WO2012019656A1

WO2012019656A1 - Schrägscheibenmotor

Info

Publication number: WO2012019656A1
Application number: PCT/EP2010/070751
Authority: WO
Inventors: Nikolaj Toskin
Original assignee: Formtech Technologies Gmbh
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-02-16
Also published as: DE112010005809A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schrägscheibenmotor mit einer auf einer Abtriebswelle ausgebildeten Schrägscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Seite der Schrägscheibe wenigstens eine Zylinder-Kolben-Anordnung zur Beaufschlagung der Schrägscheibe zur Einleitung einer Drehung der Abtriebswelle vorgesehen ist, wobei die Schrägscheibe auf beiden Seiten Laufbahnen aufweist, entlang welcher die die Schrägscheibe beaufschlagenden Enden der Kolbenstangen entlanglaufen, wobei die Laufbahnen in ihrer Längsrichtung, d.h. entlang des Umfangs der Schrägscheibe, eine derartige Formgebung und/oder Profilierung aufweisen, dass die Kolbenstangen die Laufbahnen wenigstens stellenweise senkrecht beaufschlagen, so dass die Schrägscheibe eine Kraftbeaufschlagung parallel zu der Abtriebswelle erfährt.

Description

Schrägscheibenmotor

Die Erfindung betrifft einen Schrägscheibenmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Motorenbaus und betrifft insbesondere

Kolbenverbrennungsmotoren .

Aus der DE 2618556 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Schrägscheibenantrieb bekannt.

Dieser Motor weist unter anderem auf

- ein Speisesystem,

- ein Zündsystem,

- ein Schmiersystem,

- ein Flüssigkeitskühlsystem,

einen ventilförmigen bzw. Ventile aufweisenden Gasverteilungs- bzw. Gaswechselmechanismus,

einen hin - und hergehenden Mechanismus, der enthält :

- ein lösbares Motorgehäuse zylindrischer Form,

zwei koaxiale Zylindergruppen, die am Kreisumfang innerhalb des lösbaren

zylindrischen Gehäuses angeordnet sind, eine Abtriebswelle mit Lagerungen innerhalb des zylindrischen Motorgehäuses,

- einen geneigten Rotor (Schrägscheibe), der enthält:

- zwei geneigte Stirnflächen, - Kolben der linken und rechten Zylindergruppe, die über Kolbenstangen

und hin- und herschwingende Kupplungen starr miteinander verbunden sind,

- Kugellager der hin- und herschwingenden Kupplungen.

Dieser Motor wird aus den folgenden Gründen als nachteilig angesehen :

1. Die Kompliziertheit der Konstruktion des Motors,

2. die geringe Zuverlässigkeit des hin- und hergehenden

Mechanismus .

Das Flüssigkeitskühlsystem kompliziert die

Konstruktion des Motors und vergrößert die Wärmeverluste zum Zeitpunkt des Warmlaufens des Motors. Der ventilförmige Gasverteilungsmechanismus erfordert erheblichen

Energieaufwand für seinen Antrieb. Die großen radialen und axialen Belastungen auf die Schrägscheibe, die Kolben und die Stößel der hin- und herschwingenden Kupplungen, die im Verlauf des Anlassens und des Betriebs des Motors entstehen, beim Punktkontakt der Kugellager der Kupplungen mit den geneigten Flächen des Schrägscheibe, sowie die starre Verbindung der Kolben der linken und der rechten Zylindergruppe, führen über die Kolbenstangen und die hin- und hergehenden Kupplungen unausweichlich zum vorzeitigem Ausfall des hin- und hergehenden Mechanismus.

Alle oben dargelegten Nachteile machen diesen Motor wenig effizient und unzuverlässig.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines leistungsfähigen, wirtschaftlichen Kolbenmotors vereinfachter Konstruktion mit hohem Zuverlässigkeitsgrad des hin- und hergehenden Mechanismus.

