DE4239074C2 - Rotationsschwingkolbenmotor - Google Patents

Rotationsschwingkolbenmotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor nach dem Hauptpatent 41 18 938, der in Fahrzeugen oder stationären Anlagen einsetzbar ist.
Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Rotationsschwingkolbenmotor wobei in einem Motorgehäuse, bestehend aus einem feststehenden mit Kühl- und Schmiermittel führenden Kanälen versehenen Außenman­ tel, einem vor deren Lagerdeckel, einem hinteren Lagerdeckel, ei­ nem Ansaugkanal und einem Ausströmkanal, eine Arbeitseinheit, be­ stehend aus einer Antriebstrommel mit einer äußeren Lagerplatte mit Abtriebswellenstumpf und einem inneren Lagerkörper mit paral­ lel zur Achse der Antriebstrommel angeordneten zylindrischen Bohrungen für die Lagerung der die Arbeitszylinder aufnehmenden Schwingtraversen, in denen jeweils ein Kolben mit starr ange­ brachter Kolbenstange, die über eine Doppelgabel in funktionel­ ler Verbindung mit einer Schwingwelle steht, gelagert ist und eine Getriebeeinheit, bestehend aus einem Getriebegehäusemantel, der fest mit dem inneren Lagerkörper verbunden ist und eine äußere Lagerplatte mit einem Abtriebswellenstumpf aufweist, in der ein Antriebszahnrad und ein Zwischenzahnrad gelagert sind und letzteres einerseits über eine Öffnung im Getriebegehäuse­ mantel mit einem Innenzahnkranz am Außenmantel und andererseits mit dem Antriebszahnrad im Eingriff steht, welches über einen Kurbelzapfen, ein Pleuel und einen Übertragungshebel mit der Schwingwelle in funktioneller Verbindung steht, angeordnet sind.
Der Erfindung gemäß dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsschwingkolbenmotor zu schaffen, der bei einfacher Fertigung und Montage ein sehr günstiges Masse-Leistungsverhält­ nis aufweist, ohne Ventile oder andere Steuereinrichtungen aus­ kommt, einen optimalen Füllungsgrad der Hubzylinder ohne Hilfs­ einrichtungen und eine hohe Kraftstoffausnutzung erreicht, ohne besondere Auswuchtmaßnahmen einen ruhigen Lauf gewährleistet, kombinierfähig und vielseitig einsetzbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wir­ kungsgrad eines Rotationsschwingkolbenmotors noch weiter zu ver­ bessern und dessen Aufbau weiter zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Getriebe­ einheit gemäß Hauptpatent mit einem weiteren Zwischenzahnrad zu versehen.
Die Getriebeeinheit besteht somit aus einem Getriebegehäuseman­ tel, der fest mit dem inneren Lagerkörper verbunden ist und eine äußere Lagerplatte mit einem Abtriebswellenstumpf aufweist, in der ein Antriebszahnrad und zwei Zwischenzahnräder gelagert sind und eins davon über eine Öffnung im Getriebegehäusemantel mit einem Innenzahnkranz am Außenmantel im Eingriff steht. Das An­ triebszahnrad, das mit der Kurbelwelle eine Einheit bildet, steht über ein Pleuel und über eine Übertragungsgabel mit einem nach außen geführten Wellenanschluß mit der Schwingwelle in funktio­ neller Verbindung.
In einer Arbeitseinheit sind zwei oder vier Kolben angeordnet. Im Motorgehäuse können mehrere Arbeitseinheiten hintereinander einseitig der Getriebeeinheit angeordnet sein, wobei bei der Ausführung mit zwei Kolben jede folgende Arbeitseinheit um 90 Grad versetzt angeordnet ist, in der Art, daß sämtliche Doppel­ gabeln der Schwingwelle hintereinander in einer Flucht liegen. Es können eine oder mehrere Arbeitseinheiten beidseitig der Ge­ triebeeinheit spiegelbildlich angeordnet sein, wobei ein wei­ terer Kurbelzapfen um 90 Grad versetzt auf der anderen Seite des Antriebszahnrades angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Arbeits­ einheiten oder zwischen einer Arbeitseinheit und einer Getriebe­ einheit kann eine, die Biegelänge der Antriebstrommel verkürzen­ de Lagerstelle im Außenmantel angeordnet sein. Es können weiter­ hin mehrere Rotationsschwingkolbenmotore hintereinander und/oder parallel oder sternförmig auf ein Abtriebselement wirkend ange­ ordnet sein.
