3.3.3. their height is according to feature 3.1.3.1.2. set, and
3.3.4. the width according to feature 3.1.4.1.,
3.3.5. the channel shape in the cylinder jacket has a semicircular ring shape ( 321 ) with an oblique cylinder inlet ( 322 ), and
3.3.6. the inner diameter of the circular ring ( 321 ) corresponds to the length of the piston skirt of a push rod piston ( 240 ) according to feature 2.2.4.4.2.
3.4. Inlet axial channels ( 330 ) are even in the tip circle of the cylinder head analogous to feature group 3.1.2. distributed, their main planes coinciding with the main planes (H) of the inlet radial channels ( 300 ), or being offset from the main planes (H) by a radial angle of 0 to π / n rad,
3.4.1. their number n is identical to the number of inlet radial channels ( 300 ) in the cylinder wall,
3.4.2. the total length of the inner cross section is limited
3.4.2.1. outside by the piston or cylinder radius,
3.4.2.2. inside by the outer radius of the journal bearing ( 335 ) for a rotary slide journal ( 405 ), or a prechamber, an ignition or fuel injection device or the like,
3.4.3. the opening angle of the radial control control edges ( 331 ) in the control mirror surface is analogous to the control width of the inner cross section of the inlet radial channels ( 300 ) through the equations according to feature group 3.1.4. fixed without the factor R S , where
3.4.3.1. Connect the radii of the control edges on the inside and transfer them to the delimiting arc of the piston or cylinder circuit on the outside
3.4.4. their surrounding channel walls are due to the general channel course according to feature group 3.4.5. given, the radial walls ( 332 ) being caused by the control edges ( 331 ), and at the same time
3.4.4.1. Stiffening ribs of the cylinder head cover are, and the
3.4.4.2. outer wall surfaces are rounded off with the cylinder head cover and the wall ( 334 ) of the journal bearing ( 335 ),
3.4.5. the total cross-section is optionally divided by thin webs, in accordance with features 3.1.6.1.2.,
3.4.6. the channeling of the inlet radial channels ( 330 ) follows their main planes
3.4.6.1. directed radially outwards
3.4.6.1.1. via a bend ( 336 ) into an annular channel ( 337 ), or
3.4.6.1.2. a suction funnel directly into the atmosphere, or
3.4.6.2. axially into one
3.4.6.2.1. collecting duct ( 338 ) coaxial to the cylinder axis, or in
3.4.6.2.2. several parallel subchannels of an outer combustion chamber,
3.4.6.3. the main planes being at an angle to the cylinder axis or being replaced by screw surfaces, and
3.4.7. they are via connecting channels ( 339 )
3.4.7.1. directly to the inlet radial channels ( 300 ), or
3.4.7.2. connected to the outlet radial ducts ( 310 ) via a Venturi tube or a throttle or blocking element,
3.5. Exhaust axial channels ( 340 ) are analogous to the inlet axial channels, distributed in the tip circle of the cylinder head, taking into account the position of the inlet radial channels ( 300 ) and the exhaust radial channels ( 310 ), whereby
3.5.1. the position of the main levels from feature 3.2.2.1. in connection with the ducting according to feature group 3.4.6. follows, and
3.5.2. the suction funnel according to feature 3.4.6.1.2. is replaced by a Laval nozzle, and
3.5.3. the connecting channels ( 339 ) to the outlet radial channels ( 310 ), or the inlet radial channels ( 300 ) or the inlet axial channels according to feature group 3.4.7. are executed
3.6. Depending on the method selected, cylinder head has feature group 7 for the change of working fluid
3.6.1. no openings for fluid change, whereby
3.6.1.1. the inner cylinder head surface according to feature group 4.2.3. is shaped or has
3.6.2. Inlet axial channels ( 330 ) and / or outlet axial channels ( 340 ) and
3.6.2.1. a control mirror surface to the displacement chamber, as
3.6.2.1.1. Flat cone ( 350 ), or as
3.6.2.1.2. Spherical cap, and the
3.6.2.1.3. forms a sealing surface on the cylinder head for the control element of the working fluid change,
3.6.3. the cylinder head is centered in the cylinder
3.6.3.1. congruent axes of the cylinder head and cylinder, above with a flat and axis-normal control mirror surface by a
3.6.3.1.1. Press fit between centering projection ( 355 ) on the cylinder head and cylinder wall, or through
3.6.3.1.2. a plastically deformable metallic trapezoidal ring between the centering insert ( 355 ) on the cylinder head and a conical expansion of the cylinder wall, or by
3.6.3.1.3. a flat tapered washer between the centering shoulder on the cylinder head and an annular rebate ( 356 ) in the cylinder wall;
3.6.3.2. non-congruent axes of the cylinder head and cylinder
3.6.3.2.1. a double eccentric arrangement according to feature group 11 between the centering projection ( 355 ) and the annular fold ( 356 ) in the cylinder;
3.7. Closure cover ( 360 ) of the compression space on the underside of the piston is a functional part of a double-acting push rod piston,
3.7.1. it consists of two half-shells ( 361 ) which are detachably connected in an undivided push rod, and
3.7.2. it has a curved, conical base ( 362 ), the inner shape of the pressure base ( 245 ) and the piston skirt ( 260, 271 ), and the outer shape of the bearing block ( 255 ) adapted, with a coaxial sealing ring bearing ( 363 ), and one
3.7.3. Centering in the control mirror surface of the cylinder with dowel pins or the like for unmistakable fastening, and
3.7.4. the connection channels ( 365 ) of the overflow channels ( 320 ),
4. Working fluid is controlled by the simultaneous stroke movement of the piston and the rotary movement of the control member, with a complete stroke of the piston rotating the control member
  • π / n rad
    in a work machine or an internal combustion engine for the two-stroke process, or
  • π / 2 n rad
    in an internal combustion engine for the four-stroke process,
4.1. das Steuerorgan ist eine dünnwandige, kreiszylindrische Drehhülse (400),
4.1.1. die Außenfläche ist die Steuerspiegelfläche, und
4.1.2. die Innenfläche ist die Gleitbahn für einen Hubkolben,
4.1.3. die Öffnungen in der Drehhülse (400) sind kongruent mit den Einlaßöffnungen der Einlaß-Radialkanäle (300) in der Zylinderwand,
4.1.3.1. und sind je nach Verfahren zugleich Ein- und Auslaßöffnungen,
4.1.3.2. wobei die Steuerkanten in der Drehhülse (400) im oberen und unteren Hubabschnitt des Kolbens von der Stellung der Regelsteuerkanten um einen Radialwinkel ϕ E abweichen können, oder die öffnenden Steuerkanten bei einer Abwicklung der Steuerspiegelfläche eine Sinuskurve darstellen,
4.1.3.3. sie sind radial oder tangential ausgerichtet, entsprechend der Kanalrichtung in der Zylinderwand, und sie