Dieses Ziel wird erreicht durch einen Motor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Motor weist wenigstens eine, bevorzugt zwei Zylindergruppen auf, die auf einer bzw. entgegengesetzten Seiten einer Schrägscheibe (Rotor) ausgebildet sind. Die Zylindergruppen sind außen am Kreisumfang auf den Stirnflächen des zylindrischen Motorgehäuses parallel zur Achse der Abtriebswelle angeordnet. An der Abtriebswelle ist der die Schrägscheibe vorgesehen. Wellenlagerungen der Abtriebswelle sind in den mittleren Bereichen der Stirnflächen angebracht und als verbundene Radial- und Axiallager ausgeführt.

Aufgrund der schrägen Anordnung der Schrägscheibe innerhalb des zylinderförmigen Gehäuses weist die Schrägscheibe eine elliptische Form auf. Die Stirnbahnen bzw. Laufbahnen, welche von den jeweiligen Kolbenstangen beaufschlagt werden, weisen daher (auf beiden Seiten der Schrägscheibe) ebenfalls eine elliptische Form auf, da sie im Wesentlichen entlang des Umfangs der Schrägscheibe verlaufen. Die Laufbahnen sind so geformt, um eine möglichst optimale Beaufschlagung durch die an den Enden der Pleuel- bzw. Kolbenstangen vorgesehenen Lager zu gewährleisten. Wenigstens stellenweise, wenigstens an den

Hauptscheitelnder elliptischen Schrägscheibe, sind die Laufbahnen derart geformt, dass die Enden der Kolbenstangen sie senkrecht beaufschlagen. Die Hauptscheitel stellen bei herkömmlichen Schrägscheibenmotoren Totpunkte dar, in denen von axial wirkenden Kolbenstangen auf die Schrägscheibe eingebrachte Kräfte keinen Beitrag zur Drehung der Schrägscheibe leisten. Diese Kräfte wirken bei herkömmlichen Schrägscheiben schräg bzw. in einem Winkel zur Drehachse der Schrägscheibe. Derartige Kräfte stellen eine besonders große Belastung für die Lager der Schrägscheibe sowie der einzelnen Kolbenstangen dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung wirken diese Kräfte in den Hauptscheiteln senkrecht zur Laufbahn der Schrägscheibe, und somit parallel zur Drehachse der Schrägscheibe. Die Kräfte stellen somit eine wesentlich kleinere Belastung der genannten Lager dar. Insbesondere verläuft jede der Laufbahnen schraubenförmig um die Drehachse, um zu gewährleisten, dass über möglichst weite Bereiche eine senkrechte Beaufschlagung durch die Lager an den Enden der Kolbenstangen möglich ist. Dabei besteht jede Laufbahn aus zwei schraubenförmigen, jeweils über 180° verlaufenden Teillaufbahnen, wobei eine Teillaufbahn im Uhrzeigersinn und die andere Teillaufbahn gegen den Uhrzeigersinn verläuft. Beispielsweise können, wie erwähnt, die Laufbahnen in den Hauptscheiteln so ausgebildet sein, dass in diesen Punkten eine senkrechte Beaufschlagung durch die Enden der Kolbenstangen, welche in den Hauptscheiteln angreifen, gewährleistet ist. Beispielsweise ist es auch denkbar, die Laufbahnen so auszubilden, dass jede Kolbenstange im Moment der Zündung des ihr zugeordneten Zylinders sie senkrecht beaufschlagt. In besonders vorteilhafter Weise sind die Lager als Wälzlager ausgebildet, wobei die entsprechenden Wälzlagerkugeln mit den Laufbahnen der Schrägscheibe in Wechselwirkung stehen. Die Laufbahnen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie von den Kolbenstangen über einen möglichst großen Drehbereich im Wesentlichen senkrecht angegriffen bzw. beaufschlagt werden. Die Laufbahnen weisen hierzu, zusätzlich zu ihrer Schraubenform in

Längserstreckungsrichtung, einen wannenförmigen Querschnitt auf, der insbesondere in Anpassung an die Wälzlagerkugel teilkreisförmig oder elliptisch ausgebildet sein kann.