Der Kolben weist eine in der Schwingebene verlaufende zylinder­ förmige Überhöhung des Kolbenkopfes mit einer mittigen, in glei­ cher Ebene entgegengesetzt zylinderförmig verlaufenden nutenför­ migen Aussparung und eine auf der Unterseite des Kolbens senk­ recht zur Schwingebene verlaufende Aufnahmenut für den festen An­ schluß des Kolbenführungsarmes auf. Der Innenraum der Antriebs­ trommel kann beim Einsatz von zwei Kolben je Arbeitseinheit als Vorverdichterkammer ausgebildet sein, der über Kanäle mit dem An­ saugkanal und den Arbeitskammern des inneren Lagerkörpers in funktioneller Verbindung steht. Das Antriebszahnrad weist die halbe Zähnezahl des Innenzahnkranzes auf und steht über zwei Zwi­ schenzahnräder mit geringeren Zähnezahlen als die des Antriebs­ zahnrades mit dem Innenzahnkranz in funktioneller Verbindung. Im Bereich der Schmiermittelabflußbohrungen können zusätzlich Schmiermittelsprühdüsen angeordnet sein. Der vordere Lagerdeckel weist Bohrungen für den Kühlmitteldurchfluß von einem ange­ schraubten Flansch mit einem Anschlußstutzen auf.
Im feststehenden Außenmantel ist im unteren mittleren Abschnitt zwischen dem Ansaug- und Ausströmkanal im Bereich der Arbeitskam­ mern eine Schmier- und Ölabstreifeinheit und im oberen Bereich des Ansaugkanals eine Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen.
Der innere Lagerflansch der Schwingwelle, der mit dem inneren Lagerkörper getriebeseitig fest verbunden ist, weist eine zweite Lagerstelle für die mit dem Antriebszahnrad eine Einheit bilden­ de Kurbelwelle auf. Die gelenkige Verbindung zwischen der mit der Schwingwelle verbundenen Übertragungsgabel und dem Pleuel, kann an Stelle einer einfachen Bolzenverbindung in gewissen Fäl­ len auch über eine wechselseitig drehbare auf einem Lagerbolzen aufgepreßte Exzenterhülse mit Ritzel ersetzt werden, die mit ei­ nem Zahnrad, das torsionssteif an einer im Abtriebsstumpf der Antriebstrommel aufgenommenen und fest mit dieser verbundenen Innenwelle angeschlossen ist, in funktioneller Verbindung steht. Die Übertragungsgabel selbst kann an ihren kreisförmigen, dem Pleuelanschluß gegenüberliegenden Außenmantel als Zahnsegment ausgebildet sein, das mit der Außenverzahnung eines im Inneren des Getriebegehäusemantels drehbar gelagerten ausgleichenden Schwungrades im Eingriff steht. An Stelle eines starren Pleuels mit konstanter Lagerdistanz, kann auch ein stoßentlastendes Pleuel mit einem festen und einem beweglichen Lagerteil zur An­ wendung kommen. Beide Lagerteile werden hierbei durch zwei vor­ gespannte Schrauben, die in federwegbegrenzenden Distanzhülsen eingesetzt sind, miteinander verbunden und nehmen in ihrem mitt­ leren Abschnitt zwei in sich durch Distanzscheiben und einem mittleren Stützträger getrennte, vorgespannte, Tellerfederpakete auf. Der mittlere Stützträger selbst steht hierbei über einen mittleren Gewindestift mit dem beweglichen Lagerteil in funktio­ neller Verbindung.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1: den Teilschnitt A-A nach Fig. 2 und den Teilschnitt A'-A' nach Fig. 3 eines Motorblockes
Fig. 2: den Schnitt B-B nach Fig. 1 durch eine Arbeitseinheit
Fig. 3: den Schnitt C-C nach Fig. 1 durch die Getriebeeinheit
Fig. 4: den Teilschnitt eines aus zwei Lagerteilen bestehenden stoßentlastenden Pleuels geringstmöglichen Raumbedarfs
Fig. 5: die Schnittdarstellung der Verbindung Schwingwelle - Pleuel mit zusätzlicher Exzentertriebsteuerung und aus­ gleichendem Schwungradtrieb.
Das Motorgehäuse besteht aus einem Außenmantel 1, der in axialer Richtung Kühl- und Schmiermittel führende Kanäle 2 im Bereich der Arbeitseinheit aufweist. Im oberen Bereich der Arbeitsein­ heit ist eine Zündkerze 3 und im unteren Bereich sind ein Ansaug­ kanal 4 für die Verbrennungsluft mit einer integrierten Kraft­ stoffeinspritzdüse 28 und ein Ausströmkanal 5 für die Abgase an­ geordnet. Im unteren und mittleren Abschnitt des feststehenden Außenmantels 1 zwischen dem Ansaugkanal 4 und dem Ausströmkanal 5 im Bereich der Arbeitseinheit ist eine Schmier- und Ölabstreif­ einheit 37 vorgesehen. Des weiteren ist im Außenmantel 1 im un­ teren Bereich eine Abflußöffnung 6 für das Kühl- und Schmiermit­ tel angeordnet.
