EP0369991B1 - Dreh-Hubkolben-Maschine - Google Patents

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EP0369991B1
EP0369991B1 EP90100553A EP90100553A EP0369991B1 EP 0369991 B1 EP0369991 B1 EP 0369991B1 EP 90100553 A EP90100553 A EP 90100553A EP 90100553 A EP90100553 A EP 90100553A EP 0369991 B1 EP0369991 B1 EP 0369991B1
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EP
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piston
cylinder
axis
bearing
rotating
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EP90100553A
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Iso Wyrsch
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Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0079—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having pistons with rotary and reciprocating motion, i.e. spinning pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/04—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F01B3/06—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces by multi-turn helical surfaces and automatic reversal
    • F01B3/08—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces by multi-turn helical surfaces and automatic reversal the helices being arranged on the pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the "classic”, well-known reciprocating piston machine has pistons that only make a reciprocating movement. The piston movement is mostly generated by the crankshaft and connecting rod.
  • the disadvantages of the classic reciprocating piston machine include the friction of the reciprocating piston on the cylinder, the space requirement of the crank mechanism and normally the need for separate organs to control the inlets and outlets. Piston machines that can be used universally have therefore been proposed, which avoid these disadvantages by simultaneously carrying out a rotary movement together with the reciprocating movement. Because of the typical rotation and stroke movement of the piston, this type of machine is hereinafter referred to as the "rotary piston machine”.
  • “Rotary reciprocating piston machine” here means a work machine or an engine.
  • A2 532 106 presented a machine which generates the rotary-stroke movement of the piston by means of a bearing which is inclined relative to the piston axis.
  • This bearing consists of two parts that rotate relative to each other. One part of the bearing is attached to the piston, the other part is articulated to the cylinder.
  • a disadvantage of this invention is that the bearing mentioned reciprocates and tumbles. It is therefore the object of the present invention to generate the rotary stroke movement of the piston in the piston machine by means of a device which, with its various designs, eliminates the problems and disadvantages mentioned.
  • a piston machine with one or more working spaces and with at least one piston, which carries out a rotary movement about the cylinder axis and at the same time an oscillating stroke movement coaxial to the cylinder axis.
  • This piston movement is generated by a bearing consisting of two parts that rotate relative to each other.
  • This piston machine is characterized in that the theoretical axis of this bearing is not parallel to the cylinder axis and in that one part of the bearing is attached to the cylinder or forms part of the cylinder and the other part, hereinafter referred to as the hollow shaft, is articulated eccentrically with the piston connected is.
  • the axis of the bearing is therefore not arranged obliquely to the piston axis but rather obliquely with respect to the cylinder axis.
  • the theoretical axis of rotation of the bearing therefore remains stationary in the machine according to the invention, ie the bearing does not make any wobbling movements.
  • the central shaft can be dispensed with in this version, which otherwise serves to transmit the rotary movement of the pistons to the outside.
  • This central shaft has several disadvantages: For example, it goes through the middle of the work area, and seals must be provided between the piston and the central shaft.
  • the bearing is additionally combined with an electric motor or generator, or the stroke length or the compression ratio is adjustable, or the end faces (working surfaces) of the pistons are used to synchronize the movement of the pistons, or there is a special lubrication of the pistons .
  • Figures 2 and 3a, 3b show two examples of designs of the same type of mechanism which leads the piston (2) to a rotary-stroke movement.
  • This mechanism corresponds to the mechanism illustrated in Figure 1, but the inner part (36) of the bearing is sunk into the piston (2).
  • the outer part (38) of the bearing rotates relative to the axis (37) of the bearing and is connected to the cylinder by a joint (39).
  • the pivot point (39) must be movable relative to the cylinder; or the connection between the bearing and the cylinder must allow a change in length.
  • These mechanisms for generating the piston movement shown in FIGS. 1 to 3 correspond in principle to the prior art according to Th. Korsgren (US-A-2 532 106).
  • FIGS. 4 and 5 show two examples of designs of the new mechanism according to the invention, which leads the piston (2) to the rotary-stroke movement. Details of the cut along the cylinder axis are drawn.
  • the hollow shaft (40) rotates about its own axis (41).
  • the piston (2) is connected to the hollow shaft at an eccentrically located point (42). When the hollow shaft (40) rotates, the piston (2) also rotates and additionally performs an oscillating stroke movement.