4.1.3.4. haben trichterförmige Aufweitungen (401) der Steuerkanten zur Gleitbahn hin,
4.1.2. die Drehhülse (400) ist durch eine Axialkraft an den Zylinderkopf angedrückt,
4.1.2.1. die Axialkraft ist eine Stoffkraft eines Druckfluids auf die Flankenfläche eines äußeren Drehhülsenbundes (402), wobei
4.1.2.1.1. eine ringförmige Druckkammer (403) über Kanäle mit dem Druckraum bei einer Arbeitsmaschine verbunden ist, oder sie ist
4.1.2.2. die axial wirkende Komponente auf die Hülsenverzahnung der Antriebskraft, oder
4.1.2.3. die Federkraft einer vorgespannten Druckrolle oder eines Gleitschuhs auf die Stirnfläche der Drehhülsenbasis wirkend, oder
4.1.2.4. der Stoffdruck des Arbeitsfluids auf einen inneren Hülsenbund an der Drehhülse,
4.1.3. sie ist gegen den Zylinderkopf abgedichtet durch
4.1.3.1. schwimmende koaxiale Gleitringe und festem Gegenring im Zylinderkopf, oder durch
4.1.3.2. einen Minutenanschliffwinkel der Drehhülsenstirnfläche und festem Gegenring im Zylinderkopf, oder durch
4.1.3.3. einen verschiebbaren Gegenring in U-Form mit Wellen-Ringfeder,
4.1.4. sie hat in der Steuerspiegelfläche Schmiernuten, Schmiertaschen, Bohrungen und schraubenförmige Schmierrillen für die Verteilung eines Schmierfluids, und
4.1.4.1. Staufelder, Keilflächen und Verteilungsnuten für ein Mehrflächengleitlager an der Drehhülsenbasis, insbesondere für eine Gaslagerung mit Anschluß an den Gleitspalt zwischen Kolbenmantel und Gleitbahn,
4.1.5. sie besteht aus einem Verbundwerkstoff aus Metall und aus einem keramischen Werkstoff, wobei die Stärke der Einzelschichten sich nach dem errechneten Temperaturgradienten zwischen der Innenfläche und der Außenfläche der Drehhülse richten, zur Festlegung der Innentemperatur, der Wärmedehnung bzw. des Lagerspiels in der Steuerspiegelfläche,
4.2. das Steuerorgan ist eine Drehhülse nach Merkmalgruppe 4.1., die fest mit einem koaxialen Flachdrehschieber (410) verbunden ist,
4.2.1. die Öffnungen in dem Drehschieber (410) sind kongruent mit den Einlaßöffnungen der Einlaß-Axialkanäle (330) in der Steuerspiegelfläche des Zylinderkopfes, und
4.2.2. die äußere Fläche entspricht der Merkmalgruppe 3.6.2.1., und
4.2.3. die Innenfläche des Drehschiebers (410) ist frei festlegbar zwischen der gewählten Axialsteuerspiegelfläche und der Kolbenoberfläche,
4.2.3.1. sie ist eine axiale Translation der Kolbenoberfläche, bei einer Arbeitsmaschine, oder sie ist
4.2.3.2. eine Rotationsfläche, mit der Zylinderachse als Drehachse, einer beliebig konstruierten Erzeugenden, insbesondere
4.2.3.2.1. aus Kreisbogen (411) in Verbindung mit Strecken (412), und
4.2.3.3. sie erzeugt mit der Kolbenoberfläche Quetschzonen und kompakte Verdichtungsräume bei Brennkraftmaschinen, und er ist mit
4.2.4. einem koaxialen Zapfen (405) verbunden, der
4.2.4.1. zur Aufnahme eines Dichtkörpers (406) einen Zentrierkegel (407) mit Gewindezapfen (408) aufweist, und in
4.2.4.2. der Mantelfläche des Dichtkörpers (406), Nuten nach Merkmal 2.1.2.6.1.1. hat,
4.2.5. die Drehschieber-Drehhülseneinheit ist durch eine Axialkraft gegen die Steuerspiegelfläche am Zylinderkopf angedrückt, die
4.2.5.1. aus der Adhäsionsarbeit des Schmierfilms zwischen den Steuerspiegelflächen, oder
4.2.5.2. aus einem federbelasteten Axial-Wälzlager am Zapfenende, oder
4.2.5.3. aus dem Schmierfluiddruck auf die Basis des Dichtkörpers (406),
4.2.5.4. oder aus einer Kombination mit Axialkräften nach der Merkmalgruppe 4.1.2. besteht, und
4.2.6. die Lagerung des Drehschieberzapfens (405) in dem Zapfenlager ein Gleitlager nach Merkmalgruppe 4.1.4. oder ein Wälzlager ist, die wahlweise mit
4.2.6.1. Doppelexzenterringen nach Merkmalgruppe 11. in dem Zapfenlager zentriert sind,
4.2.7. die Axiallagerung der Drehschieber-Drehhülseneinheit ist ein hydrodynamisch geschmiertes Axiallager zwischen den Steuerspiegelflächen am Zylinderkopf und am Drehschieber,
4.2.7.1. insbesondere ein Einscheiben-Spurlager, oder
4.2.7.2. ein Mehrflächen-Axialgleitlager mit Schmierrillen, Schmiernuten und Keilflächen in der Steuerspiegelfläche des Drehschiebers;
5. Antrieb des Steuerorgans erfolgt
5.1. mechanisch über eine Getriebeanordnung, mit einer Gesamtübersetzung i, entsprechend dem Quotienten aus der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle und der Winkelgeschwindigkeit des Steuerorgans, wobei
i = 2n : 1 bei einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren,
i = n : 1 bei einer Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren oder bei einer Arbeitsmaschine,
durch die gewählte Anzahl n der Einlaß-Radialkanäle (300) festgelegt ist, und die Winkelstellung der öffnenden und schließenden Steuerkanten (301, 331) am Steuerorgan zu den öffnenden und schließenden Steuerkanten in der Zylinderwand oder im Zylinderkopf durch die Position der Kolbenoberkante auf der Hubstrecke festgelegt ist, bei der die Steuerkanten öffnen und schließen, dies gilt auch für die Kolbenunterkante bei Brennkraftmaschinen mit einer Verdichtungs- und Laderfunktion der Kolbenunterseite, insbesondere bei
5.1.1. Zahnrädergetriebe im Triebwerksgehäuse, bei einer Außenverzahnung (500) der Drehhülsenbasis, und einer
5.1.1.1. Steuerwelle (510), drehbar im Triebwerksgehäuse gelagert
5.1.1.1.1. ihre Achse ist parallel zur Achse der Antriebswelle,
5.1.1.1.2. sie ist eine Hohlwelle,
5.1.1.1.3. in zwei Lagern (511) symmetrisch zur Eingriffsstrecke an der Außenverzahnung (500) der Drehhülsenbasis gelagert, und
5.1.1.1.4. mit einem Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung, die dem Außendurchmesser der Hohlwelle entspricht,
5.1.1.1.5. sie ist über ein Stirnradpaar (512) angetrieben, wobei das Treibrad direkt auf der Antriebswelle befestigt ist, und
5.1.1.1.6. sie hat ein axiales Festlager mit Lageeinstellung, oder
5.1.1.1.7. sie ist axial verschiebbar gelagert, und
5.1.1.1.8. an der Eingriffsstrecke mit dem Steuerorgan hat die Steuerwelle eine Schraubgetriebeverzahnung in Form einer
5.1.1.1.8.1. Stirnradverzahnung für Teilübersetzungen bis 5 : 1, oder eine
5.1.1.1.8.2. Schneckenradverzahnung für Teilübersetzungen ab 5 : 1, wobei sie mit der Verzahnung der Drehhülsenbasis ein Wälzgetriebe mit sich kreuzenden Achsen bildet; oder einem
5.1.1.2. Stirnrad (520)
5.1.1.2.1. seine Achse ist parallel zur Zylinderachse,
5.1.1.2.2. es ist gerade oder schräg verzahnt, und
5.1.1.2.3. es ist über eine Zwischenwelle (525) und ein Schraubgetriebe mit der Antriebswelle verbunden, als Kegelräderpaar (521) bei sich schneidenden Achsen, oder als Schraubräderpaar (522) bei sich kreuzenden Achsen; oder ein
5.1.2. Zahnrädergetriebe im Zylinderkopf, bei einer Außenverzahnung (530) des Drehhülsenbundes (402), und einem