Das Motorgehäuse weist einen vorderen Lagerdeckel 7 und einen hinteren Lagerdeckel 8 auf, in denen eine Antriebstrommel 9 dreh­ bar gelagert ist. Der vordere Lagerdeckel 7 besitzt Bohrungen 10 für den Kühlmitteldurchfluß sowie einen angeschraubten Flansch 11 mit einem Anschlußstutzen 12 für den Kühl- und Schmiermittel­ zufluß. Die Arbeitseinheit besteht aus der Antriebstrommel 9, einer äußeren Lagerplatte 13 mit einem angeschraubten Abtriebs­ wellenstumpf 14 und einem inneren Lagerkörper 15, der mit einem Getriebegehäusemantel 16 biege- und torsionssteif verbunden ist. Dieser besitzt eine äußere Lagerplatte 17 mit einem Abtriebswel­ lenstumpf 18. Die äußere Lagerplatte 13 und der innere Lagerkör­ per 15 der Arbeitseinheit weisen außer einer mittigen Bohrung für die Lagerung 19 einer Schwingwelle 20 je vier Bohrungen für die Lagerstellen 21 der Kolbenführungsarme 22 der Kolben 39 auf. Der innere Lagerkörper 15 weist außerdem vier um 90 Grad ver­ setzte Arbeitskammern 27 bildende ringteilförmige Ausfräsungen 23 mit rechteckigem Querschnitt zur seitlichen Abdichtung der Kolben 39 auf. Er hat Durchflußkanäle 24 für das Kühlmittel und Schmiermittelabflußbohrungen 25. An der Außenfläche des inneren Lagerkörpers 15 sind längs und quer verlaufende Abdichtleisten 26 zur Abdichtung der durch die ringteilförmigen Ausfräsungen 23 mit rechteckigem Querschnitt gebildeten Arbeitskammern 27 vorge­ sehen. Weiterhin sind im inneren Lagerkörper 15 nach außen füh­ rende Schmiermittelabflußbohrungen angeordnet. Die äußere Lager­ platte 13 ist mit dem inneren Lagerkörper 15 verschraubt und be­ sitzt an ihrem Umfang Abdichtleisten 29 und nach außen führende Schmiermittelabflußbohrungen. Der Abtriebswellenstumpf 14 ist mit Schmiermittelzuführungsbohrungen versehen. Die Schwingwelle 20 ist im Bereich der Arbeitseinheit als Doppelgabel 34 mit um 180 Grad zueinander versetzten Gabelenden ausgebildet. Jedes Ga­ belende besitzt eine Aufnahmebohrung 35; 36 mit Verbindungsbolzen 40 für den gelenkigen Anschluß der Kolbenführungsarme 22 mit Kolben 39 über Gelenkstücke 38.
Der Kolben 39 besitzt außer seinen Kolbenabdichtleisten 41 eine in Schwingebene verlaufende, dem Außenradius der Antriebstrommel 9 angepaßte zylinderförmige Überhöhung des Kolbenkopfes mit ei­ ner mittigen in gleicher Ebene der Überhöhung entgegengesetzt verlaufenden zylinderförmigen Ausnehmung. Auf der Unterseite des Kolbens 39 befindet sich eine senkrecht zur Schwingebene verlau­ fende Aufnahmenut für den Anschluß des Kolbenführungsarmes 22. Die Verbindung zwischen dem Kolben 39 und dem Kolbenführungsarm 22 geschieht durch Scherstifte 45. Die Schwingwelle 20 steht über eine mit ihr fest verbundene und beiderseitig gelagerte Übertragungsgabel 42 mit einem nach außen geführten Wellenan­ schluß und einem in ihr gelagerten Pleuel 43 mit einer Kurbelwel­ le 44, die mit einem Antriebszahnrad 31 eine Einheit bildet und in der äußeren Lagerplatte 17 sowie im inneren Lagerflansch 46 der Übertragungsgabel 42 gelagert ist, in gelenkiger Verbindung. Das Antriebszahnrad 31 selbst steht über zwei Zwischenzahnräder 32; 32' durch eine Öffnung 30 im Getriebegehäusemantel 16 mit einem Innenzahnkranz 33 am feststehenden Außenmantel 1 im Ein­ griff.
