DE9217992U1

DE9217992U1 - Internal combustion engine operated by camshafts and rotary pistons, which can be assembled modularly in terms of number of cylinders and arrangement

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Publication number: DE9217992U1
Application number: DE9217992U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2002-08-25

Description

Gerhard Kell
Breidertring 102
6074 Rödermark 2Gerhard Kell
Breidertring 102
6074 Rödermark 2

Hubkurven und Rotationskolben betriebene Brennkraft-Maschine,die in Zylinderzahl und Anordnung modular montierbar istCam-operated internal combustion engine with rotary pistons and can be assembled modularly in terms of number of cylinders and arrangement

Die Erfindung betrifft eine einachsige motorische Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a single-axis motor unit according to the preamble of claim 1.

Das Umsetzen von 1inearen-achsialen Bewegungen in radiale Abläufe mittels Hubkurve und Hub = kurvenelementen,wie z.B. DE 3028201 beschreibt und in lcuns trukti ven Beispielen darstellt, ist im Prinzip nicht neu und entspricht dem Stand der Technik,wie es gattungsgemäß nicht neu ist, wenn mittels eines Mediums vertikal getriebene Kolbenelemente, zirkulär um ein Kolbenenelement mit Hubkurve'gelagert,Vertikalbewegung in radiale umsetzt,entsprechend einer Anmeldung G 84 05 88.9 beschrieben.Die Kraft und Bewegung umsetzen= den Elemente werden mit Kulissen und Kulissen= bahn bezeichenet.The conversion of linear-axial movements into radial processes by means of a stroke curve and stroke curve elements, as described in DE 3028201 and shown in our constructive examples, is in principle not new and corresponds to the state of the art, just as it is not new in terms of the type when vertically driven piston elements, mounted in a circle around a piston element with a stroke curve, convert vertical movement into radial movement by means of a medium, as described in an application G 84 05 88.9. The elements that convert force and movement are referred to as gates and gate tracks.

Die Anmeldung DE 3811 4o4 Al mit dem Anspruch der schräggestellten Zylinder- und Kolben = ebenen und mittels Medium getrieben erzeugten Rotations- und Translationsbewegung entspricht im Prinzip der Anmeldung 0240 467 Bild 2 etc. Das Umsetzen dieser mechanisch guten Ideen für Vergaser- und Verbrennungsmotoren - auch beim Einsatz hochwertiger Materialien,wie Kohlefaser- und Keramik,wird die von der Entwicklung des Wankelmotors bekannten Phänomene nicht eliminieren.The application DE 3811 4o4 Al with the claim of inclined cylinder and piston = planes and rotational and translational movement generated by means of a medium corresponds in principle to the application 0240 467 Figure 2 etc. The implementation of these mechanically good ideas for carburettor and combustion engines - even when using high-quality materials such as carbon fiber and ceramics - will not eliminate the phenomena known from the development of the Wankel engine.

Erfindungsgemäß und der Anmeldung EP O 069 039 Bl entsprechend wird ein Kolbenelement(Elemente) mittels Medium und Hubkurve in Rotation versetzt. Die Nachteile des genannten Konzeptes sind, dass nur ein Kraft-und Bewegung umsetzendes Element,Figur 1. Position 16,die Umsetzung aktiviert und infolge der asymmetrischen Belastung vor allem die durch den Verbrennungsraum geführte treibende Kolbenachse belastet,die zuzüglich außerordentlicher medialer (chemischer)Einwirkung und hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Letztlich wird der Vorteil des kurbelwellenfreien Antriebs und die direkte Umsetzung des Mediums wieder reduziert,wenn die achsial direkt in Rotation umgesetzte Bewegung mittels Winkeltrieb wiederum in die horizontale und Kurbelwellen = situation zurückversetzt wird.According to the invention and the application EP O 069 039 Bl, a piston element(s) is set in rotation by means of a medium and a stroke curve. The disadvantages of the concept mentioned are that only one force and movement converting element, Figure 1, position 16, activates the conversion and, as a result of the asymmetrical load, primarily loads the driving piston axis that runs through the combustion chamber, which is also exposed to extraordinary media (chemical) influences and high temperatures. Ultimately, the advantage of the crankshaft-free drive and the direct conversion of the medium is reduced again if the axial movement converted directly into rotation is returned to the horizontal and crankshaft = situation by means of an angle drive.