5.1.2.1. Stirnrad (535) in der Drehhülsenbundebene,
5.1.2.1.1. seine Achse ist parallel zur Zylinderachse, und
5.1.2.1.2. es hat eine verlängerte Zwischenwelle (525) gegenüber dem Antrieb nach Merkmalgruppe 5.1.1.2., und
5.1.2.1.3. ist sonst nach Merkmal 5.1.1.2.3. angetrieben;
5.1.3. Zahnrädergetriebe über dem Zylinderkopf, bei einem Außenantrieb über den Drehschieberzapfen (405), wobei
5.1.3.1. der Steuerwellenantrieb nach Merkmalgruppe 5.1.1.1. in ein Stirnrad an dem Drehschieberzapfen eingreift, der
5.1.3.1.1. über eine Zwischenwelle (525) und zwei Schraubgetrieben, oder
5.1.3.1.2. über ein formschlüssiges Zugmittelgetriebe von der Antriebswelle bewegt ist, oder
5.2. elektrisch mit einem
5.2.1. Antrieb zur Umwandlung von elektrischer Energie in Rotationsarbeit, insbesondere ein
5.2.1.1. Schrittmotor (540) pro Zylindereinheit, wobei
5.2.1.1.1. der Stator fest mit dem Zylinderkopf, und
5.2.1.1.2. der Rotor fest mit dem Drehschieberzapfen (405) verbunden ist,
5.2.1.2. und die Relativstellung von Steuerorgan und Antriebswelle durch winkelkodierte Scheiben über eine elektrooptische oder elektromagnetische Sensoreinheit ablesbar, und durch ein Steuergerät geregelt ist, oder
5.2.2. mit einer direkten Koppelung des Antriebs nach Merkmalgruppe 5.2.1.1. an die Steuerwelle (510), oder
5.3. hydraulisch oder pneumatisch mit einem
5.3.1. Antrieb zur Umwandlung von Druckmittelenergie oder Strömungsenergie in Rotationsarbeit, insbesondere
5.3.1.1. Lamellenmotoren und Zahnradmotoren, mit einer
5.3.1.2. Steuerung der Relativstellung nach Merkmal 5.2.1.2. durch eine Regelung des Druckes oder der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids,
5.4. Simultanantrieb von Mehrzylinder-Reihenanordnungen
5.4.1. mit gleichem Drehsinn der Steuerorgane erfolgt
5.4.1.1. über eine einstückige Steuerwelle (510) für alle Steuerorgane mit einer gleichsinnig steigenden Verzahnung an den Eingriffsstrecken, oder
5.4.1.2. über Zwischenräder (550)
5.4.1.2.1. an der Drehhülsenbasis, oder
5.4.1.2.2. in der Drehhülsenebene
5.4.2. mit wechselndem Drehsinn der Steuerorgane
5.4.2.1. über eine einstückige Steuerwelle (510) für alle Steuerorgane mit gegensinnig steigender Verzahnung an den Eingriffsstrecken,
5.4.2.2. oder mit direktem Eingriff der Drehhülsenbundverzahnung (530),
5.5. Regelung der Steuerwinkel als Funktion der Drehfrequenz, des Drehmomentes der Antriebswelle oder des Ansaugdruckes durch die Änderung der Phasenwinkeldifferenz zwischen Antriebswelle und Steuerorgan, durch
5.5.1. die axiale Verschiebung der Steuerwelle (510)
5.5.1.1. mechanisch
5.5.1.1.1. mit manueller Betätigung über ein Hebelsystem (560) oder über Bowdenzüge, oder
5.5.1.1.2. mit automatischer Betätigung durch elektrische oder hydraulische Antriebe der Hebelsysteme (560), oder
5.5.1.1.3. durch die Umformung der Radialverschiebung von beweglichen Rotationsmasse in eine Axialbewegung, wobei die drehfrequenzabhängigen Radialkräfte durch Rückstellkräfte elastischer Stoffe oder Federn mit abgestimmten Kennlinien ausgeglichen sind, oder
5.5.1.2. elektromagnetisch (570) durch die Einwirkung von Magnetkräften
5.5.1.2.1. auf linear bewegliche Stellglieder an der Steuerwelle, oder
5.5.1.2.2. über Stellmotoren auf ein mechanisches System,
5.5.1.3. hydropneumatisch (580), über einen druckbeaufschlagten Kolben,
5.5.1.3.1. einfachwirkend, mit Rückstellkraft über ein Federsystem, oder
5.5.1.3.2. doppeltwirkend, mit Druckregelung der Kolbenstellung, oder durch
5.5.2. die Drehwinkelverschiebung der Steuerwelle (510) oder der Zwischenwelle (525)
5.5.2.1. mechanisch
5.5.2.1.1. durch die Umformung der Radialverschiebung nach Merkmal 5.5.1.1.3. in eine Drehbewegung, oder
5.5.2.1.2. durch ein Phasenschiebergetriebe (590) vor der Steuerwelle (510) bestehend aus einem Planetengetriebe als Minusgetriebe mit einer Standübersetzung i o < -1, oder i o = -1 aus zwei identischen Kegelzahnradpaaren, durch die geregelte Änderung der Position des Steges nach Merkmalgruppe 5.5.1.1., oder
5.5.3. elektromagnetisch, durch die direkte Kopplung der Steuerwelle mit einem Schrittmotor und Regelung nach Merkmal 5.2.1.2.;
6. Änderung des Verdichtungsverhältnisses bei konstantem Hub und konstanten Abmessungen des Verdrängungsraums,
6.1. diskret durch eine Kombination von verschiedenen Formen und Stärken des Drehschiebers (410), der Membranscheibe (275), oder von Zwischenscheiben auf dem Druckboden (245), oder
6.2. mechanisch stufenlos
6.2.1. durch eine geregelte Änderung der Schubstangenlänge als Funktion der Last, der Drehfrequenz oder des Brennstoff-Zündverhaltens,
6.2.2. durch eine Teilung der Schubstange (250) eines Schubstangenkolbens in einem
6.2.3. drehbaren Außenschaft (251), der fest mit dem Druckboden (245) verbunden ist, und
6.2.3.1. am Umfang Eingriffsflächen aufweist, die aus
6.2.3.1.1. zur Schubstangenachse parallelen Ebenen bestehen,
6.2.3.1.1.1. in diametraler Anordnung von zwei Ebenen, oder
6.2.3.1.1.2. in regelmäßiger Anordnung mehrerer Ebenen, insbesondere
isogonale Querschnitte, oder aus
6.2.3.1.2. einer Profil-Wellenverbindung, insbesondere eine Polygonprofilverbindung, und in einem
6.2.4. Innenschaft (252), der fest mit dem Lagerstuhl (255) oder einer Bolzenachse (105) verbunden ist, und die
6.2.5. formschlüssige Verbindung des Außenschaftes (251) mit dem Innenschaft (252) über
6.2.5.1. eine Bewegungsschraube bewirkt ist, die
6.2.5.1.1. ein- oder mehrgängig ist, und
6.2.5.1.2. ein Gewindeprofil mit kleinem Flankenwinkel hat, insbesondere ein Rechteck-, Trapez- oder Sägenprofil, wobei
6.2.6. die Einleitung der Drehbewegung auf den Außenschaft (251) über
6.2.6.1. eine Steuerscheibe (600) mit umschlossener Eingriffsfläche, entsprechend dem Profil des Außenschaftes (251), deren
6.2.6.1.1. Grundform einem Verschlußdeckel (360) mit Verzahnung entspricht,
6.2.6.1.2. und die drehbar am Zylinderfuß gelagert ist,
6.3. hydraulisch stufenlos,
6.3.1. durch eine gegen den Kolbenkopf bewegliche und abgedichtete Kolbenkappe mit innerer Druckbeaufschlagung durch ein Druckfluid;
7. Verfahren für die Fluidführung der
7.1. Arbeitsfluidwechsel einer Arbeitsmaschine oder einer Brennkraftmaschine für das Viertaktverfahren
7.1.1. im inversen Verfahren, durch Ein- und Auslaßöffnungen, die sich nur in der Zylinderwand befinden, mit überwiegend radial-tangentialer Ein- und Ausströmung des Arbeitsfluids, oder
7.1.2. im anabatischen Verfahren, durch Einlaßöffnungen in der Zylinderwand und Auslaßöffnungen im Zylinderkopf, mit überwiegend radial-tangentialer Einströmung und axialer Ausströmung des Arbeitsfluids, oder
7.1.3. im gemischten Verfahren nach den Merkmalen 7.1.1. und 7.1.2., durch Ein- und Auslaßöffnungen in der Zylinderwand und im Zylinderkopf;