Die gelenkige Verbindung zwischen der mit der Schwingwelle 20 verbundenen Übertragungsgabel 42 und dem Pleuel 43, kann an Stelle einer einfachen Bolzenverbindung in gewissen Fällen auch über eine wechselseitig drehbare auf einem Lagerbolzen 47 auf­ gepreßte Exzenterhülse 48 mit Ritzel ersetzt werden (Fig. 5), die mit einem Zahnrad 49, das torsionssteif an einer im Abtriebswel­ lenstumpf 18 der Antriebstrommel 9 aufgenommenen und fest mit dieser verbundenen Innenwelle 50 angeschlossen ist, in funktio­ neller Verbindung steht. Die Übertragungsgabel 42 selbst kann an seinem kreisförmigen dem Pleuelanschluß gegenüberliegenden Außenmantel als Zahnsegment ausgebildet sein, das mit der Außen­ verzahnung eines im Inneren des Getriebegehäusemantels 16 dreh­ bar gelagerten ausgleichenden Schwungrades 51 im Eingriff steht.
An Stelle eines starren Pleuels 43 mit konstanter Lagerdistanz, kann auch ein stoßentlastendes Pleuel mit einem festen Lagerteil 52 und einem beweglichen Lagerteil 53 zur Anwendung kommen (Fig. 4). Beide Lagerteile werden hierbei durch zwei vorgespannte Schrauben 54, die in federwegbegrenzenden Distanzhülsen 55 ein­ gesetzt sind, miteinander verbunden und nehmen in ihrem mitt­ leren Abschnitt zwei in sich durch Distanzscheiben 56 und einem mittleren Stützträger 57 getrennte, vorgespannte, Tellerfeder­ pakete 58 auf. Der mittlere Stützträger 57 selbst steht hierbei über einen mittleren Gewindestift 59 mit dem beweglichen Lager­ teil 53 in funktioneller Verbindung.
Die Wirkungsweise des Rotationsschwingkolbenmotors ist wie folgt:
Nach dem Anlassen des Rotationsschwingkolbenmotors, bei dem die Antriebstrommel 9 in eine rechte Drehbewegung versetzt wird, wird das durch das Ansaugen der Luft aus dem Ansaugkanal 4 und durch das Einspritzen des Kraftstoffes durch die Kraftstoffein­ spritzdüse 28 gebildete zündfähige Kraftstoffluftgemisch nach dem Kompressionsvorgang vor dem Erreichen des oberen Totpunktes mittels der Zündkerze 3 gezündet und anschließend der Expansions­ hub des betreffenden Kolbens 39 eingeleitet. Während der Drehung der Antriebstrommel 9 wird die Doppelgabel 34 der Schwingwelle 20 über das Gelenkstück 38 des betreffenden Kolbenführungsarmes 22 mit Kolben 39 abwechselnd entgegen und in Drehrichtung der Antriebstrommel 9 bewegt. Aus der aus der Kolbenbewegung resul­ tierenden Kraft entsteht ein Drehmoment, welches stets dem auf die Schwingwelle 20 wirkenden entgegengerichtet und annähernd gleich groß ist. Das durch den Kolbendruck in die Schwingwelle 20 eingeleitete Drehmoment wird über die Übertragungsgabel 42 und das Pleuel 43 an die Kurbelwelle 44, die mit dem Antriebs­ zahnrad 31 fest verbunden ist, weitergeleitet und setzt die An­ triebstrommel 9 über die beiden Zwischenzahnräder 32, 32', die mit dem feststehenden Innenzahnkranz 33 im Eingriff stehen, in Drehbewegung. Durch die wechselseitige Beaufschlagung der Schwingwelle 20 werden dementsprechend Zug- oder Druckkräfte über das Pleuel 43 in die Kurbelwelle 44 geleitet, die zusätz­ lich, in bezug auf die Drehrichtung der Antriebstrommel 9, wir­ kende negative oder positive Lagerreaktionen in den Kurbelwellen­ lagern hervorrufen. Die dadurch erzeugten positiven oder negati­ ven Drehmomente der Antriebstrommel 9 werden durch die in den Arbeitskammern 27 erzeugten Gegenmomente wieder aufgehoben. Bei einem Zähnezahlenverhältnis Innenzahnkranz 33 / Antriebs­ zahnrad 31 = 2/1 ergibt sich bei einer 90 Grad Drehung der An­ triebstrommel 9 eine auf den Trommelmittelpunkt bezogene Drehung des Antriebszahnrades 31 mit Kurbelwelle 44 von 180 Grad, das einem vollen Kolbenhub entspricht und einer Schwingwellendrehung um 90 Grad gleichkommt. Aus diesem Drehzahlenverhältnis leitet sich gleichzeitig eine Verdoppelung des Abtriebsmomentes der An­ triebstrommel 9 gegenüber dem auf das Antriebszahnrad 31 wirken­ den Drehmomentes ab.