  • the articulated connection between the hollow shaft (40) and the piston (2) fulfills the following conditions: It must pivot movements between the piston and the hollow shaft around all three coordinate axes or at least two coordinate axes allow. In the examples of FIGS. 4 and 5, a ball joint allows swiveling movements around all three coordinate axes.
  • these two coordinate axes must lie relative to the hollow shaft (40) in the plane which is perpendicular to the axis of rotation (41) of the hollow shaft.
  • the hinge point is therefore movable in an approximately radial direction to the axis of rotation of the piston (2) or in an approximately radial direction to the axis of rotation (41) of the hollow shaft.
  • cylinders all cylinder parts or non-moving parts connected to the cylinder, which could also be called “housing” or “engine block” e.t.c, are called “cylinders”.
  • the present invention relates to a piston machine with at least one piston (2), which carries out a rotary movement about the cylinder axis and at the same time a stroke movement coaxial to the cylinder axis, this piston movement being brought about by a bearing consisting of two parts which rotate relative to one another.
  • This piston machine is characterized in that one part of the bearing is fastened to the cylinder (1) or forms part of the cylinder and the other part of the bearing, here called “hollow shaft” (40), whose theoretical axis of rotation is not parallel to the axis of the cylinder is leads and that the hollow shaft (40) is eccentrically connected to the piston.
  • the piston performs one stroke movement per revolution.
  • the kinematics of this movement depend on the geometric details of the execution and can deviate from the sinus shape.
  • the kinematics is influenced, for example, by the measure of the angle of the axis of the bearing, by the distance between the central axis of the bearing and the articulation point (42), which a part of the bearing connects to the piston by the design of this articulated connection, in particular the execution of the longitudinal displaceability of this connection, and by displacement of the joint (42) in the direction parallel to the axis of the bearing.
  • the structural design of the two parts of the bearing is carried out according to the known rules of technology, for example with axial and radial sliding bearings or with roller bearings.
  • Another version is characterized in that the power is mechanically transmitted to the outside of the machine by means of the hollow shaft (40) mentioned.
  • Another version is characterized in that the stroke length or the compression ratio or both is adjustable in that the angle which the axis (41) of the bearing has to the axis of the cylinder can be varied. This is achieved in that the bearing is pivotally attached to the cylinder.
  • Another version is characterized in that the two adjacent, coaxially arranged end faces of the pistons (2) or of the piston (2) and the piston-like member (5), between which a working space is provided and which generate the compression ratio by relative stroke movement to one another , interlock like a claw. - This synchronizes the rotary movement.
  • Another version is characterized in that the piston rests on a lubricating film, the lubricant, if it does not get into the work space or into the slots may be kept away from the work area or from the slots by a scraper ring or other sealing elements.
  • the rotating component of the piston movement is advantageous for hydrodynamic lubrication.
  • the sealing element is mounted on the cylinder, for example.
  • the working area (7) is delimited by two pistons (2), both of which perform a rotary stroke movement.
  • the movement of the piston is guided by the type of mechanism illustrated schematically in Figure 4 or 5.
  • the hollow shaft (40) of this mechanism also transmits the power to the outside of the machine: for this purpose, the hollow shaft is toothed on the outside and transmits the power to a gearwheel, which is located outside the cylinder. This gear driven by the hollow shaft (40) is connected to the corresponding gear of the adjacent hollow shaft.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Technisches Gebiet der Erfindung sind Kolbenmaschinen mit hin- und hergehenden und gleichzeitig drehenden Kolben im Zylinder. Die "klassische", wohlbekannte Hubkolbenmaschine hat Kolben, die nur eine hin- und hergehende Bewegung machen. Die Kolbenbewegung wird dort meist durch Kurbelwelle und Pleuel erzeugt. Die Nachteile der klassischen Hubkolbenmaschine sind unter anderem die Reibung des nur hin- und hergehenden Kolbens am Zylinder, der Platzbedarf des Kurbeltriebs und normalerweise die Notwendigkeit von separaten Organen zur Steuerung der Ein- und Auslässe.
    Es wurden daher universell einsetzbare Kolbenmaschinen vorgeschlagen, welche diese Nachteile vermeiden, indem der Kolben zusammen mit der Hin- und Herbewegung zugleich auch eine Drehbewegung ausführt. Wegen der typischen Dreh- und Hubbewegung des Kolbens wird diese Maschinenart nachfolgend "Dreh-Hubkolben-Maschine" genannt. Mit "Dreh-Hubkolben-Maschine" ist hier nachfolgend eine Arbeitsmaschine oder auch eine Kraftmaschine gemeint.