Der Motor ist zur Nutzung im Energiemaschinenbau als Kolbenverbrennungsmotor bestimmt. Der Zweitaktmotor enthält zwei Gruppen von koaxialen Zylindern, eine linke und ein e rechte, die von außen am Kreisumfang auf entsprechenden Stirnflächen des zylindrischen Motorgehäuses angeordnet sind, parallel zur Achse der Abtriebswelle, die sich im Mittelpunkt des Gehäuses befindet und durch die Schrägscheibe mit elliptischen Laufbahnen versehen ist, die senkrecht zu den Kolbenstangen verlaufen, die über Gleithülsen mit den Stirnflächen des zylindrischen Motorgehäuses verbunden sind. Die Wellenlagerungen sind im Mittelpunkt der runden Stirnflächen des Gehäuses angeordnet; die Kolben der linken und rechten Zylindergruppe sind miteinander durch Kolbenstangen über Gelenkverbindungen und hin- und herschwingende Kupplungen verbunden, die Wälzlager haben, die mit den elliptischen Laufbahnen der Schrägscheibe in Wechselwirkung stehen.

Die Erfindung gewährleistet die Einfachheit, Zuverlässigkeit, Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit des Motors .

Die Merkmale, die den vorgeschlagenen

Verbrennungsmotor insbesondere kennzeichnen, sind:

- ein Speisesystem, - ein Zündsystem,

- ein Luftkühlsystem,

- ein Schmiersystem,

- ein Schiebergasverteilungsmechanismus ,

- ein hin- und hergehenden Mechanismus, der enthält: einen mittleren Teil des zylindrischen Motorgehäuses ,

eine linke Stirnfläche des zylindrischen Motorgehäuses mit Traglagern der

- Abtriebswelle und Hülsen der Kolbenstangen,

eine rechte Stirnfläche des zylindrischen Motorgehäuses mit Traglagern der

Abtriebswelle und Hülsen der Kolbenstangen, zwei koaxiale Zylindergruppen, die von außen am Kreisumfang der Stirnflächen des

zylindrischen Motorgehäuses befestigt sind,

- eine Abtriebswelle, die innerhalb des zylindrischen Gehäuses angebracht ist,

- eine Schrägscheibe, die aufweist:

- zwei elliptische Laufbahnen, die senkrecht zur

Längsachse der Abtriebswelle und zu den

Kolbenstangen angeordnet sind,

- zentrale axiale Linien der elliptischen Laufbahnen, die von der Längsachslinie der

Abtriebswelle gleich entfernt sind,

- Laufbahnen, die ein Profil haben, das dem Profil der Lager der hin- und

herschwingenden Kupplungen entspricht, Kolbenstangen, die mit den Kolben über Gelenke verbunden sind,

hin- und herschwingende Kupplungen, die mit den Kolbenstangen starr verbunden sind, - Lager der hin- und herschwingenden Kupplungen,

- verbundene Lager der Lagerungen der Abtriebswelle (radial und axial) . Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motors sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßigerweise sind die Laufbahnen in Querrichtung mit einem gekrümmten Profil, insbesondere einem teilkreisförmigen Profil ausgebildet. Hierdurch kann, bei entsprechender Anpassung der Krümmungsradien an die Radien verwendeter Wälzlagerkugeln an den Enden der Pleuel- bzw. Kolbenstangen, eine linienförmige Auflage der

Wälzlagerkugeln auf den Laufbahnen gewährleistet werden, wodurch der Verschleiß minimierbar ist.