Da die Doppelgabel 34 der Schwingwelle 20 aus zwei um 180 Grad versetzten Gabeln besteht und jedes Gabelgelenk mit zwei Kolben 39 in funktioneller Verbindung steht, werden bei einer Relativ­ bewegung der Schwingwelle 20 zur Antriebstrommel 9 oder umge­ kehrt, von maximal 90 Grad, alle vier Kolben 39 gleichzeitig in eine um die Lagerstelle 21 ihres Kolbenführungsarmes 22 schwin­ gende Bewegung versetzt, wobei sich ihre Massenkräfte gegensei­ tig aufheben. Die gegenüberliegenden Kolben 39 bewegen sich ent­ weder nach außen oder nach innen. Da jeder Takt einen Drehwinkel der Antriebstrommel 9 von 90 Grad ausmacht, erfolgt bei der An­ ordnung von einer Arbeitseinheit mit vier Arbeitskammern 27 für jeden der vier Kolben 39 bei einer Umdrehung der Antriebstrommel 9 ein Arbeitstakt (Expansionshub). Die Abgase werden durch den Ausströmkanal 5 ausgestoßen. Es ergeben sich daraus bei Rechts­ drehung der Antriebstrommel 9 die beim Viertaktmotor bekannten Arbeitszyklen in Abhängigkeit vorn Drehwinkel der Antriebstrom­ mel 9 und zwar:
0-90 Grad: Zündung - Arbeitstakt (Expansionshub)
90-180 Grad: Ausschieben des Abgases
180-270 Grad: Ansaugen der Luft mit indirekter oder direkter Kraftstoffeinspritzung
270-360 Grad: Verdichten des Arbeitsgases
Die Kühlung des feststehenden Außenmantels 1 und der Antriebs­ trommel 9 erfolgt durch Kühl- und Schmieröl, das über den An­ schlußstutzen 12 und den Abtriebswellenstumpf 14 über einen ge­ filterten Pumpenkreislauf der Arbeitseinheit zugeführt wird. Der eine Ölstrom gelangt durch die Bohrungen 10 des vorderen Lagerdeckels 7, durch die Kanäle 2 des Außenmantels 1, in den anschließenden Ringkanal zur Abflußöffnung 6, der andere teilt sich in zwei Ströme auf, von denen der eine über Bohrungen in der äußeren Lagerplatte 13 durch die Kanäle 24 der Antriebs­ trommel 9 zum inneren Lagerkörper 15 fließt und von dort weiter in den Ringkanal des Außenmantels 1 zur Abflußöffnung 6 gelangt und der andere zu den Lagerstellen 19 der Schwingwelle 20 und durch diese hindurch zu den Lagerstellen der Doppelgabel 34 und den der Gelenkstücke 38 in den Innenraum der Antriebstrommel 9 zu den Abdichtflächen der Kolben 39 und den Lagerstellen 21 der Kolbenführungsarme 22 gelangt. Von dort erfolgt dann der Abfluß mit Hilfe der Zentrifugalkräfte durch die Schmiermittelabfluß­ bohrungen 25 in den Ringkanal des Außenmantels 1 zur Abflußöff­ nung 6.
