-
Beschreibung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben und auf eine
Kolbenmaschine oder Kolbenmotor, die einen Kolben aufweist, und
insbesondere, allerdings nicht ausschließlich, für eine Anordnung, bei der eine
Hubkolbenmaschine in Kombination mit einem elektrischen Generator
betrieben werden kann, wobei auf eine solche Anordnung vorliegend
als eine Hybridmaschine Bezug genommen wird.
-
Es
ist bekannt, daß eine
relativ effiziente Maschine bzw. ein Motor dadurch erhalten werden
kann, daß ein
Hubkolbenmotor, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine bzw.
ein Motor mit innerer Verbrennung, mit einem Generator kombiniert
wird, zur Verwendung in einem Fahrzeug, das durch Elektromotoren
angetrieben ist. Da die Antriebskraft des Fahrzeugs ausschließlich durch
die Elektromotoren bereitgestellt wird, kann die Verbrennungskraftmaschine
mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden, die im Hinblick
auf ihren besten Wirkungsgrad optimiert ist. Die Verbrennungskraftmaschine
treibt den Generator an, der Strom entweder an einen Elektromotor
abgibt, um das Fahrzeug anzutreiben, oder an Batterien, auf die
dann zurückgegriffen
werden kann, um den Elektromotor zu versorgen. Bei einer solchen
Hybridmaschine oder Hybridmotor ist eine kleinere Verbrennungskraftmaschine
erforderlich als bei einem Fahrzeug mit vergleichbarer Größe, das
ausschließlich
durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist, wobei allerdings
Verbrennungskraftmaschinen mit kleineren Brennkammern einen kleineren
Wirkungsgrad aufweisen, und bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer
kleineren Anzahl von Zylindern Probleme im Zusammenhang mit Schwingungen
und Geräuschen
auftreten.
-
Aus
dem britischen Patent Nr.
GB
2328476 B ist es bekannt, einen Hubkolbenmotor mit zwei
gegenüberliegenden
Zylindern bereitzustellen, mit ausgeglichenen Pleuel- oder Verbindungsstangen,
um die vorstehend genannten Probleme im Hinblick auf Schwingungen
und Geräusche
zu reduzieren.
-
Ein
Problem, das bei dem vorstehend genannten Motor und in der Tat bei
kolbengetriebenen Verbrennungskraftmaschinen im allgemeinen auftritt, besteht
darin, daß die
Verbindungsstangen mit den Kolben durch einen sogenannten Kolbenbolzen
verbunden sind. Es ist bekannt, daß sich diese Kolbenbolzen unter
der Belastung der Verbindungsstange und des Kolbens durchbiegen,
wenn der Motor in Betrieb ist. Da weiterhin Lager für den Kolbenbolzen
in dem Kolben vorgesehen sind, ist die Ausdehnung des Kolbens aufgrund
der Erwärmung
nicht gleichmäßig. Um
diese unterschiedliche Ausdehnung zu überwinden, ist es bekannt,
Kolben so zu bearbeiten, daß sie
geringfügig
oval sind und sich als Ergebnis der unterschiedlichen Ausdehnung,
wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, so ausdehnen, daß sie vollständig kreisförmig werden.
Dies führt
zu weiteren Problemen im Hinblick auf Geräusche und Schwingungen, insbesondere
dann, wenn der Motor startet. Aus der
US
5,685,267 ist es bekannt, ein Kugelgelenk vorzusehen, um
eine Verbindungsstange und einen Kolben mit einem Haltering zu verbinden, der
durch einen Kragen an Ort und Stelle gehalten wird, der mit dem
Kolbenhemd verbunden ist.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eines oder mehrere
der vorstehend genannten Probleme teilweise oder ganz zu lösen.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben für eine Hubkolbenmaschine
bereitgestellt, wobei der Kolben ein Körperteil, einen sich von dem
Körperteil
erstreckenden Rand und eine Hülse
zum Aufnehmen eines Verbindungsteils einer Verbindungsstange umfaßt, wobei
das Verbindungsteil eine teilkugelförmige Oberfläche aufweist,
und wobei die Hülse
angepaßt
ist, um in die teilkugelförmige
Oberfläche
zu greifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ferner ein aufrechtes Teil
umfaßt,
das sich von dem Körperteil
erstreckt, wobei die Hülse
einen in einer Ausnehmung aufgenommenen Einsatz umfaßt, definiert
durch das aufrechte Teil, wobei das aufrechte Teil von dem Rand beabstandet
ist.