7.2. Ladungswechsel der Brennkraftmaschine für das Zweitaktverfahren,
7.2.1. im inversen Verfahren nach Merkmal 7.1.1., wobei die Einlaßöffnungen um den unteren Totpunkt und die Auslaßöffnungen um den oberen Totpunkt angeordnet sind, oder
7.2.2. im anabatischen Verfahren nach den Merkmalen 7.1.2. und 7.2.1., oder
7.2.3. im Überströmkanal-Verfahren
mit der Überdruck-Einleitung der Frischgase durch Überströmkanäle in die Verdrängungskammer, der von der Kolbenunterseite angesaugten und in der Kompressionskammer verdichteten Gasmassen;
8. Verfahren für die Schichtung von Brennstoff-Luftgemischen in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, durch die Einleitung von Brennstoff-Luftgemischen mit unterschiedlichem Brennstoffgehalt ( λ-Werte), in Verbindung mit Frischluft oder Abgas, über getrennte Einlaß-Teilkanäle nach den Merkmalgruppen 3.1. und 3.4.,
8.1. mit radialer Schichtung,
durch die tangentiale Führung der Frischgase in den Einlaß-Radialkanälen (300) und der schraubenförmigen Führung in den Einlaß-Axialkanälen (330),
8.2. mit axialer Schichtung,
8.2.1. durch die radial-tangentiale Führung der Frischgase in den Einlaß- Radialkanälen (300), oder
8.2.2. durch die indirekte Einspritzung des Brennstoffs in die axialen Sammelkanäle, wobei die spezifische Brennstoffverteilung vor den Einlaßöffnungen, durch den charakteristischen Austrittsstrahl der Einspritzdüse erzeugt wird,
8.3. mit axial-radialer Schichtung nach Merkmal 8.1. und 8.2. wahlweise kombiniert mit
8.4. einer geregelten Vorwärmung durch die Rückführung von Abgas in den Verdrängungsraum nach Merkmalgruppe 3.4.7., und
8.5. dem Austreiben der Restgase durch die Einleitung von Frischluft bei den Kolbenendstellungen vor der Einleitung des Brennstoff-Luftgemisches;
9. Modulbauweise durch die Anordnung der fünf verschiedenen Module:
  • - Modul mit einem Zylinder als Mono-Block
  • - Modul mit zwei Zylindern in Tandem-Anordnung,
  • - Modul mit zwei Zylindern in Boxer-Anordnung,
  • - Modul mit zwei Zylindern in V 90-Anordnung,
  • - Modul mit vier Zylindern in X 90-Anordnung,
    die einzelne Bauelemente mit einer definierten Leistungsabgabe darstellen, für die Zusammensetzung von Mehrzylindermaschinen mit einem einfachen Vielfachen der Modulleistung in
4.1. the control element is a thin-walled, circular cylindrical rotating sleeve ( 400 ),
4.1.1. the outer surface is the control mirror surface, and
4.1.2. the inner surface is the slideway for a reciprocating piston,
4.1.3. the openings in the rotary sleeve ( 400 ) are congruent with the inlet openings of the inlet radial channels ( 300 ) in the cylinder wall,
4.1.3.1. and, depending on the process, are both inlet and outlet openings,
4.1.3.2. the control edges in the rotary sleeve ( 400 ) in the upper and lower stroke section of the piston can deviate from the position of the control control edges by a radial angle ϕ E , or the opening control edges represent a sine curve when the control mirror surface is developed,
4.1.3.3. they are aligned radially or tangentially, corresponding to the channel direction in the cylinder wall, and they
4.1.3.4. have funnel-shaped widenings ( 401 ) of the control edges towards the slideway,
4.1.2. the rotating sleeve ( 400 ) is pressed against the cylinder head by an axial force,
4.1.2.1. the axial force is a material force of a pressure fluid on the flank surface of an outer rotating sleeve collar ( 402 ), wherein
4.1.2.1.1. an annular pressure chamber ( 403 ) is or is connected to the pressure chamber in a work machine via channels
4.1.2.2. the axially acting component on the sleeve teeth of the driving force, or
4.1.2.3. the spring force of a prestressed pressure roller or a sliding block acting on the end face of the rotating sleeve base, or
4.1.2.4. the material pressure of the working fluid on an inner collar on the rotating sleeve,
4.1.3. it is sealed against the cylinder head by
4.1.3.1. floating coaxial slide rings and fixed counter ring in the cylinder head, or through
4.1.3.2. a minute grinding angle of the rotating sleeve face and fixed counter ring in the cylinder head, or by
4.1.3.3. a sliding counter ring in a U-shape with a wave ring spring,
4.1.4. it has lubrication grooves, lubrication pockets, bores and helical lubrication grooves in the control mirror surface for the distribution of a lubricating fluid, and
4.1.4.1. Accumulation fields, wedge surfaces and distribution grooves for a multi-surface plain bearing on the rotating sleeve base, in particular for gas storage with connection to the sliding gap between the piston skirt and slideway,
4.1.5. it consists of a composite material made of metal and a ceramic material, the thickness of the individual layers being based on the calculated temperature gradient between the inner surface and the outer surface of the rotating sleeve, for determining the internal temperature, the thermal expansion or the bearing play in the control surface,
4.2. the control element is a rotating sleeve according to feature group 4.1., which is firmly connected to a coaxial flat rotary valve ( 410 ),
4.2.1. the openings in the rotary valve ( 410 ) are congruent with the inlet openings of the inlet axial passages ( 330 ) in the control mirror surface of the cylinder head, and
4.2.2. the outer surface corresponds to the feature group 3.6.2.1., and
4.2.3. the inner surface of the rotary valve ( 410 ) can be freely defined between the selected axial control mirror surface and the piston surface,
4.2.3.1. it is an axial translation of the piston surface, in a working machine, or it is
4.2.3.2. a surface of revolution, with the cylinder axis as the axis of rotation, of an arbitrarily constructed generator, in particular
4.2.3.2.1. from circular arc ( 411 ) in connection with sections ( 412 ), and
4.2.3.3. with the piston surface it creates pinch zones and compact compression spaces in internal combustion engines, and it is included
4.2.4. connected to a coaxial pin ( 405 ) which
4.2.4.1. has a centering cone ( 407 ) with threaded pin ( 408 ) for receiving a sealing body ( 406 ), and in
4.2.4.2. the outer surface of the sealing body ( 406 ), grooves according to feature 2.1.2.6.1.1. Has,
4.2.5. the rotary valve rotary sleeve unit is pressed against the control mirror surface on the cylinder head by an axial force
4.2.5.1. from the adhesive work of the lubricating film between the control mirror surfaces, or
4.2.5.2. from a spring-loaded axial roller bearing at the end of the pin, or
4.2.5.3. from the lubricating fluid pressure to the base of the sealing body ( 406 ),
4.2.5.4. or from a combination with axial forces according to feature group 4.1.2. exists, and