    • Stand der Technik
  • Es sind folgende Ausführungen von Dreh-Hubkolben-Maschinen bekannt:
    Kenneth R. Maltby beschreibt in seinem Patent (US 2,352,396) eine Kolbenmaschine, in welcher der Kolben eine Hubbewegung bei gleichzeitiger Drehbewegung ausführt. Diese Bewegung wird durch die folgende Vorrichtung erzeugt: Eine Kurvenbahn dreht sich relativ zu Führungselementen und macht dadurch relativ zu den Führungselementen eine Dreh-Hubbewegung. Entweder ist diese Kurvenbahn am Kolben befestigt und die Führungselemente, in Form von Rollen etc., sind am Zylinder befestigt, oder umgekehrt.
    Ein Problem dieser Vorrichtung ist die extrem hohe mechanische Beanspruchung in diesen Teilen.
    Theodore Y. Korsgren stellte in Patent US-A2 532 106 eine Maschine vor, welche die Dreh-Hubbewegung des Kolbens mittels eines relativ zur Kolbenachse schräggestellten Lagers erzeugt. Dieses Lager besteht aus zwei Teilen, welche relativ zueinander rotieren. Der eine Teil des Lagers ist am Kolben befestigt, der andere Teil ist exzentrisch an den Zylinder angelenkt. Ein Nachteil dieser Erfindung ist, dass das erwähnte Lager eine Hin- und Herbewegung und eine Taumelbewegung ausführt.
    Es ist daher die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, die Dreh-Hubbewegung des Kolbens in der Kolbenmaschine durch eine Vorrichtung zu erzeugen, die mit ihren verschiedenen Ausführungen die erwähnten Probleme und Nachteile eliminiert.
    • Darstellung der Erfindung
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist daher eine Kolbenmaschine mit einem oder mehreren Arbeitsräumen und mit mindestens einem Kolben vorgesehen, welcher eine Drehbewegung um die Zylinderachse und gleichzeitig eine oscillierende Hubbewegung koaxial zur Zylinderachse ausführt. Diese Kolbenbewegung wird erzeugt durch ein Lager, bestehend aus zwei Teilen, welche relativ zueinander rotieren. Diese Kolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Achse dieses Lagers nicht parallel zur Zylinderachse ist und dadurch, dass der eine Teil des Lagers am Zylinder befestigt ist oder ein Teil des Zylinders bildet und der andere Teil, nachfolgend Hohlwelle genannt, exzentrisch mit dem Kolben gelenkig verbunden ist.
    Im Unterschied zur Erfindung von Korsgren (US-A-2 532 106) ist die Achse des Lagers also nicht schräg zur Kolbenachse sondern schräg in bezug zur Zylinderachse angeordnet. Die theoretische Drehachse des Lagers bleibt also bei der erfindungsgemässen Maschine ruhend, d.h. das Lager macht keine Taumelbewegungen.
  • Dies hat zudem den Vorteil, dass ein Teil des Lagers, die Hohlwelle, zur mechanischen Leistungsübertragung nach aussen gebraucht werden kann. Dadurch kann bei dieser Version auf die zentrale Welle verzichtet werden, welche sonst dazu dient, die Drehbewegung der Kolben nach aussen zu übertragen. Diese zentrale Welle hat nämlich einige Nachteile: Z.B. geht sie mitten durch den Arbeitsraum, und zwischen Kolben und zentraler Welle müssen Dichtungen vorgesehen werden.
    Bei anderen Versionen ist das Lager zusätzlich mit einem Elektromotor oder Generator kombiniert, oder die Hublänge oder das Verdichtungsverhältnis ist verstellbar, oder die Stirnflächen (Arbeitsflächen) der Kolben werden benutzt, um die Bewegung der Kolben zu synchronisieren, oder es besteht eine spezielle Schmierung der Kolben.
    • Beschreibung der Zeichnungen
  • Für ein besseres Verständis der Erfindung wird nun bezug genommen auf die zugehörigen Zeichnungen, welche schematisch folgende Ausführungsbeispiele illustrieren:
    • Figur 1 ist ein Längsschnitt entlang der Zylinderachse einer Ausführung einer Maschine mit Kolben, die eine Dreh- und Hubbewegung ausführen. Die Erzeugung dieser Bewegung entspricht dem Stand der Technik.