-
Der
Einsatz kann Bronze umfassen.
-
Der
Einsatz kann eine Vielzahl von Abschnitten umfassen, die getrennt
sein können,
um das Verbindungsteil aufzunehmen, und welche benachbart zueinander
gehalten werden, wenn sie in der Ausnehmung aufgenommen sind.
-
Die
Hülse und
der Kolben können
koaxial sein.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hubkolbenmaschine
bereitgestellt, die einen Zylinder und einen Kolben umfaßt, der
in dem Zylinder hin- und herbeweglich ist, und eine Kurbelwelle,
wobei der Kolben einen Kolben gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfaßt,
und wobei die Kurbelwelle mit dem Kolben durch eine Verbindungsstange
verbunden ist, wobei die Verbindungsstange ein Verbindungsteil mit
einer teilkugelförmigen
Oberfläche
umfaßt,
wobei das Verbindungsteil in der Hülse des Kolbens aufgenommen ist.
-
Die
Verbindungsstange kann eine gabelförmige Verbindungsstange mit
einem ersten Glied und einem zweiten Glied umfassen, wobei das erste Glied
und das zweite Glied mit der Kurbelwelle durch ein erstes kurbelwellenseitiges
Lager und ein zweites kurbelwellenseitiges Lager verbunden sind.
-
Die
Glieder können
im allgemeinen parallel sein und äquidistant um eine Längsachse
der Verbindungsstange angeordnet sein.
-
Die
Maschine kann einen weiteren Zylinder umfassen, wobei der Zylinder
und der weitere Zylinder koaxial sind, wobei die Maschine einen
weiteren Kolben umfaßt,
wobei der weitere Kolben einen Kolben gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
umfaßt, wobei
der weitere Kolben mit der Kurbelwelle durch eine weitere Verbindungsstange
verbunden ist, wobei die weitere Verbindungsstange ein teilkugelförmiges Verbindungsteil
umfaßt,
das in einer Hülse
des weiteren Kolbens aufgenommen ist und mit der Kurbelwelle durch
ein drittes kurbelwellenseitiges Lager verbunden ist, das zwischen
dem ersten kurbelwellenseitigen Lager und dem zweiten kurbelwellenseitigen
Lager angeordnet ist.
-
Die
Verbindungsstangen können
von gleichem Gewicht sein, und der Schwerpunkt jeder Verbindungsstange
ist im gleichen Abstand vom Ende jeder Verbindungsstange entlang
einer Längsachse einer
jeden Verbindungsstange angeordnet.
-
Die
Verbindungsstange kann ein erstes Material umfassen, und die weitere
Verbindungsstange kann ein zweites Material umfassen, wobei das
erste Material eine geringere Dichte als das zweite Material aufweist.
-
Das
dritte kurbelwellenseitige Lager kann in einer Richtung seitlich
zur Kurbelwelle von dem ersten kurbelwellenseitigen Lager und dem
zweiten kurbelwellenseitigen Lager versetzt sein.
-
Der
Kolben und der weitere Kolben können wesentlichen
identisch sein.
-
Gemäß einem
drittem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hybridmaschine
bereitgestellt, umfassend eine Hubkolbenmaschine und einen Generator
mit einer Generatorwelle, wobei die Kurbelwelle antreibbar mit der
Generatorwelle verbunden ist.