4.2.6. the bearing of the rotary valve pin ( 405 ) in the pin bearing is a plain bearing according to feature group 4.1.4. or a roller bearing, which is optionally available with
4.2.6.1. Double eccentric rings according to feature group 11 are centered in the journal bearing,
4.2.7. the axial bearing of the rotary valve rotating sleeve unit is a hydrodynamically lubricated axial bearing between the control mirror surfaces on the cylinder head and on the rotary valve,
4.2.7.1. in particular a single-disc thrust bearing, or
4.2.7.2. a multi-surface thrust slide bearing with lubrication grooves, lubrication grooves and wedge surfaces in the control mirror surface of the rotary valve;
5. The control element is driven
5.1. mechanically via a gear arrangement, with a total transmission ratio i , corresponding to the quotient of the angular velocity of the drive shaft and the angular velocity of the control member, wherein
i = 2 n : 1 in an internal combustion engine for the four-stroke process,
i = n : 1 for an internal combustion engine for the two-stroke process or for a work machine,
is determined by the selected number n of the inlet radial channels ( 300 ), and the angular position of the opening and closing control edges ( 301, 331 ) on the control member relative to the opening and closing control edges in the cylinder wall or in the cylinder head by the position of the upper piston edge on the stroke is fixed, at which the control edges open and close, this also applies to the lower piston edge in internal combustion engines with a compression and supercharger function of the underside of the piston, in particular with
5.1.1. Gear transmission in the engine housing, with an external toothing ( 500 ) of the rotating sleeve base, and one
5.1.1.1. Control shaft ( 510 ), rotatably mounted in the engine housing
5.1.1.1.1. its axis is parallel to the axis of the drive shaft,
5.1.1.1.2. it is a hollow shaft,
5.1.1.1.3. mounted in two bearings ( 511 ) symmetrically to the engagement distance on the external toothing ( 500 ) of the rotating sleeve base, and
5.1.1.1.4. with a tip diameter of the toothing, which corresponds to the outer diameter of the hollow shaft,
5.1.1.1.5. it is driven by a spur gear pair ( 512 ), the driving wheel being attached directly to the drive shaft, and
5.1.1.1.6. it has an axial fixed bearing with position adjustment, or
5.1.1.1.7. it is axially displaceable, and
5.1.1.1.8. on the path of engagement with the control member, the control shaft has a helical gear toothing in the form of a
5.1.1.1.8.1. Helical gear teeth for partial gear ratios up to 5: 1, or one
5.1.1.1.8.2. Worm gear teeth for partial gear ratios from 5: 1, whereby it forms a roller gear with intersecting axes with the teeth of the rotary sleeve base; or one
5.1.1.2. Spur gear ( 520 )
5.1.1.2.1. its axis is parallel to the cylinder axis,
5.1.1.2.2. it is straight or helical, and
5.1.1.2.3. it is connected to the drive shaft via an intermediate shaft ( 525 ) and a helical gear, as a bevel gear pair ( 521 ) when axes intersect, or as a pair of helical gears ( 522 ) when axes intersect; or a
5.1.2. Gear transmission in the cylinder head, with an external toothing ( 530 ) of the rotating sleeve collar ( 402 ), and one
5.1.2.1. Spur gear ( 535 ) in the plane of the rotating sleeve,
5.1.2.1.1. its axis is parallel to the cylinder axis, and
5.1.2.1.2. it has an extended intermediate shaft ( 525 ) compared to the drive according to feature group 5.1.1.2., and
5.1.2.1.3. is otherwise according to feature 5.1.1.2.3. driven;
5.1.3. Gear transmission over the cylinder head, in the case of an external drive via the rotary slide pin ( 405 ), whereby
5.1.3.1. the control shaft drive according to feature group 5.1.1.1. engages in a spur gear on the rotary valve pin, the
5.1.3.1.1. via an intermediate shaft ( 525 ) and two screw gears, or
5.1.3.1.2. is moved by a positive traction mechanism from the drive shaft, or
5.2. electrically with a
5.2.1. Drive for converting electrical energy into rotational work, especially one
5.2.1.1. Stepper motor ( 540 ) per cylinder unit, where
5.2.1.1.1. the stator is fixed to the cylinder head, and
5.2.1.1.2. the rotor is firmly connected to the rotary valve pin ( 405 ),
5.2.1.2. and the relative position of the control member and the drive shaft can be read off by angle-coded disks via an electro-optical or electromagnetic sensor unit and is regulated by a control unit, or
5.2.2. with a direct coupling of the drive according to feature group 5.2.1.1. to the control shaft ( 510 ), or
5.3. hydraulic or pneumatic with one
5.3.1. Drive for converting pressure medium energy or flow energy into rotational work, in particular
5.3.1.1. Vane motors and gear motors, with one
5.3.1.2. Control of the relative position according to feature 5.2.1.2. by regulating the pressure or the flow velocity of the fluid,
5.4. Simultaneous drive of multi-cylinder in-line arrangements
5.4.1. with the same direction of rotation of the control elements
5.4.1.1. via a one-piece control shaft ( 510 ) for all control elements with a toothing on the engagement paths that increases in the same direction, or
5.4.1.2. via idler gears ( 550 )
5.4.1.2.1. on the rotating sleeve base, or
5.4.1.2.2. in the rotating sleeve plane
5.4.2. with changing direction of rotation of the control elements
5.4.2.1. via a one-piece control shaft ( 510 ) for all control elements with oppositely increasing teeth on the engagement sections,
5.4.2.2. or with direct engagement of the rotating sleeve collar teeth ( 530 ),
5.5. Regulation of the control angle as a function of the rotational frequency, the torque of the drive shaft or the intake pressure by changing the phase angle difference between the drive shaft and the control member
5.5.1. the axial displacement of the control shaft ( 510 )
5.5.1.1. mechanically
5.5.1.1.1. with manual actuation via a lever system ( 560 ) or via Bowden cables, or
5.5.1.1.2. with automatic actuation by electric or hydraulic drives of the lever systems ( 560 ), or
5.5.1.1.3. by reshaping the radial displacement of the movable rotating mass into an axial movement, the rotational frequency-dependent radial forces being compensated by restoring forces of elastic materials or springs with coordinated characteristic curves, or
5.5.1.2. electromagnetic ( 570 ) due to the action of magnetic forces
5.5.1.2.1. on linearly movable actuators on the control shaft, or
5.5.1.2.2. via servomotors to a mechanical system,
5.5.1.3. hydropneumatic ( 580 ), via a pressurized piston,
5.5.1.3.1. single-acting, with restoring force via a spring system, or