Beim Abwälzen des Zahnradtriebes im Innenzahnkranz 33 beschreibt der Gelenkpunkt zwischen dem Pleuel 43 und der Kurbelwelle 44 bei der vorliegenden Übersetzung eine ellipsenähnliche über zwei Achsen symetrische Hypozykloide mit zwei zentrumnahen und zwei zentrumweiten Bahnabschnitten. Daraus resultieren bei einer Um­ drehung der Antriebstrommel 9 zwei Beharrungs- und zwei Bewe­ gungsphasen der Schwingwelle 20 im Wechsel. Für den Beginn der Beharrungsphase der Schwingwelle 20 (gleichbedeutend mit der Tot­ punktstellung der Kolben 39, bei der die Gelenkpunkte von der Schwingwelle 20 und der Gelenkstücke 38 auf einer vertikalen Verbindungslinie liegen), wählt man am vorteilhaftesten für die Lage des Gelenkpunktes Pleuel- Kurbelwelle die, bei der sich die Lagerstelle des Antriebszahnrades 31 10 bis 18 Grad vor dem Erreichen des äußeren Bahnpunktes der Hypozykloide befindet. Die Länge der Beharrungsphase liegt theoretisch bei 90 Grad Dreh­ winkel der Antriebstrommel 9 bezw. geht bis zu einem Drehwinkel von 75 Grad nach Erreichen des äußeren Bahnpunktes der Hypozyk­ loide. Um die Winkelbeschleunigungen und Verzögerungen der Schwingwelle 20 beim Beginn und beim Verlassen der Bewegungs­ phase in Grenzen zu halten, muß das Verhältnis radiale Ent­ fernung der Lagerstelle des Antriebszahnrades 31 bis zum Mittel­ punkt der Antriebstrommel 9 zum Kurbelwellenradius ≧ 4 betragen. Eine optimale Senkung dieser Werte wird durch einen Ausgleich­ trieb erreicht, bei dem das Pleuel 43 in der Übertragungsgabel 42 auf einer Exzenterhülse 48 mit Ritzel gelagert ist, das über einem mit dem Abtriebsstumpf 18 der Antriebstrommel 9 fest ver­ bundenen Zahnrad 49 in funktioneller Verbindung steht. Hierdurch wird entsprechend der ständig wechselnden Relativbewegungen der Schwingwelle 20 zur Antriebstrommel 9 eine wechselnde Drehbewe­ gung der Exzenterhülse 48 und damit eine laufende Distanzän­ derung der Lagermitten des Pleuels 43 erreicht.
In den Übergangsphasen der Schwingwelle 20 vom Beharrungszustand in die Bewegungsphase und umgekehrt führt eine allmähliche Ver­ größerung bezw. eine entsprechende Abnahme dieser Lagerdistanz zu einer Verlängerung der Beschleunigunigs- und Verzögerungszei­ ten und damit zur Verringerung der damit verbundenen Massenkräf­ te. Der zusätzliche Einsatz eines stoßentlastenden Pleuels, bei dem hoch vorgespannte Tellerfederpakete 58 wirksam sind, führen zum Abbau der durch die ständige Kraftrichtungsänderung beding­ ten Belastungsspitzen der Pleuel- und angrenzenden Wälzlager und zur Lebensdauererhöhung dieser Triebwerksteile.
Der volle Ausgleich der durch die wechselseitigen Schwingwellen­ bewegungen erzeugten Torsionsschwingungen bei nur einer Arbeits­ einheit kann entweder bei herausgeführtem Schwingwellenanschluß durch einen extern angeordneten Ausgleichtrieb oder innerhalb der Getriebeeinheit erfolgen. Im letzten Fall erhält der kreis­ förmig auszubildende Außenmantel der Übertragungsgabel 42 ein Zahnsegment, das mit der Außenverzahnung eines innerhalb des Getriebegehäusemantels 16 drehbar gelagerten ausgleichenden Schwungrades 51 im Eingriff steht, dessen Drehenergie auf die Antriebstrommelmitte reduziert der der Schwingwelle entsprechen muß. Die Masse des ausgleichenden Schwungrades 51 bildet gleich­ zeitig den größten Teil der Ausgleichmasse für den gegenüberlie­ genden Zahnradtrieb.
Durch die Verbindung mit einer zweiten Arbeitseinheit mit entge­ gengesetzt drehender Antriebstrommel 9 dagegen werden automa­ tisch sämtliche Torsionsschwingungen gegenseitig aufgehoben.
Die markantesten Vorteile dieser Bauvariante gegenüber den be­ kannten Hubkolbenmotoren sind einmal der hohe mechanische Wir­ kungsgrad der Arbeitseinheit, da trotz der ständig wechselnden Relativbewegungen zwischen der Schwingwelle 20 und der Antriebs­ trommel 9 von 90 Grad mit der damit verbundenen schnellen Bewe­ gung aller vier Kolben 39 keine Gleitreibungsverluste, außer durch die Kolbenabdichtleisten 41 zwischen dem Kolben 39 und den ihn umgebenden Abdichtflächen, entstehen, weder durch den Kolben­ druck bedingten, noch durch die entstehenden Zentrifugal- sowie radialen und zirkularen Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte. Zum anderen ergeben sich durch einen kontinuierlichen Luftansaug­ strom ohne eine negative konstruktionsbedingte Luftvorwärmung sowie durch größtmögliche Ansaugquerschnitte ein optimaler Lade­ grad und durch einen optimal gestalteten Brennraum mit kurzen Flammwegen und einer realisierbaren Gleichraumverbrennung sowie einen über 180 Grad Kurbelwinkel gehenden Expansionstakt einen hohen thermischen Wirkungsgrad, gleichbedeutend mit einer best­ möglichen Kraftstoffausnutzung.