-
Die
Generatorwelle kann einteilig oder einstückig mit der Kurbelwelle ausgebildet
sein.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich im Wege eines Beispiels erläutert, wobei
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
-
1 eine
Schnittansicht durch eine Hybridmaschine zeigt, in der die vorliegende
Erfindung verkörpert
ist,
-
2 eine
perspektivische Ansicht in einem größerem Maßstab von einem Teil der Maschine nach 1 zeigt,
-
3 eine
endseitige Ansicht eines Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
-
4 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs zeigt, das mit einer Hybridmaschine
nach 1 ausgestattet ist, und
-
5 einen
Schnitt durch eine weitere Hybridmaschine zeigt.
-
Nunmehr
sei auf 1 Bezug genommen, in der eine
Hybridmaschine mit 10 dargestellt ist, die eine Verbrennungskraftmaschine 11 und
einen Generator 12 aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 11 weist
ein Paar von einander gegenüberstehenden,
koaxialen Zylindern 13, 14 auf, in denen jeweils ein
Kolben 15, 15' hin-
und hergehend bewegbar ist. In diesem Beispiel sind die Kolben 15, 15' im wesentlichen
identisch.
-
Wie
in 1 bis 3 dargestellt ist, weist der
Kolben 15 einen zylindrischen Grundkörper- oder Körperteil 16 und
ein Kolbenhemd 17 auf. Der Körperteil 16 und das
Kolbenhemd 17 weisen eine Längsachse A auf. Der Kolben 15 ist
ferner mit einer Hülse 18 versehen,
die eine teilzylindrische Oberfläche 19 aufweist,
um mit einem teilkugelförmigen
Verbindungsabschnitt einer Verbindungsstange in Eingriff zu treten,
wie mehr im einzelnen nachfolgend noch erläutert werden wird. Die Hülse 18 wird
durch einen Einsatz 20 gebildet, der in einer Ausnehmung 21 aufgenommen
ist. In diesem Beispiel ist die Ausnehmung 21 im wesentlichen
zylindrisch und wird durch einen aufrecht stehenden Abschnitt 22 gebildet,
der sich von dem Körperteil 16 aus
erstreckt, wobei sich die Ausnehmung 21 auch in den Körperteil 16 hinein
erstreckt. An seinem oberen Ende ist der aufrechtstehende Teil 22 mit
einer ringförmigen
Vertiefung 23 versehen, um einen Spreizring 24 aufzunehmen.
-
In
dem dargestellten Beispiel besteht der Einsatz 20, um zu
ermöglichen,
daß der
Einsatz 20 ein Verbindungsteil aufnimmt, aus zwei Hälften, in diesem
Beispiel aus den Hälften 20a und 20b,
die in dem dargestellten Beispiel in vorteilhafter Weise identisch
sind. Jede Hälfte 20a, 20b weist
eine teilzylindrische äußere Oberfläche 25a, 25b auf.
Die Hälften 20a und 20b sind
weiterhin mit einer konkaven, teilweise halbkugelförmigen inneren
Oberfläche 26a, 26b versehen,
und an einem oberen Bereich mit einer kegelstumpfförmigen oberen
Oberfläche 27a, 27b,
die die teilweise halbkugelförmige
Oberfläche 26a, 26b schneidet,
um eine halbkreisförmige
Ausnehmung 28a, 28b zu bilden. Auf diese Weise
bilden die Hälften 20a, 20b dann,
wenn sie aneinander anstoßend
eingesetzt werden, einen im wesentlichen zylindrischen Einsatz 20,
der eine teilweise kugelförmige
Hülse 18 mit
einer im wesentlichen kreisförmigen
Mündung 28 aufweist.
Es wird hierbei deutlich, daß der
Einsatz 20 aus einer beliebigen anderen Anzahl von Teilen
zusammengesetzt werden kann, je nachdem wie dies zweckmäßig ist.