    • Figur 2 ist ein schematischer Querschnitt eines ersten Vorrichtungstyps für die Erzeugung der Kolbenbewegung gemäss der Erfindung von Theodore Korsgren (Stand der Technik).
    • Figur 3 ist eine konstruktive Variante der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung.
    • Figuren 4 und 5 sind schematische Querschnitte des erfindungsgemässen neuen Vorrichtungstyps für die Erzeugung der Kolbenbewegung.
    Bildlegende zu den Figuren:
    • 1
    Zylinder / 1a, 1b, 1c Zylinderteile
    2
    Kolben, der eine Dreh-Hub-Bewegung macht
    5
    = 5a = 5b kolbenähnliches Glied, das nur rotiert
    7
    Arbeitsraum;
    7a
    dito, Maximalvolumen
    7b
    dito, Kompressionsvolumen = Totraum
    8
    Einlasskanal
    9
    Auslasskanal
    10
    Einlassströmung
    11
    Auslassströmung
    12
    Zündkerzen
    14
    zentrale Welle
    35
    derjenige Teil des Lagers, welcher am Kolben befestigt ist oder ein Teil des Kolbens bildet, scheibenförmig ausgeführt
    36
    derjenige Teil des Lagers, welcher am Kolben befestigt ist oder ein Teil des Kolbens bildet, in den Kolben eingesenkt
    37
    geometrische Achse des Teils 35 oder 36
    38
    derjenige Teil des Lagers, welcher mit dem Zylinder gelenkig verbunden ist
    39
    Gelenkpunkt der Verbindung des Teils 38 mit dem Zylinder
    40
    Hohlwelle. Sie ist derjenige Teil des Lagers, welcher exzentrisch mit dem Kolben gelenkig verbunden ist.
    41
    geometrische Achse der Hohlwelle (40)
    42
    Gelenkpunkt zwischen dem Kolben und der Hohlwelle

       Es werden nun die Zeichnungen beschrieben. Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Maschine mit vier Arbeitsräumen (7a and 7b), entlang der Achse eines Zylinders mit den Zylinderteilen 1a, 1b, 1c. Der Zylinder weist in seiner Wand Öffnungen (Schlitze) auf, welche vorgesehen sind für den Einlass (8, 10) und für den Auslass (9, 11) des Arbeitsmediums. Die Schlitze werden durch die Kolben (2) und durch die kolbenähnlichen Glieder (5) geöffnet und geschlossen. Die Form und diese Anordnung der Kolben der schlitzgesteuerten Dreh-Hubkolben-Maschine beziehen sich auf einen Gegenstand einer separaten Patentanmeldung.
    Die Bewegung des Dreh-Hubkolbens (2) wird auf folgende Weise erzeugt: Ein Lager, bestehend aus zwei Teilen (35) und (38), ist bezüglich des Kolbens schräg angeordnet, das heisst, die Achse (37) dieses Lagers ist nicht parallel zur Achse des Kolbens. Der innere Teil (35) des Lagers ist fest am Kolben (2) befestigt. Der äussere Teil (38) des Lagers ist am Gelenkpunkt (39) mit dem Zylinder verbunden. Die zwei Teile (35 und 38) des Lagers sind relativ zueinander drehbar um ihre Achse (37). Die Kolben (2) machen einen Hubzyklus, das heisst eine Hin- und Herbewegung, pro Umdrehung.
    Die Leistungsübertragung vom Kolben nach aussen erfolgt mittels einer zentralen Welle (14). Die Kolben (2) sind mit der zentralen Welle (14) so verbunden, dass sie entlang der zentralen Welle längs verschiebbar sind, aber dass sie das Drehmoment auf die zentrale Welle (14) übertragen.
  • Figur 2 und 3a, 3b zeigen zwei Beispiele von Ausführungen des selben Mechanismus-Typs, welcher den Kolben (2) zu einer Dreh-Hubbewegung führt. In Figur 2 und 2a sind Details des Schnitts längs der Zylinderachse einer Dreh-Hubkolben-Maschine gezeichnet. Dieser Mechanismus entspricht dem in Figur 1 illustrierten Mechanismus, aber der innere Teil (36) des Lagers ist in den Kolben (2) eingesenkt. Der äussere Teil (38) des Lagers rotiert relativ zur Achse (37) des Lagers und ist mit dem Zylinder durch ein Gelenk (39) verbunden. Der Gelenkpunkt (39) muss relativ zum Zylinder beweglich sein; oder die Verbindung zwischen dem Lager und dem Zylinder muss eine Längenänderung zulassen.