Weitere Pluspunkte sind ein schwingungsfreier leiser Lauf, schadstoffarme Abgase durch eine auf das Gasvolumen bezogene zur Verfügung stehende längere Brennzeit, beachtlich kleine Bau­ abmessungen, geringes Eigengewicht und ein relativ geringer Fertigungsaufwand.
Der erzielbare Überdeckungsgrad eines Rotationsschwingkolbenmo­ tors mit einer oder zwei Arbeitseinheiten mit einer um 90 Grad zueinander versetzten Kurbelwellenkröpfung entspricht dem eines Vierzylinder- bezw. Achtzylinder-Otto-Viertaktmotors. Dieser kann jedoch durch Hintereinander- oder Parallelanordnung mehrerer Rotationsschwingkolbenmotore beliebig erhöht werden.
Bezugszeichenliste
1
Aussenmantel (feststehend)
2
Kanal
3
Zündkerze
4
Ansaugkanal
5
Ausströmkanal
6
Abflußöffnung
7
vorderer Lagerdeckel
8
hinterer Lagerdeckel
9
Antriebstrommel
10
Bohrung
11
Flansch
12
Anschlußstutzen
13
äußere Lagerplatte
14
Abtriebswellenstumpf
15
innerer Lagerkörper
16
Getriebegehäusemantel
17
äußere Lagerplatte
18
Abtriebswellenstumpf
19
Lagerung
20
Schwingwelle
21
Lagerstelle des Kolben­ führungsarmes
22
Kolbenführungsarm
23
kreisförmige recht­ eckige Ausfräsung
24
Durchflußkanal
25
Schmiermittelabfluß­ bohrung
26
Abdichtleiste
27
Arbeitskammer
28
Kraftstoffeinspritzdüse
29
Abdichtleiste
30
Öffnung
31
Antriebszahnrad
32
Zwischenzahnrad
33
Innenzahnkranz
34
Doppelgabel
35
Aufnahmebohrung
36
Aufnahmebohrung
37
Schmier- u. Ölabstreifeinheit
38
Gelenkstück
39
Kolben
40
Verbindungsbolzen
41
Kolbenabdichtleiste
42
Übertragungsgabel
43
Pleuel
44
Kurbelwelle
45
Scherstift
46
innerer Lagerflansch
47
Lagerbolzen zur Exzenterhülse
48
Exzenterhülse mit Ritzel
49
Zahnrad
50
Innenwelle
51
ausgleichendes Schwungrad
52
festes Lagerteil
53
bewegliches Lagerteil
54
vorgespannte Schraube
55
Distanzhülse
56
Distanzscheibe
57
mittlerer Stützträger
58
Tellerfederpaket
59
Gewindestift

Claims (14)

1. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche des Hauptpatents 41 18 938 dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Zwischenzahnrad (32') in der Getriebeeinheit vorgesehen ist.
2. Rotationsschwingkolbenmotor wobei in einem Motorgehäuse, be­ stehend aus einem feststehenden mit Kühl- und Schmiermittel führenden Kanälen (2) versehenen Außenmantel (1), einem vorder­ en Lagerdeckel (7), einem hinteren Lagerdeckel (8), einem An­ saugkanal (4) und einem Ausströmkanal (5), eine Arbeitseinheit, bestehend aus einer Antriebstrommel (9), mit einer äußeren La­ gerplatte (13) mit Abtriebswellenstumpf (14) und einem inneren Lagerkörper (15) mit Bohrungen zur Lagerung von mit den Kolben (39) fest verbundenen Kolbenführungsarmen (22) und mit Arbeits­ kammern (27) bildenden ringteilförmigen Ausfräsungen (23) mit rechteckigem Querschnitt, in denen jeweils ein entsprechend ge­ formter Kolben (39), der über ein Gelenkstück (38) mit der Dop­ pelgabel (34) einer Schwingwelle (20) in funktioneller Verbin­ dung steht, seitlich abgedichtet bewegt wird, gelagert ist, und eine Getriebeeinheit, bestehend aus einem Getriebegehäusemantel (16), der fest mit dem inneren Lagerkörper (15) verbunden ist und eine äußere Lagerplatte (17) mit einem Abtriebswellenstumpf (18) aufweist, in der ein Antriebszahnrad (31) und zwei Zwi­ schenzahnräder (32) (32') gelagert sind und eins davon einer­ seits über eine Öffnung (30) im Getriebegehäusemantel (16) mit einem Innenzahnkranz (33) am Außenmantel (1) im Eingriff steht und andererseits über das zweite Zwischenzahnrad (32') mit dem Antriebszahnrad (31) im Eingriff steht, welches über eine Kurbel­ welle (44), ein Pleuel (43) und eine Übertragungsgabel (42) mit der Schwingwelle (20) in funktioneller Verbindung steht, ange­ ordnet sind.