-
Nachfolgend
sei auf 1 Bezug genommen, in der die
Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle 30 versehen
ist. An einem Ende 31 ist die Kurbelwelle in Lagerungen 32 gelagert,
und ein weiterer Endabschnitt 33, der sich durch den Generator 12 erstreckt,
ist in Lagerungen 34 gelagert. In dem dargestellten Beispiel
ist die Kurbelwelle 30 auch in zwischenliegend angeordneten
Lagerungen 35 gelagert. Die Kurbelwelle 30 ist
um eine Achse B drehbar. Die Kurbelwelle 30 besteht aus
drei gegeneinander versetzten Abschnitten 36a, 36b und 36c. Die
Abschnitte 36a und 36b sind im wesentlichen koaxial
und sind in einer Richtung von der Achse B in seitlicher Richtung
versetzt, während
der Abschnitt 36c zwischen den Abschnitten 36a und 36b in
einer Längsrichtung
angeordnet ist und von der Achse B um den gleichen Abstand wie die
Abschnitte 36a und 36b in seitlicher Richtung
versetzt sind, aber in der entgegengesetzten Richtung von der Achse
B davon. Kurbelwellenstege 37a, 37b, 37c und 37d verbinden den
Endabschnitt 31 der Kurbelwelle, den Abschnitt 36a,
den Abschnitt 36c, den Abschnitt 36b und den Endabschnitt 33 der
Kurbelwelle.
-
Die
Kolben 15 und 15' sind
mit der Kurbelwelle 30 jeweils durch Verbindungsstangen 40 bzw. 41 verbunden.
Die erste Verbindungsstange 40 ist gegabelt ausgebildet
und weist zwei Schenkel oder Glieder 42a, 42b auf,
die in dem beschriebenen Beispiel einen gegenseitigen Abstand aufweisen,
im wesentlichen parallel zueinander sind und äquidistant von einer Längsachse
der Verbindungsstange 40 angeordnet sind. Die Glieder 42a, 42b sind
an einem Basisabschnitt 43 miteinander verbunden. Weiterhin ist
mit dem Basisabschnitt 43 ein Verbindungsteil 44 verbunden,
das einen Kopf 45 aufweist, der mit einer teilweise kugelförmigen Oberfläche versehen
ist, die innerhalb der Hülse 18 aufgenommen
ist, die mit dem Basisteil 43 durch einen Kragen 46 verbunden
ist, der sich durch die Mündung 28 hindurch
erstreckt. Am Ende eines jeden Glieds 42a, 42b befindet
sich eine Öse 47a, 47b,
in der die jeweiligen Abschnitte 36a, 36b der
Kurbelwelle 19, 33 gelagert sind, wodurch ein
erstes kurbelwellenseitiges Lager und ein zweites kurbelwellenseitiges
Lager gebildet werden. Die Verbindungsstangen 40, 41 können mit
Schmierungskanälen
versehen sein, wenn dies zweckmäßig ist.
-
Die
Verbindungsstange 41 weist eine gegabelte Stange auf, die
mit einem Verbindungsteil 44' versehen
ist, in ähnlicher
Weise wie das Verbindungsteil 44, welches einen Kopfabschnitt 45' aufweist, der
eine teilweise kugelförmige
Oberfläche und
einen Halsabschnitt 46' aufweist.
Die zweite Verbindungsstange 41 ist an ihrem Ende mit einer Öse 48 versehen,
in dem der Abschnitt 36c der Kurbelwelle 30 gelagert
ist, wodurch eine dritte kurbelwellenseitige Lagerung gebildet ist.
-
Die
erste Verbindungsstange 40 und die zweite Verbindungsstange 41 haben
die gleiche Masse, und ihre jeweiligen Schwerpunkte sind an einem
gleichen Abstand entlang ihrer jeweiligen Längsachse angeordnet. Damit
dies erzielt werden kann, muß die
Verbindungsstange 40 aus einem Material hergestellt sein,
welches eine geringere Dichte als das Material aufweist, das für die Verbindungsstange 41 verwendet
wird. Als Beispiel kann die Verbindungsstange 40 aus Aluminium
bestehen, und die zweite Verbindungsstange 41 kann aus
unlegiertem Stahl oder aus Gußeisen
bestehen. Um zu gewährleisten,
daß die
Stangen 40 und 41 die gleiche Masse haben, kann
eine oder beide Stangen in geeigneter Weise spanabhebend bearbeitet
sein oder können
in sonstiger Weise zusammengesetzt oder hergestellt sein. In dem
hier dargestellten Beispiel ist die zweite Verbindungsstange 41 mit
einer Ausnehmung 49 versehen, um die Masse der Verbindungsstange 41 einzustellen.