Beim Stand der Technik sind die Hybridantriebe zu nennen,die allgemein zum Forschungs-und Entwicklungsprogramm für umweltfreundliche motorgetriebene Straßenfahrzeuge gehören und eine innovative Alternative zum batterie = getriebenen Elektrofahrzeug sind. Eine schwedische Entwicklung der Universität-Lund hat ein sogenanntes"Ökomobil"-vorzugs= weise für den Stadtverkehr-entwickelt,dass mit der Kombination "Stirlingmotor"/Elektro= motor (im U-Bootbau bewährt) mittels Batterie normaler Ausführung und Generator betrieben ein brauchbares Konzept ist.The state of the art includes hybrid drives, which are generally part of the research and development program for environmentally friendly motor-driven road vehicles and are an innovative alternative to battery-powered electric vehicles. A Swedish development at Lund University has developed a so-called "ecomobile" - preferably for city traffic - which is a viable concept with the combination of "Stirling engine" and electric motor (proven in submarine construction) powered by a standard battery and generator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein in der konstruktiven Ausgestaltung anwendungs= technisch effektives und fertigungstechnisch unkompliziertes motorisches Aggregat zu ent = wickeln,dass den genannten Kriterien entsprechend den Anspruch der Neuerung' rechtfertigt.The invention is based on the task of developing a motor unit which is effective in terms of application technology and uncomplicated in terms of production technology in terms of its structural design and which justifies the claim of innovation in accordance with the above-mentioned criteria.

Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs i.und den erläuterten Aus= führungsformen der Unter-und Nebenansprüche.The problem is solved according to the invention by the features of the characterizing part of claim i and the explained embodiments of the sub- and auxiliary claims.

Erzielbare Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind der erfindungsgamäße Aufbau in Montage-und Funktionseinheiten und der Fortfall des Zylinderblocks herkömmlicher Art, der Kurbelwelle mit Pleuel und Pleuellagern, die als aufwendige Guß-und Schmiedeteile auch ökologisch belastend sind.Auch wird im Prozeß der Vor-und Endmontage die allgemeine Hand = habung weiter effektivisiert werden können und dar Einsatz programmierter Momtagesysteme in steigender Tendenz möglich sein. Die Motorenmodule komplett vom Zulieferer (Kolbenhersteller) fertigen zu lassen entspräche dem zeitgemäßen Trend zur Änderung der Fertigungs= tiefe! Im Reparaturfall ist das Austauschen einzel= ner Zylindermodule weniger Aufwendig als die die Demontage und Nacharbeit eines Zylinderblocks. Weiter vorteilhaft ist,dass die Zylinderkopf"= dichtung herkömmlicher Ausführung entfällt und durch eine Dichtung normaler Ausführung ersetzt werden kann*weil bei reduziertem Anzugsmoment der Schraubenverbindung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock der spezifische Anpressdruck relativ höher ist (geringere Oberfläche) und Verbindungs= elemente.besonders hoher Qualität(Stehbolzen) etc. nicht mehr erforderlich sind.The advantages that can be achieved compared to the state of the art are the inventive structure in assembly and functional units and the elimination of the conventional cylinder block, the crankshaft with connecting rod and connecting rod bearings, which are also environmentally harmful as complex cast and forged parts. In the pre- and final assembly process, general handling can also be made more effective and the use of programmed assembly systems will be increasingly possible. Having the engine modules manufactured completely by the supplier (piston manufacturer) would correspond to the contemporary trend towards changing the depth of production! In the event of repairs, replacing individual cylinder modules is less complex than dismantling and reworking a cylinder block. Another advantage is that the conventional cylinder head gasket is no longer required and can be replaced by a normal gasket because with a reduced tightening torque of the screw connection between the cylinder head and cylinder block, the specific contact pressure is relatively higher (smaller surface area) and particularly high-quality connecting elements (studs) etc. are no longer required.