3. Rotationsschwingkolbenmotor nach Anspruch 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerstellen (21) der einem Gabelgelenk der Doppelgabel (34) der Schwingwelle (20) zugeordneten Kolbenführ­ ungsarme (22) mit Kolben (39) dicht beieinander am Außenmantel der Antriebstrommel (9) angeordnet sind und daß sich zwischen ihnen eine Schmiermittelabflußbohrung (25) befindet.
4. Rotationsschwingkolbenmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den oberen Kolbentotpunktstellungen eine auf der Mitte der äußeren Abdichtlinie der quer zur Trommeldreh­ achse liegenden äußeren Kolbenabdichtleiste (41) errichtete senkrechte Bezugslinie durch den Mittelpunkt der Antriebstrom­ mel (9) geht, und daß die Gelenkpunkte der betreffenden Gelenk­ stücke (38) und der Doppelgabel (34) auf ihr oder unmittelbar daneben liegen.
5. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringteilförmigen Ausfräsungen (23) mit rechteckigem Querschnitt im inneren Lagerkörper (15) um 90 Grad bzw. 180 Grad zueinander versetzt angeordnet sind.
6. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (39) auf seiner Innen­ seite eine parallel zur Drehachse der Antriebstrommel (9) ver­ laufende Nut zur Aufnahme der Kolbenführungsarme (22) aufweist und daß für die Verbindung der Kolben (39) mit seinen Kolben­ führungsarmen (22) Scherstifte (45) vorgesehen sind.
7. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbolzen der Lagerstellen (21) der Kolbenführungsarme (22) gleichzeitig als Verbindungsbolzen der Teile äußere Lagerplatte (13), innerer Lagerkörper (15) und Getriebegehäusemantel (16) ausgebildet sind.
8. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des feststehenden Außenmantels (1) im Bereich der Arbeitseinheit zwischen dem An­ saugkanal (4) und dem Ausströmkanal (5) eine Schmier- und Ölab­ streifeinheit aufweist.
9. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das getriebeseitige Ende der Schwing­ welle (20) durch eine Zahnwellenverbindung torsionssteif mit ei­ ner beiderseitig gelagerten biegesteifen Übertragungsgabel (42) mit einem nach außen geführten Wellenanschluß in Verbindung steht, die ihrerseits einen Lagerbolzen für den gelenkigen Anschluß des Pleuels (43) aufweist.
10. Rotationsschwingkolbenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Lagerflansch (46) neben der inneren La­ gerstelle der Übertragungsgabel (42) eine zweite Lagerstelle für die mit dem Antriebszahnrad (31) eine Einheit bildende Kurbelwel­ le (44) aufweist.
11. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (31) nicht mit einem Innenzahnkranz, sondern über ein Zwischenzahnrad mit einem zentral angeordneten feststehenden Zahnrad mit doppelter Zähnezahl wie die des Antriebszahnrades im Eingriff steht.
12. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsgabel (42) an seinem dem Pleuelanschluß gegenüberliegenden Außenmantel ein Zahnsegment aufweist, welches mit der Außenverzahnung eines in­ nerhalb des Getriebegehäusemantels (16) drehbar gelagerten aus­ gleichenden Schwungrades (51) im Eingriff steht.
13. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsgabel (42) eine beiderseitig drehbar gelagerte auf einem Lagerbolzen (47) aufge­ preßte Exzenterhülse (48) mit Ritzel aufweist, die mit einem Zahnrad (49), das torsionssteif an einer im Antriebswellenstumpf (18) der Antriebstrommel (9) aufgenommenen und fest mit dieser verbundenen Innenwelle (50) angeschlossen ist, in funktioneller Verbindung steht.
14. Rotationsschwingkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei, beide Lagerteile (52) (53) eines stoßentlastenden Pleuels verbindenden, vorgespannten und in federwegbegrenzenden Distanzhülsen (55) eingesetzten Schrauben (54) in ihrem mittleren Abschnitt zwei in sich durch Distanzscheiben (56) und einem mittleren Stützträger (57) ge­ trennte vorgespannte Tellerfederpakete (58) aufweisen und der mittlere Stützträger (57) über einen mittleren Gewindestift (59) mit dem beweglichen Lagerteil (53) in funktioneller Verbindung steht.
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