In dem hier dargestellten Beispiel weist der Abschnitt 36c der
Kurbelwelle eine größere Breite
in der Richtung parallel zu der Achse B als die Abschnitte 36a und 36b auf,
da die gesamte Kraft von dem Kolben 15' über diesen Abschnitt 36c übertragen wird,
und auch um zu ermöglichen,
daß die
Verbindungsstange 41 eine größere Breite hat, um eine größere Flexibilität beim Ausgleichen
der Masse der Verbindungsstangen 40 und 41 zuzulassen.
Der Abschnitt 36c weist auch eine größere Breite als die Abschnitte 36a und 36b auf,
um zu ermöglichen,
daß der
Abschnitt 36c ein Gegengewicht für die Abschnitte 36a und 36b bildet,
oder diese ausgleicht. Da die Kolben 15 und 15' identisch sind,
sind die Kolben selbst ausgeglichen, und die notwendigen Schritte, um
den Motor gegengewichtsartig auszugleichen, können dadurch erfolgen, daß die Massen
der Verbindungsstangen 40 und 41 verändert werden.
-
Die
Kolben 15 und 15' und
die Verbindungsstangen 40 und 41 werden in einfacher
Weise dadurch zusammengesetzt, daß die beiden Hälften 20a, 20b des
Einsatzes um den Verbindungsabschnitt 44, 44' gesetzt werden
und der Einsatz 20 in der Ausnehmung 21 angeordnet
wird. Ein Spreizring 24 wird dann in der kreisförmigen Ausnehmung 23 angeordnet.
-
Der
Kolben 15 und die Verbrennungskraftmaschine 11 sind
auf diese Weise in vielerlei Hinsicht von Vorteil. Beispielsweise
können
die Kolben 15 dadurch, daß bekannte Kolbenbolzen durch
Verbindungen mit Kugel und Hülse
ersetzt werden, im wesentlichen vollständig symmetrisch um die Achse
A ausgebildet werden, so daß auf
diese Weise sichergestellt wird, daß eine symmetrische Ausdehnung
als Ergebnis einer Erwärmung
auftritt. Der Zwischenraum zwischen dem Kolbenhemd 17 und
dem aufrechtstehenden Abschnitt 22 ermöglicht, daß unterschiedliche Ausdehnungen
zwischen den unterschiedlichen Abschnitten des Kolbens 15 auftreten. Der
Kolben 15 kann auf diese Weise so hergestellt werden, daß er symmetrisch
ist, ohne daß die
Notwendigkeit besteht, daß er
so hergestellt wird, daß er unterhalb
seiner Arbeitstemperatur oval ist, um unterschiedliche Ausdehnungen
zu berücksichtigen,
die durch die notwendigen Lager hervorgerufen werden, um einen Kolbenbolzen
aufzunehmen. Da bei herkömmlichen
Verbrennungsmotoren ein Kolbenbolzen an einem Kolben an seinen Enden
befestigt ist und in seiner Mitte mit einer Verbindungsstange in
Eingriff steht, wird sich der Kolbenbolzen beim Betrieb durchbiegen,
und die Kraft, die durch den Kolben erzeugt wird, wird nicht notwendigerweise
entlang der Achse des Zylinders und des Kolbens ausgeübt, so daß ein Motor
die Folge ist, der nicht ausgeglichen ist und stärkere Geräusche erzeugt. In dem hier
dargestellten Beispiel ist der Kontakt zwischen der Hülsenoberfläche 19 und
der teilweise kugelförmigen
Oberfläche 45 im
wesentlichen tangential zu der Achse A an der Oberseite des Kopfs 45,
so daß die
Kraft, die durch den Kolben 15 erzeugt wird, entlang der
Achse A auf die Verbindungsstange aufgebracht wird. Die Masse des
Kolbens und des Verbindungsabschnitts 45 ist geringer als
die, die erforderlich ist, um einen Kolben mit einem Kolbenbolzen
und einer kurbelwellenseitigen Lagerung bereitzustellen, so daß auf diese
Weise das gesamte Gewicht des Motors reduziert wird.