Es ist ferner bevorzugt, dass auf beiden Seiten der Schrägscheibe wenigstens eine, bevorzugt zwei oder vier Zylinder-Kolben-Anordnungen vorgesehen sind. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Schrägscheibe in sehr gleichmäßiger Weise beaufschlagt werden kann, wobei Totpunkt-Effekte minimiert bzw. vollständig vermieden werden können. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jeder Zylinder-Kolbenanordnung auf einer ersten Seite der Schrägscheibe eine Zylinder-Kolbenanordnung auf der zweiten Seite der Schrägscheibe zugeordnet, wobei mit den jeweiligen Kolben verbundene Kolbenstangen, welche die Schrägscheibe beaufschlagen, mittels eines die Schrägscheibe übergreifenden Kopplungsmechanismus miteinander gekoppelt sind. Hierdurch kann beispielsweise, bei entsprechender zeitlicher Steuerung der Zündungen, gewährleistet werden, dass die Schrägscheibe gleichmäßig von beiden Seiten beaufschlagt wird. Besonders bevorzugt ist, dass die Dicke der Schrägscheibe und/oder die Krümmung der Laufbahnen so gewährleistet ist, dass der axiale Abstand der Auflagebereiche der Enden der Kolbenstange auf der ersten und zweiten Seite der Schrägscheibe stets, d.h. über die gesamte Drehung der Schrägscheibe um 360°, im Wesentlichen gleich ist. Dazu ist jede Laufbahn entlang des Umfangs der Schrägscheibe sinusförmig modelliert, so dass der Verlauf der genannten zentralen axialen Linien der elliptischen Laufbahnen sinusförmig von einer Schraubenform abweicht. D.h. die (normalerweise konstante) Steigung der Schraube ist sinusförmig modelliert. Dabei ist zweckmäßigerweise jede der Teillaufbahnen entsprechend einer halben Sinusperiode modelliert . Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders gleichmäßige Belastung der Schrägscheibe sowie der jeweiligen Lager. Auch können Ausgleichselemente, beispielsweise Federmittel, zur Gewährleistung einer beidseitigen Auflage der Kolbenstangen bzw. derer Enden auf den Laufbahnen der Schrägscheibe relativ unaufwendig konstruiert sein. Diese Maßnahme erweist sich als besonders günstig, wenn die Enden der Kolbenstangen als Wälzlager mit auf den Laufbahnen abrollenden Kugeln oder Zylindern ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise weist der Kopplungsmechanismus ein die Schrägscheibe übergreifendes Gehäuse auf, in welches die jeweiligen Kolbenstangen eingreifen, wobei an den Enden der Kolbenstangen jeweils Lager, insbesondere Wälzlager vorgesehen sind, mittels derer die Kolbenstangen die Schrägscheibe beaufschlagen. Die Verwendung von Wälzlagern, also Kugellagern, erweißt sich als besonders vorteilhaft bezüglich Reibungsaspekten.

In besonders bevorzugter Ausführung ist wenigstens auf einer Seite des Kopplungsmechanismus (insbesondere in dem die Schrägscheibe übergreifenden Gehäuse) ein Federmechanismus zwischen einem Lager bzw. Lagerkugel und der diesem Lager zugeordneten Kolbenstange vorgesehen. Durch eine derartige Unterfederung von Wälzlagerkugeln kann gewährleistet werden, dass die Schrägscheibe stets von beiden Seiten mittels einer am Ende einer Kolbenstange vorgesehenen Wälzlagerkugel beaufschlagt wird.

Es ist bevorzugt, dass die jeweiligen Kupplungsmechanismen innerhalb von Führungen in dem Gehäuse des Motors hin- und herbewegbar sind. Mit dieser Maßnahme können auftretende Querkräfte in wirksamer Weise aufgefangen werden.

Es ist ferner bevorzugt, dass die Kolben über Gelenke mit den jeweiligen Kolben verbunden sind. Auch hierdurch können evtl. auftretende Querkräfte in optimaler Weise aufgenommen werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des Anspruchs 10. Hier sei angemerkt, dass die Lagerungen der Abtriebswelle nicht notwendigerweise innerhalb des Blocks angeordnet sind. Die Kolbenstangen, insbesondere deren mit Kugellagern ausgebildete Enden, beaufschlagen die elliptischen Laufbahnen der Schrägscheibe. Besonders bevorzugt weisen die Laufbahnen der Schrägscheibe auf ihrer gesamten Länge die gleiche Entfernung von der Längsachse der Welle auf, und/oder das Profil der Laufbahnen entspricht dem Profil der Lager der Kupplungen und/oder der Längsschnitt verlaufen die Laufbahnen senkrecht zur Welle und zu den Kolbenstangen.

Es ist bevorzugt, dass die jeweiligen Zylindergruppen von außen am Kreisumfang auf einer jeweiligen Stirnseite des (zylinderförmigen) Motors angebracht ist. Als besonders vorteilhaft erweist sich ferner, als Wälzlagerkugeln der hin- und herschwingenden Kupplung Metallkugeln zu verwenden .