    Diese in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Mechanismen zur Erzeugung der Kolbenbewegung entsprechen vom Grundprinzip her dem Stand der Technik gemäss Th. Korsgren (US-A-2 532 106).
  • Figur 4 und 5 zeigen zwei Beispiele von Ausführungen des neuen, erfindungsgemässen Mechanismus, welcher den Kolben (2) zur Dreh-Hubbewegung führt. Es sind Details des Schnitts längs der Zylinderachse gezeichnet. Die Hohlwelle (40) rotiert um ihre eigene Achse (41). Der Kolben (2) ist an einem exzentrisch gelegenen Punkt (42) mit der Hohlwelle verbunden. Wenn die Hohlwelle (40) rotiert, rotiert auch der Kolben (2) und führt zusätzlich eine oscillierende Hubbewegung aus.
    Die gelenkige Verbindung zwischen der Hohlwelle (40) und dem Kolben (2) erfüllt die folgenden Bedingungen: Sie muss Schwenkbewegungen zwischen dem Kolben und der Hohlwelle um alle drei Koordinatenachsen oder um mindestens zwei Koordinatenachsen zulassen. In den Beispielen von Figur 4 und 5 erlaubt ein Kugelgelenk Schwenkbewegungen um alle drei Koordinatenachsen. Im Fall der Version mit zwei Schwenkachsen müssen diese zwei Koordinatenachsen relativ zur Hohlwelle (40) in derjenigen Ebene liegen, welche senkrecht zur Rotationsachse (41) der Hohlwelle liegt. Zusätzlich muss in jedem Fall berücksichtigt werden, dass die Distanz zwischen einem exzentrisch liegendem Punkt der Hohlwelle und der Kolbenachse während der Rotation nicht konstant bleibt. Daher ist der Gelenkpunkt in ungefähr radialer Richtung zur Rotationsachse des Kolbens (2) oder in ungefähr radialer Richtung zur Rotationsachse (41) der Hohlwelle beweglich.
  • Einfachheitshalber werden alle Zylinderteile oder mit dem Zylinder verbundenen, nicht beweglichen Teile, welche man auch als "Gehäuse" oder "Motorblock" e.t.c bezeichnen könnte, "Zylinder" genannt.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit mindestens einem Kolben (2), welcher eine Drehbewegung um die Zylinderachse und gleichzeitig eine Hubbewegung koaxial zur Zylinderachse ausführt, wobei diese Kolbenbewegung herbeigeführt wird durch ein Lager, bestehend aus zwei Teilen, welche relativ zueinander rotieren. Diese Kolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil des Lagers am Zylinder (1) befestigt ist oder ein Bestandteil des Zylinders bildet und den andern Teil des Lagers, hier "Hohlwelle" (40) genannt, deren theoretische Rotationsachse nicht parallel zur Achse des Zylinders ist, führt und dass die Hohlwelle (40) exzentrisch mit dem Kolben verbunden ist.
    So führt der Kolben eine Hubbewegung pro Umdrehung aus. Die Kinematik dieser Bewegung ist abhängig von den geometrischen Details der Ausführung und kann von der Sinusform abweichen. Die Kinematik wird beispielsweise beeinflusst durch das Mass des Winkels der Achse des Lagers, durch die Distanz zwischen der Mittelachse des Lagers und dem Gelenkpunkt (42), welcher ein Teil des Lagers mit dem Kolben verbindet, durch die Ausgestaltung dieser gelenkigen Verbindung, besonders der Ausführung der Längsverschiebbarkeit dieser Verbindung, und durch Verschiebung des Gelenks (42) in der Richtung parallel zur Achse des Lagers.
    Die konstruktive Ausgestaltung der beiden Teile des Lagers erfolgt nach den bekannten Regeln der Technik beispielsweise mit Axial- und Radialgleitlagerungen oder mit Wälzlagern.
  • Andere Versionen sind dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile des Lagers, welche relativ zueinander rotieren, so gemacht sind, dass diese zusammen einen Elektromotor oder Elektrogenerator verkörpern. Auf diese Weise ist ein Teil des Lagers beispielsweise als Anker oder Rotor gemacht und der andere Teil des Lagers funktioniert als Stator. Oder in andern Worten: Der Rotor und der Stator sind relativ zueinander drehbar gelagert und wie die erwähnten beiden Lagerteile erfindungsgemäss angeordnet.