-
Die
Verbindungsabschnitte 44 und 44' können einteilig mit den Verbindungsstangen 40 und 41 vorgesehen
sein, oder sie können
getrennt hergestellt sein und mit diesen verbunden werden. Wenn die
Verbindungsabschnitte 44 und 44' getrennt aus dem gleichen Material
hergestellt sind und mit einer oder beiden der Verbindungsstangen 40, 41 verbunden
sind, wird deutlich, daß die
Verbindungsabschnitte 44, 44' ihrerseits die gleiche Masse haben, so
daß sie
auf diese Weise dazu beitragen, daß der Motor ausgeglichen ist.
Dadurch, daß die
Kolbenstange 40 als ein Paar von Gliedern 42a, 42b ausgebildet
ist, die durch einen Basisabschnitt 43 verbunden sind,
wird ein Durchbiegen der Verbindungsstange 40 unter Last
reduziert.
-
Ein
Vorteil davon, daß die
Verbindungsstangen 40, 41 und die Verbindungsabschnitte 44, 44' integral oder
einteilig ausgebildet werden, liegt darin, daß dann, wenn die Verbindungsstangen 40, 41 und die
Verbindungsabschnitte 44, 44' getrennt ausgebildet werden und
miteinander verbunden werden, die Verbindung, unabhängig davon,
ob es sich um eine Schweißnaht
oder um eine mechanische Befestigung wie etwa um einen Bolzen oder
eine andere Verbindung handelt, in besonderem Maße einer Ermüdung des
Metalls unterworfen ist und eine zusätzliche Versagensart bildet.
Weiterhin können
die Verbindungsstangen 40, 41 und die Verbindungsabschnitte 44, 44' dann, wenn
sie aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, einer unterschiedlichen Ausdehnung
unterworfen sein, wenn sie erwärmt werden,
mit den damit verbundenen Problemen hinsichtlich Verschleiß und Ermüdung.
-
Der
Einsatz 20 kann aus einem beliebigen geeigneten verschleißbeständigen Material,
je nach Zweckmäßigkeit,
hergestellt sein. Der Einsatz 20 kann beispielsweise aus
Phosphorbronze oder aus einem geeigneten nichtmetallischen Material
hergestellt sein, wie etwa aus Nylon. Der Einsatz 20 ist
weiterhin dahingehend vorteilhaft, daß der Einsatz 20 dann,
wenn er abgenutzt ist, ausgetauscht werden kann, wohingegen es dann,
wenn die Verbindungsabschnitte 44, 44' in einer Hülse in dem
Kolben aufgenommen wären,
die Notwendigkeit bestünde,
den Kolben als Ganzes auszutauschen, wenn die Hülse übermäßig abgenutzt wäre.
-
Die
Baugruppe aus Kolben und Verbindungsstange, wie sie vorstehend beschrieben
ist, ist einfach und kostengünstig
und besteht möglicherweise
lediglich aus fünf
Komponenten (dem Kolben 17, den Einsatzhälften 20a, 20b,
und der Verbindungsstange 40, 41 mit einem integralen
Verbindungsabschnitt 44, 44' und einem Spreizring 24).
Die Komponenten sind einfach zusammenzubauen und weisen verminderte
Anforderungen in Bezug auf maschinelle Bearbeitung und Material
im Vergleich zu bekannten Anordnungen auf.