Die in den Figuren 1,2 und 3=(perspektivische Darstellung von 1) dargestellten Konstruktions= konzepte entsprechen im mechanischen Aufbau und Wirkungsweise dem Anspruch. 1 mit Kennzeichnung des translatorisch:ablaufenden.Turbinenkolbens. Die unterschiedliche Ausführung und Anorduung der Hubkurven 66 und 67(Fig.l innerhalb der Kolbenebene,Fig.2 außerhalb der Kolbenebene ) und mit entsprechender Anordnung der Hubkurven= rollen und Hubkurvenbahnen sind alternativ Vorschläge,deren Vor- und Nachteile durchdacht und erprobt werden müssen.Anwendungs-wie auch fertgungstechnische Kriterien und Faktoren sind bestimmend.Auch aus Gründen der 'patentrechtlichen Äquivalenz sind die Vorschläge anspruchsgemäß genannt.The design concepts shown in Figures 1, 2 and 3 (perspective view of Figure 1) correspond in terms of mechanical structure and mode of operation to claim 1 with identification of the translationally running turbine piston. The different design and arrangement of the lifting curves 66 and 67 (Fig. 1 within the piston plane, Fig. 2 outside the piston plane) and with the corresponding arrangement of the lifting curve rollers and lifting curve tracks are alternative proposals whose advantages and disadvantages must be considered and tested. Application and manufacturing criteria and factors are decisive. The proposals are also mentioned in accordance with the claim for reasons of patent equivalence.

Zur direkten achsialen Kraft-und Bewegungsum= setzung sind im gezeigten Konstruktionsbeispiel die Hubkurven 66 und 67 materieller Bestandteil der Kolbenstange,wie die Vielkeilführungen 55 (Splices) linear-achsial gleitend in der Vielkeil= keilführung 58 der Antriebswelle 59 gelagert und zentrisch stabilisiert sind.Die Antriebswelle ist zur mechanischen Kupplung mit dem Getriebe und zur achsialen Lagerung durrh das Achsial-Radiallager mit der Führung 63 und dem Vielkeilanschlußzapfen 62 versehen,während das Achsial-Radiallager zentrisch kraft-und formschlüssig in der Bohrung der Bodenplatte 60 stabilisiert und durch den Deckel 61 abgesichert ist.For direct axial force and movement conversion, in the design example shown, the stroke curves 66 and 67 are a material component of the piston rod, just as the splice guides 55 (splices) are mounted in a linear-axial sliding manner in the splice guide 58 of the drive shaft 59 and are centrally stabilized. The drive shaft is provided with the guide 63 and the splice connection pin 62 for mechanical coupling with the gearbox and for axial support by the axial radial bearing, while the axial radial bearing is centrally stabilized in a force-fitting and form-fitting manner in the bore of the base plate 60 and secured by the cover 61.

Mit der Bodenplatte durch Verschraubung verbunden ist der tragende Zylinderteil 51,der auch Lager der Bewegung umsetzenden Rollen 57 mit den Lagern 56,den Montageträgern 54 und den Rollenlagern mit den Sicherungsringen 52 ist-The supporting cylinder part 51, which also houses the movement-transmitting rollers 57 with the bearings 56, the mounting brackets 54 and the roller bearings with the retaining rings 52, is connected to the base plate by screwing.

Das in Figur 4. gemäß Anspruch 3 dargestellte Konstruktionsbeispiel eines Boxer-oder Tandemmotors mit modularen einachsigen Motoreinheitn entsprechend den Figuren l.und 2. mittels tragender und verbindender Elemente(Fig.7) zu einem Aggregat montiert,zeigt die Möglichkeit eines extrem flachen 2-und mehrzylindrischem Motoraggregats,was dem Trend der modernen Flach= bauweise entspricht und vorzugsweise für "Unter= flur" Versionen geeignet ist.Diese Ausführung ,einschließlich Getriebe,wird im betriebsbereiten Zustand in den Einbaumaßen und Gewicht von geringerer Dimension als jedes Antriebsaggregat herkömmlicher ("Otto-Motor") Art sein.The design example of a boxer or tandem engine shown in Figure 4 according to claim 3 with modular single-axle engine units according to Figures 1 and 2 assembled into a unit by means of supporting and connecting elements (Fig. 7) shows the possibility of an extremely flat 2- and multi-cylinder engine unit, which corresponds to the trend of modern flat construction and is preferably suitable for "underfloor" versions. This design, including the gearbox, will be smaller in terms of installation dimensions and weight when ready for operation than any drive unit of the conventional ("Otto engine") type.