5.5.1.3.2. double acting, with pressure control of the piston position, or by
5.5.2. the angular displacement of the control shaft ( 510 ) or the intermediate shaft ( 525 )
5.5.2.1. mechanically
5.5.2.1.1. by reshaping the radial displacement according to feature 5.5.1.1.3. in a rotary motion, or
5.5.2.1.2. through a phase shifter gear ( 590 ) in front of the control shaft ( 510 ) consisting of a planetary gear as a minus gear with a stationary ratio i o <-1, or i o = -1 from two identical bevel gear pairs, through the regulated change of the position of the web according to feature group 5.5. 1.1., Or
5.5.3. electromagnetic, through the direct coupling of the control shaft with a stepper motor and control according to feature 5.2.1.2 .;
6. change of the compression ratio with constant stroke and constant dimensions of the displacement space,
6.1. discretely by a combination of different shapes and thicknesses of the rotary valve ( 410 ), the membrane disc ( 275 ), or of intermediate discs on the pressure plate ( 245 ), or
6.2. mechanically stepless
6.2.1. by a regulated change in the push rod length as a function of the load, the rotational frequency or the fuel ignition behavior,
6.2.2. by dividing the push rod ( 250 ) of a push rod piston in one
6.2.3. rotatable outer shaft ( 251 ) which is fixedly connected to the pressure base ( 245 ), and
6.2.3.1. has circumferential engagement surfaces that are made of
6.2.3.1.1. there are planes parallel to the push rod axis,
6.2.3.1.1.1. in a diametrical arrangement of two levels, or
6.2.3.1.1.2. in a regular arrangement of several levels, in particular
isogonal cross sections, or from
6.2.3.1.2. a profile-shaft connection, in particular a polygon profile connection, and in one
6.2.4. Inner shaft ( 252 ), which is fixedly connected to the bearing block ( 255 ) or a pin axis ( 105 ), and the
6.2.5. positive connection of the outer shaft ( 251 ) with the inner shaft ( 252 )
6.2.5.1. is caused a movement screw that
6.2.5.1.1. is single or multi-course, and
6.2.5.1.2. has a thread profile with a small flank angle, in particular a rectangular, trapezoidal or sawing profile, wherein
6.2.6. the initiation of the rotary movement on the outer shaft ( 251 )
6.2.6.1. a control disc ( 600 ) with an enclosed engagement surface, corresponding to the profile of the outer shaft ( 251 ), the
6.2.6.1.1. Basic shape corresponds to a sealing cover ( 360 ) with teeth,
6.2.6.1.2. and which is rotatably mounted on the cylinder base,
6.3. hydraulically stepless,
6.3.1. by a piston cap which is movable and sealed against the piston head and is pressurized internally by a pressure fluid;
7. Procedures for fluid management of the
7.1. Working fluid change of a working machine or an internal combustion engine for the four-stroke process
7.1.1. in the inverse process, through inlet and outlet openings that are only in the cylinder wall, with predominantly radial-tangential inflow and outflow of the working fluid, or
7.1.2. in the anabatic process, through inlet openings in the cylinder wall and outlet openings in the cylinder head, with predominantly radial-tangential inflow and axial outflow of the working fluid, or
7.1.3. in the mixed procedure according to characteristics 7.1.1. and 7.1.2., through inlet and outlet openings in the cylinder wall and in the cylinder head;
7.2. Charge change of the internal combustion engine for the two-stroke process,
7.2.1. in the inverse method according to feature 7.1.1., wherein the inlet openings are arranged around bottom dead center and the outlet openings around top dead center, or
7.2.2. in the anabatic procedure according to characteristics 7.1.2. and 7.2.1., or
7.2.3. in the overflow channel method
with the overpressure introduction of the fresh gases through overflow channels into the displacement chamber, the gas masses sucked in from the underside of the piston and compressed in the compression chamber;
8. Procedure for the stratification of fuel-air mixtures in internal combustion engines by the introduction of fuel-air mixtures with different fuel content ( λ values), in connection with fresh air or exhaust gas, via separate inlet subchannels according to feature groups 3.1. and 3.4.,
8.1. with radial stratification,
by the tangential guidance of the fresh gases in the inlet radial channels ( 300 ) and the helical guidance in the inlet axial channels ( 330 ),
8.2. with axial stratification,
8.2.1. by the radial-tangential guidance of the fresh gases in the inlet radial channels ( 300 ), or
8.2.2. by the indirect injection of the fuel into the axial collecting channels, the specific fuel distribution in front of the inlet openings being generated by the characteristic outlet jet of the injection nozzle,
8.3. with axial-radial stratification according to feature 8.1. and 8.2. optionally combined with
8.4. regulated preheating through the recirculation of exhaust gas into the displacement space according to feature group 3.4.7., and
8.5. the expulsion of the residual gases by the introduction of fresh air at the piston end positions before the introduction of the fuel-air mixture;
9. Modular construction through the arrangement of the five different modules:
  • - Module with a cylinder as a mono block
  • - module with two cylinders in tandem arrangement,
  • - Module with two cylinders in a boxer arrangement,
  • - module with two cylinders in V 90 arrangement,
  • - module with four cylinders in X 90 arrangement,
    which represent individual components with a defined output, for the composition of multi-cylinder machines with a simple multiple of the module output in
9.1. axialer Anordnung der Module mit einem Zylinder, oder von Tandem- oder Boxer-Modulen, und der Zusammenfassung der Drehenergie über Winkelgetriebe auf eine zentrale Hauptwelle, oder
9.2. radialer Anordnung von Mono-Blöcken oder Tandem-Blöcken; oder
9.3. Reihen-Anordnung von
9.3.1. Mono-Blöcken, wobei die Exzenterwelle (121, 122) und die Exzenterlager (132, 134, 135) selbst die formschlüssigen, kuppelnden Elemente sind, nach den Merkmalen 1.3.3.2.1.; 1.3.3.2.3. und 1.3.4.2.2.2.; 1.3.4.2.3.2; 1.3.4.2.5., oder
9.3.2. Einzelzylinder in einem Maschinenblock und einer einstückigen Antriebswelle
9.3.2.1. mit durchgehenden Schwingachsen, insbesondere 4-Zylindermaschinen in Boxer-Anordnung,
9.3.2.2. mit versetzten Schwingachsen,
für Mehrzylinder-Maschinen in V 90 oder in X 90-Anordnung,
9.3.2.3. mit mindestens vier koaxialen Zahnrädern, die fest mit der Antriebswelle verbunden sind, und die in die Außenverzahnung (139) des Exzenterlagers eingreifen, sofern die Exzenterlager für jede Zylindereinheit paarweise unabhängig drehbar sind.
10. Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung,
10.1. ihr mechanischer Aufbau entspricht einer Arbeitsmaschine, wobei
10.1.1. die Einlaßöffnungen im Zylinderkopf und
10.1.2. die Auslaßöffnungen in der Zylinderwand angeordnet sind, und
10.1.3. der Gaswechsel durch eine Drehschieber-Drehhülseneinheit nach Merkmalgruppe 4.2. gesteuert ist,
10.2. sie wird im geschlossenen Kreisprozeß betrieben, wobei das gesamte Innenvolumen der Gaskanäle (81) für das gasförmige Arbeitsmedium (z. B. Helium) außerhalb der Verdrängungskammer (80), der Verdichtungsraum ist,
10.3. sie hat eine zylindrische Brennkammer (82), die
10.3.1. koaxial zu der Verdrängungskammer (80) angeordnet ist, mit einer
10.3.2. Umlenkfläche (83) der Brenngase am Zylinderkopf um rad, und
10.3.3. einen Wärmeübertrager (84) mit gegenläufigen Fluidströmen der Brenngase und des Arbeitsmediums,
10.3.3.1. mit konstanter Aufnahme der thermischen Energie der Brenngase und periodischer Abgabe an das Arbeitsmedium,
10.3.3.2. er ist unterteilt in Einzelkammern, entsprechend der Zahl der Einlaßöffnungen im Zylinderkopf, die axial um die Brennkammer (82) herum angeordnet sind, wobei der
10.3.3.3. freie Gesamtquerschnitt der Gaskanäle für das Arbeitsmedium dem freien Gesamtquerschnitt der Einlaßöffnungen entspricht, und
10.3.3.4. das Kanalbündel eine hexagonale Grundstruktur hat
10.3.3.4.1. aus kreisrunden Gaskanälen (85) für das Arbeitsmedium, und
10.3.3.4.2. aus quadratischen Gaskanälen (86) für die Brenngase, und
10.3.3.4.3. aus dreieckförmigen Trennwänden (87) zwischen den Fluidströmen, die als Speichermasse während des Verdichtungshubs dienen,
10.3.3.5. und er besteht aus einem gut wärmeleitenden und hitzebeständigen Werkstoff, insbesondere eine Nichtoxidkeramik wie SiC,
10.4. Brennkammer (82) und Zylinderkopf, und Wärmeübertrager (84) und Kühler sind durch wärmeisolierende Schichten (88) getrennt,
10.5. das Arbeitsmedium durchläuft nach der Expansion im Verdrängungsraum zyklisch folgende Stationen:
1. Vorerwärmer der Brennluft, 2. Kühler, 3. Wärmeübertrager (84),
10.6. wobei die Katalysatoren im Wärmeübertrager (84) im Abschnitt mit der optimalen Temperatur für die Reaktion eingebaut sind;
11. Exzenterringpaar mit exakt einstellbarer und ablesbarer Größe und Lage der Exzentrizität, dessen
11.1. Innenring entweder
11.1.1. die Lagerbohrung für die Aufnahme einer beliebigen Rotationsfläche eines Maschinenteils, oder
11.1.2. der äußere Laufring eines Wälzlagers, oder
11.1.3. die Buchse eines Gleitlagers ist, und
11.2. dessen Gesamtbreite durch zwei Stirnflächen aus achsennormalen Ebenen vorgegeben ist, im Abstand der erforderlichen Lagerbreite,
11.3. die äußeren und inneren Begrenzungsflächen sind Rotationsflächen einer gemeinsamen Grundachse, die vorliegt bei der Kongruenz der Achsen der Außen- und Innenflächen, insbesondere
11.3.1. gerade Kreiszylinderflächen und/oder
11.3.2. gerade Kreiskegelflächen mit kleiner Kegelsteigung,
11.4. in der Trennfläche sind Außen- und Innenring gegeneinander
11.4.1. verdrehbar um eine Nebenachse, die
11.4.1.1. parallel zur Grundachse,
11.4.1.2. im Abstand E angeordnet ist,
11.4.1.2.1. wobei 2E die maximal auszugleichende Größe der Lageabweichung oder der Lageverschiebung, und
11.4.1.2.2. E vorzugsweise eine Dekade oder Hektade von einem µm ist,
11.4.2. und die aus Rotationsflächen nach Merkmalgruppe 11.3. besteht,
11.4.3. oder aus einem Kugelabschnitt, dessen Zentrum auf der Nebenachse äquidistant von den Stirnflächen liegt, und die
11.4.4. in einer, oder in beiden Stirnflächen den Teilkreis mit dem Radius R erzeugt, bei folgender Beziehung: 11.5. in einer, oder in beiden Stirnflächen sind Marken,
11.5.1. der Innenring hat eine Einstellmarke,
11.5.1.1. sie liegt auf dem Verbindungsstrahl von der Grundachse zu der Nebenachse, bei der Kongruenz der Achsen nach Merkmalgruppe 11.3.
11.5.1.1.1. wobei der Verbindungsstrahl und seine Orthogonale im Zentrum den Teilkreis in einen ersten und zweiten Quadranten gliedern,
11.5.1.2. sie ist ein Pfeil oder ein Strich, der
11.5.1.2.1. eingeätzt, eingeritzt oder aufgedruckt ist,
11.5.2. der Außenring hat eine Größenskala mit nichtlinearer Teilung im zweiten Quadranten,
11.5.2.1. der Skalaanfang 0 liegt auf dem Verbindungsstrahl nach Merkmal 11.5.1.1., und
11.5.2.2. sie hat Viertelkreisform für Wert von 0 bis E , oder
11.5.2.3. sie hat Halbkreisform für Werte von 0 bis 2 E,
11.5.2.4. die Skalaeinteilung in radialen Teilstrichen auf dem Teilkreis ist konstruiert durch die Übertragung der Teilungspunkte, der in N gleiche Intervalle unterteilten Strecke R von der Nebenachse bis zu dem Skalaanfang, mit dem Skalaanfang als Drehpunkt, wobei
11.5.2.4.1. die Anzahl N der Intervalle zwischen den Teilstrichen in einem einfachen rationalen Verhältnis zu dem Zahlenwert von E steht,
11.5.2.4.1.1. insbesondere das Verhältnis 1, und
11.5.2.4.1.2. der Abstand der Teilstriche ohne Hilfsmittel ablesbar ist,
11.5.3. der Außenring hat eine Lageskala mit nichtlinearer Teilung im ersten Quadranten,
11.5.3.1. der Skalaanfang ist um minus π2 rad gegenüber dem Skalaanfang der Größenskala versetzt,
11.5.3.2. sie hat Achtelkreisform für Werte von 0 bis E , oder
11.5.3.3. sie hat Viertelkreisform für Werte von 0 bis 2 E,
11.5.3.4. die Teilstriche sind erzeugt durch eine Zentralprojektion der Innenachse auf dem Außenring, mit der Grundachse als Projektionszentrum, bei der Drehung der Innenachse um die Nebenachse, von den Punkten der Innenachse auf der beschriebenen Ortskurve die den Teilstrichen auf der Größenskala zugeordnet sind,
11.5.4. Größen- und Lageskala haben einen unterschiedlichen Hintergrund,
11.6. der Außenring oder der Innenring trägt folgende Bezeichnung:
Angaben des größten Einstellbereichs in der gewählten Einheit in Kurzform, z. B. 120 µm
und die kleinste Einheit der Exzentrizität zwischen zwei Teilstrichen, z. B. <||< 5 µm
insbesondere Angaben in 1 nm, oder 1 µm oder 1 mm, je nach dem Größenbereich und der Herstellungstoleranz der Exzenterringe,
11.7. Innen- und Außenring sind nach der Größeneinstellung gegeneinander, und der Außenring ist nach der Lageeinstellung gegenüber dem Gehäuse fixierbar
11.7.1. reibschlüssig, oder
11.7.2. formschlüssig, durch Kerben, Rillen, Stifte oder ähnliche Mittel.