-
Die
Verbrennungskraftmaschine 11 kann aus einem Zweitakt- oder
einem Viertaktmotor bestehen, wobei ein Viertaktmotor bevorzugt
wird, und kann je nach Zweckmäßigkeit
eine beliebige Anzahl von Zylindern umfassen, vorzugsweise zwei,
unter der Voraussetzung, daß die
Maschine über
den gesamten Zündungszyklus
ausgeglichen bleibt. Beispielsweise kann ein solcher Ausgleich bei
einem Vierzylindermotor erreicht werden, der mit zwei Verbindungsstangen
versehen ist, die jeweils zwei Glieder aufweisen, ähnlich wie
bei den ersten Verbindungsstangen 40, die vorstehend beschrieben
sind.
-
Der
Generator 12 weist eine Generatorwelle 50 auf,
die einen Teil der Kurbelwelle 30 bildet. Eine Aufnahme 51 ist
mit der Generatorwelle 50 verbunden und umfaßt einen
ersten Teil 52, der sich in Querrichtung zu der Generatorwelle
erstreckt, und einen zweiten Teil 53, der mit dem quer
verlaufenden Teil 52 verbunden ist und im wesentlichen
parallel zu der Generatorwelle 50 angeordnet ist. Auf dem
zweiten Teil 53 ist ein Ferritmagnet 54 angebracht.
Auf einem Gehäuse 55 des
Generators 12 ist ein Satz von Wicklungen 56 befestigt,
der zwischen dem Ferritmagneten 54 und der Generatorwelle 50 angeordnet
ist. Ein Gleichrichter kann je nach Notwendigkeit im Ausgang des
Generators vorgesehen sein.
-
Ein
Fahrzeug 60, das mit einem Hybridmotor 10 versehen
ist, ist in 4 dargestellt. Der Strom von
dem Generator wird durch eine Steuerung 61 an einen oder
mehreren Elektromotoren 62 geleitet. Hier ist ein Motor 62 an
jedem Rad 63 dargestellt, obwohl ein einzelner Motor, der
zwei oder mehr Räder
antreibt, oder zwei Motoren, die jeweils ein oder mehrere Räder antreiben,
oder eine beliebige andere Kombination ins Auge gefaßt werden
könnte.
Die Steuerung kann auch Strom an die Batterien 64 leiten.
-
Im
Betrieb wird die Verbrennungskraftmaschine 11 konstant
bei einer hohen Drehzahl betrieben, die so optimiert ist, daß er bei
seinem maximalen Wirkungsgrad läuft.
Die Kolben 15, 15' sind
synchronisiert. Auf diese Weise befinden sich, wie in der Zeichnung
dargestellt ist, die beiden Kolben 15, 15' in dem "unteren" Teil ihres Hubs
unmittelbar bevor sie sich nach links bzw. nach rechts bewegen,
wie in 1 dargestellt ist. Die Kolben 15, 15' drehen die Kurbelwelle 30 und
treiben die Generatorwelle 50 an. Der Strom, der durch
den Generator 12 erzeugt wird, wird durch die Steuerung
zu den Motoren 62 geleitet, die die Räder 63 antreiben.
Wenn mehr Strom gebraucht wird, als durch den Generator 12 bereitgestellt
wird, können
die Batterien 64 den zusätzlichen Strom liefern. In ähnlicher
Weise kann jeglicher im Überschuß erzeugte
Strom dazu verwendet werden, die Speicherbatterien 64 zu
laden.
-
Obwohl
die Generatorwelle 50 so dargestellt ist, daß sie unmittelbar
mit der Kurbelwelle 30 verbunden ist, dadurch daß sie integral
mit dieser ausgebildet ist, kann eine direkte oder indirekte Verbindung
vorgesehen sein, bspw. über
ein Getriebe, oder eine Kupplungseinrichtung kann vorgesehen sein.