Die im Anspruch 4.genannten Merkmale einer neuen Kolbenausführung und Befestigung sind Konstruk = tionsbeispiele,die zeigen,dass der kurbelwellen= freie Antrieb neue Vorraussetzungen für die Entwicklung von anwendungs-wie auch fertigungs= technisch vorteilhafteren Elementen zulässt. Die symmetrische Form wird einmal bei hohen Betrieb.stemperaturen.:bessere Formstabilität und infolgedessen radial gleichmäßigere Abnutzung haben,was wiederum zu längeren Standzeiten von Kolben und Kolbenringen führt,die zuzüglich durch den Fortfall des Pleuel(mit Pleuellager und dem Kippeffekt)positiv beeinflußt wird. Die genannten Vorteile sind zu addieren mit der Achsial-Radialbewegung des Kolbens im Zylinder. Fertigungstechnisch bedeuten gleichmäßigere Wandstärken und symmtrische Form,bessere Form= Stabilität,kürzere Öffnungs-und Schließzeiten mit reduziertem Werkzeugafwand.The features of a new piston design and fastening mentioned in claim 4 are design examples that show that the crankshaft-free drive allows new prerequisites for the development of elements that are more advantageous in terms of application and production technology. The symmetrical shape will have better shape stability at high operating temperatures and, as a result, more even radial wear, which in turn leads to longer service lives for pistons and piston rings, which is also positively influenced by the elimination of the connecting rod (with connecting rod bearing and the tilting effect). The advantages mentioned are to be added to the axial-radial movement of the piston in the cylinder. In terms of production technology, more even wall thicknesses and symmetrical shape mean better shape = stability, shorter opening and closing times with reduced tool expenditure.

Figur 2.Teile 43 - 47.Figure 2. Parts 43 - 47.

Anspruchsgemäß ist das Kühlsystem aus anwendungs-und fertigungstechnischen Gründen wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, zu einzelnen Alu-Rohrrahmen ovalen Profilsdie Zylinderaußenwände tangierend-geformt und aus zweckmäßigen Gründen in mehreren Lagen zueinander gewendet montiert ist.According to the claim, the cooling system is, for application and manufacturing reasons, as shown in Figures 5 and 6, formed into individual aluminum tubular frames with an oval profile that are tangent to the cylinder outer walls and, for practical reasons, are mounted in several layers facing each other.

Innerhalb dieser Lagen begegnen sich Zu- und Abfluß,damit ein ausgewogener Kühleffekt vorsichgeht.Within these layers, inflow and outflow meet so that a balanced cooling effect occurs.

Mit dem Fortfall des Zylinderblocks bisheriger Ausführung als lohn-und materialintensiver Gußhohlkörper und den freiliegenden Zylindern ist zuzüglich Luftkühlung in größerem Potential als bisher möglich.With the elimination of the cylinder block in its previous design as a labor- and material-intensive hollow cast body and the exposed cylinders, air cooling is also possible with greater potential than before.

Auch hier hier liegt die Neuerung im anspruchs= gemäßen,fortschrittlichem,ökologischem Trend, dem auch der Fortfall der kritischen Zylinder= kopfdichtung herkömmlicher Art entspricht.Here too, the innovation lies in the sophisticated, progressive, ecological trend, which also corresponds to the elimination of the critical cylinder head gasket of the conventional type.

Das insgesamt fortschrittliche System wird ergänzt mit den Sicherungselementen 14;15 + die vorzugsweise als montage-und demontage= freundliche Verbindungen für austauschbare Komponenten und Module gedacht sind und zur Handhabung keine speziellen Werkzeuge erfordern. Eine Anzahl der herkömmlichen Schrauben/Muttern Verbindungen sind für den Fall überqualifiziert und könnten durch mehr"roboterfreundliche" Verbindungselemente ersetzt werden.The overall advanced system is complemented by the securing elements 14;15 + which are primarily intended as assembly and disassembly-friendly connections for interchangeable components and modules and do not require any special tools for handling. A number of the conventional screw/nut connections are overqualified for this case and could be replaced by more "robot-friendly" connecting elements.

Gerhard Kell
Breidertring 102
Rödermark 2Gerhard Kell
Breidertring 102
Rödermark 2

Im folendem wird die Erfindung näher dargestellt :The invention is described in more detail below:

Figur 1 = Motorenmodulausfuhrung gemäß Anspruch (Blatt 8) in vertikaler Funktionsstellung,halb = seitig geschnitten.Schnittbild I - I = Hubroolen in Draufsicht mit Bewegungs= ablauf.Figure 1 = Motor module design according to claim (page 8) in vertical functional position, half = side cut. Sectional view I - I = lifting rollers in plan view with movement = sequence.