9.1. axial arrangement of the modules with a cylinder, or of tandem or boxer modules, and the combination of the rotational energy via angular gear on a central main shaft, or
9.2. radial arrangement of mono blocks or tandem blocks; or
9.3. Row arrangement of
9.3.1. Mono blocks, whereby the eccentric shaft ( 121, 122 ) and the eccentric bearing ( 132, 134, 135 ) are themselves the form-fitting, coupling elements, according to the characteristics 1.3.3.2.1 .; 1.3.3.2.3. and 1.3.4.2.2.2 .; 1.3.4.2.3.2; 1.3.4.2.5., Or
9.3.2. Single cylinder in a machine block and a one-piece drive shaft
9.3.2.1. with continuous swing axes, especially 4-cylinder machines in a boxer arrangement,
9.3.2.2. with offset swing axes,
for multi-cylinder machines in V 90 or in X 90 arrangement,
9.3.2.3. with at least four coaxial gears, which are firmly connected to the drive shaft and which engage in the external toothing ( 139 ) of the eccentric bearing, provided that the eccentric bearings for each cylinder unit can be rotated independently in pairs.
10. external combustion engine,
10.1. their mechanical structure corresponds to a work machine, whereby
10.1.1. the inlet openings in the cylinder head and
10.1.2. the outlet openings are arranged in the cylinder wall, and
10.1.3. the gas exchange through a rotary valve rotating sleeve unit according to feature group 4.2. is controlled
10.2. it is operated in a closed cycle, the total internal volume of the gas channels ( 81 ) for the gaseous working medium (eg helium) outside the displacement chamber ( 80 ), which is the compression space,
10.3. it has a cylindrical combustion chamber ( 82 ) which
10.3.1. is arranged coaxially to the displacement chamber ( 80 ), with a
10.3.2. Deflection surface ( 83 ) of the fuel gases on the cylinder head by rad, and
10.3.3. a heat exchanger ( 84 ) with opposing fluid flows of the fuel gases and the working medium,
10.3.3.1. with constant absorption of the thermal energy of the fuel gases and periodic release to the working medium,
10.3.3.2. it is divided into individual chambers, corresponding to the number of inlet openings in the cylinder head, which are arranged axially around the combustion chamber ( 82 ), the
10.3.3.3. total free cross section of the gas channels for the working medium corresponds to the total free cross section of the inlet openings, and
10.3.3.4. the channel bundle has a hexagonal basic structure
10.3.3.4.1. from circular gas channels ( 85 ) for the working medium, and
10.3.3.4.2. from square gas channels ( 86 ) for the fuel gases, and
10.3.3.4.3. triangular partition walls ( 87 ) between the fluid flows, which serve as storage mass during the compression stroke,
10.3.3.5. and it consists of a good heat-conducting and heat-resistant material, in particular a non-oxide ceramic such as SiC,
10.4. Combustion chamber ( 82 ) and cylinder head, and heat exchanger ( 84 ) and cooler are separated by heat-insulating layers ( 88 ),
10.5. After expansion in the displacement space, the working medium cycles through the following stations:
1. preheater for the combustion air, 2. cooler, 3. heat exchanger ( 84 ),
10.6. the catalysts being installed in the heat exchanger ( 84 ) in the optimum temperature section for the reaction;
11. Eccentric ring pair with precisely adjustable and readable size and position of the eccentricity, the
11.1. Inner ring either
11.1.1. the bearing bore for receiving any surface of rotation of a machine part, or
11.1.2. the outer race of a rolling bearing, or
11.1.3. is the bushing of a plain bearing, and
11.2. the total width of which is specified by two end faces from axially normal planes, at a distance from the required bearing width,
11.3. the outer and inner boundary surfaces are surfaces of revolution of a common base axis, which is present when the axes of the outer and inner surfaces are congruent, in particular
11.3.1. straight circular cylindrical surfaces and / or
11.3.2. straight circular conical surfaces with a small pitch,
11.4. the outer and inner rings are against each other in the separating surface
11.4.1. rotatable about a minor axis, the
11.4.1.1. parallel to the basic axis,
11.4.1.2. is arranged at a distance E ,
11.4.1.2.1. where 2 E is the maximum size of the position deviation or position shift to be compensated for, and
11.4.1.2.2. E is preferably a decade or hectare of one µm,
11.4.2. and the rotation surfaces according to feature group 11.3. consists,
11.4.3. or from a spherical section, the center of which is equidistant from the end faces on the minor axis, and the
11.4.4. generates the pitch circle with the radius R in one or both end faces, with the following relationship: 11.5. there are marks in one or both faces,
11.5.1. the inner ring has an adjustment mark,
11.5.1.1. it lies on the connecting beam from the basic axis to the secondary axis, with the congruence of the axes according to feature group 11.3.
11.5.1.1.1. the connecting beam and its orthogonal in the center structure the pitch circle into first and second quadrants,
11.5.1.2. it is an arrow or a line that
11.5.1.2.1. is etched, scratched or printed on,
11.5.2. the outer ring has a size scale with non-linear division in the second quadrant,
11.5.2.1. the beginning of the scale 0 lies on the connecting beam according to feature 11.5.1.1., and
11.5.2.2. it has a quarter circle shape for values from 0 to E , or
11.5.2.3. it has a semicircular shape for values from 0 to 2 E ,
11.5.2.4. the scale division into radial graduation marks on the pitch circle is constructed by the transfer of the division points, the distance R divided into N equal intervals from the minor axis to the beginning of the scale, with the beginning of the scale as the fulcrum, whereby
11.5.2.4.1. the number N of intervals between the tick marks has a simple rational relationship to the numerical value of E ,
11.5.2.4.1.1. especially the ratio 1, and
11.5.2.4.1.2. the distance between the graduation marks can be read without tools,
11.5.3. the outer ring has a position scale with a non-linear division in the first quadrant,
11.5.3.1. the beginning of the scale is offset by minus π 2 rad from the beginning of the scale of the size scale,
11.5.3.2. it has an eight-circle shape for values from 0 to E , or
11.5.3.3. it has a quarter circle shape for values from 0 to 2 E ,
11.5.3.4. the graduation marks are generated by a central projection of the inner axis on the outer ring, with the basic axis as the projection center, when the inner axis rotates around the minor axis, from the points of the inner axis on the locus described which are assigned to the graduation marks on the size scale,
11.5.4. The size and location scale have a different background,
11.6. the outer ring or the inner ring has the following designation:
Information about the largest setting range in the selected unit in short form, e.g. B. 120 microns
and the smallest unit of eccentricity between two tick marks, e.g. B. <|| <5 µm
in particular data in 1 nm, or 1 µm or 1 mm, depending on the size range and the manufacturing tolerance of the eccentric rings,
11.7. The inner and outer ring are against each other after the size adjustment, and the outer ring can be fixed against the housing after the position adjustment
11.7.1. frictionally, or
11.7.2. form-fitting, by means of notches, grooves, pins or similar means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4220664A1 (en) * 1992-06-24 1994-01-05 Enrico Hilbert IC engine with variable swept volume and compression ratio - involves displacement of stroke pin in axial direction to crankshaft for moving crankshaft bearing point and displacement of piston floor plane
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