-
In 5 ist
ein weiteres Beispiel eines Hybridmotors dargestellt, wobei die
gleichen Bezugszeichen in 3 verwendet
worden sind, wie sie in Bezug auf 1 verwendet
worden sind, um die entsprechenden Teile zu bezeichnen. Die Beschreibung in
Bezug auf 1 ist unter Berücksichtigung
der jeweiligen Veränderungen
auf die Maschine nach 3 anwendbar.
-
Nunmehr
sei auf 5 Bezug genommen, in der ein
weiterer Hybridmotor dargestellt ist, ähnlich dem Hybridmotor 10 nach 1,
wobei allerdings die Kolben und die Verbindungsstangen unterschiedlich sind.
In dem Beispiel nach 5 sind die Kolben 70, 70' identisch,
weisen allerdings in diesem Fall jeweils einen Kolbenbolzen 71, 71' auf, der in
einer geeigneten zylindrischen Ausnehmung 72, 72' aufgenommen ist
und in dieser durch einen Spreizring 73, 73' gehalten ist.
Der erste Kolben 70 ist mit der Kurbelwelle 30 durch
ein Paar von abgewinkelten Verbindungsstangen 74, 75 verbunden,
die mit Abschnitten 36a, 36b in Eingriff stehen
und jeweils mit dem Kolbenbolzen 71 an einer jeweiligen Öse 74a, 75a zusammenwirken,
in der der Kolbenbolzen 71 gelagert ist. Die zweite Verbindungsstange 76 ist ähnlich zu
der Verbindungsstange 41 nach 1, ist allerdings
in diesem Beispiel mit einem Verbindungsabschnitt 77 versehen,
der eine Öse
aufweist, in der ein Teil des Kolbenbolzens 71' gelagert ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Masse der Kolben 70, 70', der Kolbenbolzen 71, 71' und der Verbindungsstangen 74, 75 und 76 in
einer ähnlichen
Weise zu der Ausführungsform
nach 1 gewählt,
um einen wie gewünscht
ausgeglichenen Motor bereitzustellen. Die abgewinkelten Verbindungsstangen 74, 74 können in vorteilhafter
Weise identisch sein und sind einfach in entgegengesetzten Richtungen
orientiert auf den Kolbenbolzen 71 angeordnet, während die
Trennung der Ösen 74a, 75a eine
leichtere Schmierung des Kolbenbolzens 71 ermöglicht.
-
Obwohl
die Hubkolbenmaschinen, die vorliegend offenbar sind, in Kombination
mit einem Generator dargestellt sind, sei darauf verwiesen, daß ein solcher
Motor bzw. Maschine in Kombination mit einer beliebigen anderen
geeigneten Vorrichtung für
einen beliebigen anderen Zweck eingesetzt werden kann, je nach Zweckmäßigkeit,
insbesondere in Anwendungen, bei denen ein reduziertes Niveau an
Motorschwingungen erforderlich ist.
-
Obwohl
die Kolben und Verbindungsstangen, die vorliegend offenbar worden
sind, in einem Hubkolbenmotor mit gegenüberliegenden Zylindern dargestellt
sind, wird deutlich, daß derartige
Kolben und Verbindungsstangen in einem beliebigen anderen geeigneten
-
Hubkolbenmotor
eingesetzt werden können, je
nach Zweckmäßigkeit.
In der vorliegenden Beschreibung hat "umfaßt" die Bedeutung von "enthält oder
besteht aus", und "umfassend" hat die Bedeutung
von "enthaltend
oder bestehend aus".
-
Die
Merkmale, die in der vorstehenden Beschreibung oder in den folgenden
Ansprüchen
oder in den beigefügten
Zeichnungen offenbart sind, und die in ihren speziellen Formen oder
in Form eines Mittels zum Ausführen
der beschriebenen Funktion dargestellt sind, oder ein Verfahren
oder eine Vorgehensweise zum Erreichen des offenbarten Ergebnisses,
je nachdem, können
einzeln oder in einer beliebigen Kombination derartiger Merkmale
dazu verwendet werden, um die Erfindung in ihren unterschiedlichen
Ausführungsform
zu realisieren.