Figur 2 = Motorenmodulausfuhrung gemäß Anspruch (Blatt 9 in vertikaler Funktionsstellung halb = und 6) seitig geschnitten.Schnittbild I-I undFigure 2 = Motor module design according to claim (Sheet 9 in vertical functional position half = and 6) cut on both sides. Sectional drawing I-I and

Einzelheit einer schraublosen Verbindung.Detail of a screwless connection.

Figur 3 = Motorenmodulausfuhrung gemäß Anspruch (Blatt 10) bis 6 in perspektivischer Darstellung mit Systemdarstellung der Taktfolge.Figure 3 = Motor module design according to claim (page 10) to 6 in perspective view with system representation of the cycle sequence.

Figur 4 = Motorenmodule gemäß Anspruch 3 in (BlattiO) einer gemeinsamen Achse im Prinzip als "Boxeranordnung dargestellt.Figure 4 = Engine modules according to claim 3 in (BlattiO) a common axis in principle shown as a "boxer arrangement".

Figur 5 = Eine Ausführung des Rohrkühlsystems: (Blattl2) Funktionsstellung quer zur Fahrtrichtung:Figure 5 = A version of the pipe cooling system: (sheet 2) Functional position transverse to the direction of travel:

Figur 6 = Eine Ausführung des Rohrkühlsystems: (Blattl3) Funktionsstellung in Fahrtrichtung.Figure 6 = A version of the pipe cooling system: (sheet 3) Functional position in direction of travel.

Figur 7 = Trägerplatten und Spannschraubenverbindung (Blattl4) gemäß Anspruch 2.Figure 7 = support plates and clamping screw connection (sheet 14) according to claim 2.

Figur 8 = Schraublose Verbindungselemente gemäß Anspruch 1 und 2.Figure 8 = Screwless connecting elements according to claims 1 and 2.

Claims

Gerhard Kell Breidertring Io2 _ &igr; _ Rödermark 2 PROTECTION CLAIMS

1. Single-axis motor unit that converts the energy of a medium into radial driving force through combustion and gasification and can be assembled, controlled and regulated modularly to form a multi-cylinder motor unit with a different number of cylinders and arrangement, according to the motor sequence and cycle, characterized in that an axially, radially movable reciprocating piston element with lifting curves (Fig. i+2) and central multi-spline guide converts the working medium into movement and force by means of force-transmitting lifting curve rollers in accordance with the innovative claim of a turbine piston.

2. Single-axle motor unit according to claim 1, characterized in that the individual motor modules can be assembled into multi-cylinder drive units by means of support and connecting parts (Figure 1, parts 40, 60; Figure 7, parts 26, 26 and 27) in a functionally aligned manner to form cylinder blocks, which, beyond the state of the art, enable motor drives that can be optionally coupled in the operating state, such as e.g.: 1/3 - 2/4 3/6 - 4/8 etc. and are supplied and regulated electrically/electronically accordingly.

3. Single-axis motor unit according to claim 1.2. characterized in that two units aligned and mounted in tandem or boxer principle - in the case shown, design examples according to Figure 2 (parts 40-68) convert radial lifting movement into continuously rotating drive force by means of a splined shaft and common drive pinion.

4. Single-axis motor unit according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the piston (43) is provided with locking cams (45) or locking grooves for the force-fitting connection on the surfaces connecting to the piston rod (44) and is designed in the shape of a nose (47) in the piston plane, which mechanically clamps with the spring-loaded locking arms (46) and locking noses of the piston rod and connects both elements axially and radially in a functionally reliable manner without an intermediate element.

5. Single-axle motor unit according to the preceding claims, characterized in that the units mounted modularly to form a cylinder block can be equipped with a self-contained pipe cooling system with vortex-free flow.

6. Single-axle motor unit according to the preceding claims, characterized in that the cylinder head gasket of conventional design is omitted and can be replaced by an annular gasket (41) which is simpler to manufacture and more advantageous in terms of application compared to the prior art, in that with a reduced tightening torque of the screw connection between the cylinder head and cylinder block, the specific contact pressure of the gasket is relatively higher and connecting elements such as "stud bolts" of particularly high quality are no longer required.