  • Eine andere Version ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung mittels der erwähnten Hohlwelle (40) mechanisch zur Aussenseite der Maschine übertragen wird.
  • Eine andere Version ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hublänge oder das Kompressionsverhältnis oder beides verstellbar ist, indem der Winkel, welche die Achse (41) des Lagers zur Achse des Zylinders aufweist, variierbar ist. Dies ist dadurch verwirklicht, dass das Lager schwenkbar am Zylinder befestigt ist.
  • Eine andere Version ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei benachbarten, koaxial angeordneten Stirnseiten der Kolben (2) bzw. des Kolbens (2) und des kolbenähnlichen Glieds (5), zwischen welchen ein Arbeitsraum vorgesehen ist und welche durch relative Hubbewegung zueinander das Verdichtungsverhältnis erzeugen, formschlüssig wie Klauen ineinandergreifen. - Dadurch wird die Drehbewegung synchronisiert.
  • Eine andere Version ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben auf einem Schmierfilm aufliegt, wobei das Schmiermittel, falls es nicht in den Arbeitsraum oder in die Schlitze gelangen darf, vom Arbeitsraum oder von den Schlitzen ferngehalten wird durch einen Abstreifring oder andere Dichtungselemente. Die rotierende Komponente der Kolbenbewegung ist vorteilhaft für eine hydrodynamische Schmierung. Das Dichtungselement ist beispielsweise am Zylinder montiert.
    • Beispiel zur Ausführung der Erfindung
  • Der Arbeitsraum (7) wird von zwei Kolben (2) begrenzt, welche beide eine Dreh-Hubbewegung ausführen. Die Bewegung des Kolbens wird geführt durch den Typ Mechanismus, der in Figur 4 oder 5 schematisch illustriert ist. Die Hohlwelle (40) dieses Mechanismus überträgt auch die Leistung zur Aussenseite der Maschine: Dazu ist die Hohlwelle an seiner Aussenseite verzahnt und überträgt die Leistung auf ein Zahnrad, welches sich ausserhalb des Zylinders befindet. Dieses durch die Hohlwelle (40) angetriebene Zahnrad ist mit dem entsprechenden Zahnrad der benachbarten Hohlwelle verbunden.

Claims (6)

  1. Kolbenmaschine mit mindestens einem Kolben, welcher eine Drehbewegung um die Zylinderachse und gleichzeitig eine oscillierende Hubbewegung koaxial zur Zylinderachse ausführt, wobei diese Kolbenbewegung herbeigeführt wird durch ein Lager, bestehend aus zwei Teilen, welche einander so führen, dass sie relativ zueinander um eine Rotationsachse rotieren können, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil des Lagers am Zylinder (1) befestigt ist oder ein Bestandteil des Zylinders bildet und den anderen Teil des Lagers, hier Hohlwelle (40) genannt, führt, deren theoretische Rotationsachse nicht parallel zur Zylinderachse ist, und dass die Hohlwelle (40) exzentrisch und gelenkig mit dem Kolben verbunden ist.
  2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei relativ zueinander rotierenden Teile des Lagers so ausgestaltet sind, dass sie zusammen einen Elektromotor oder Elektrogenerator bilden.
  3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragung nach aussen mechanisch mittels der rotierenden Hohlwelle (40) erfolgt.
  4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hublänge oder das Kompressionsverhältnis oder beides verstellbar ist durch Verstellung des Winkels, welcher die Achse (41) des Lagers zur Achse des Zylinders aufweist, indem das Lager schwenkbar am Zylinder befestigt ist.
  5. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte, koaxial angeordnete Kolbenstirnseiten, bzw. eine Kolbenstirnseite und eine Stirnseite eines kolbenähnlichen Glieds, zwischen welchen ein Arbeitsraum vorgesehen ist und welche durch relative Hubbewegung zueinander das Verdichtungsverhältnis erzeugen, wie Klauen ineinandergreifen.
  6. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) auf einem Schmierfilm aufliegt, wobei das Schmiermittel, falls es nicht in den Arbeitsraum oder in die Schlitze gelangen darf, vom Arbeitsraum oder den Schlitzen ferngehalten wird durch einen Abstreifring oder andere Dichtelemente.
EP90100553A 1986-04-04 1987-04-03 Dreh-Hubkolben-Maschine Expired - Lifetime EP0369991B1 (de)

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