In Fig. 1 ist der Getriebeplan des Längsschnitts einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors dargestellt .

In Fig. 2 ist die Ansicht A der Figur 1 dargestellt. In Fig. 3 ist der Längsschnitt des hin- und hergehenden Mechanismus dargestellt.

In Fig. 4 ist das zylindrische Gehäuse des Motors dargestellt .

In Fig. 5 ist die Abtriebswelle der Schrägscheibe dargestellt.

In Fig. 6 ist das Ringlager in zwei Projektionen dargestellt .

In Fig. 7 ist die Schrägscheibe des Motors in zwei Projektionen dargestellt.

In Fig. 8 ist die Kolbenstange der rechten

Zylindergruppe in drei Projektionen dargestellt. In Fig. 9 ist die zusammengesetzte Kolbenstange der linken Zylindergruppe in drei Projektionen dargestellt.

In Fig. 10 ist die Kompensatorfeder der linken Kolbenstange dargestellt.

In Fig. 11 ist die hin- und herschwingende Kupplung in drei Projektionen dargestellt.

In Fig. 12 ist die Zündreihenfolge der linken Zylindergruppe dargestellt.

In Fig. 13 ist die Zündreihenfolge der rechten Zylindergruppe dargestellt.

In Fig. 14 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schrägscheibenmotors dargestellt . In Fig. 15 sind drei Projektionen bzw. Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Schrägscheibe dargestellt.

In Fig. 16 ist ein Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Schrägscheibe im Längsschnitt dargestellt, wobei in dieser Ansicht besonders gut die sinus- bzw. schraubenförmige Form der Laufbahnen sowie ihr gekrümmtes, hier halbkreisförmiges Profil sichtbar ist.

In Fig. 17 (unten) ist eine schematische seitliche

Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Schrägscheibe dargestellt, in der insbesondere der gleichbleibende axiale Abstand zwischen einander zugeordneten Kolbenstangenenden (hier schematisch als Kugeln dargestellt) in unterschiedlichen Winkelpositionen dargestellt ist. Zur Verdeutlichung ist ein weitere Schrägscheibe in Figur 17 (oben) gezeigt, welche diesen gleichbleibenden Abstand nicht gewährleistet.

In Figur 18 ist eine seitliche Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Schrägscheibe dargestellt.

In Figur 19 ist eine Schrägansicht einer Seite der Schrägscheibe gemäß Figur 18 dargestellt.

Der Kolbenverbrennungsinj ektormotor besteht aus einem hin- und hergehenden und einem Gasverteilungsmechanismus sowie aus einem Kühl-, Schmier-, Speise- und Zündsystem.

Der hin- und hergehende Mechanismus ist zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Abtriebswelle bestimmt. Er besteht aus beweglichen und unbeweglichen Bauteilen. Zu den unbeweglichen Bauteilen gehört (s. Fig. 1, 2, 3, 4) der Motorblock 2, zu den beweglichen Bauteilen die Kolben 4, die Gelenke 35 zu gelenkigen Verbindungen der Kolben mit ihren Pleuel- bzw. Kolbenstangen 6,7, die Kolbenringe 5, die Kolbenstangen 6,7 der Kolben 4, die hin und herschwingenden Kupplungen 8 jeweils einander zugeordneter Kolbenstangen 6, 7, die Lager 9 der Kupplungen 8, die Abtriebswelle 10 mit der hier sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11.

Der Motorblock ist als Gestell bzw. Gehäuse ausgebildet (s. Fig. 1, 2, 3, 4) . In seinem Innern sind die Baugruppen und Bauteile des hin- und hergehenden Mechanismus angebracht. In dem Gehäuse sind Führungsnuten 41 für die Kupplungen 8 ausgebildet. Das Gehäuse ist insgesamt als zylindrisches Gehäuse 2 ausgebildet, das an den Stirnflächen Kappen 1, 3 aufweist, auf bzw. an denen außen am Kreisumfang die linke (12) und die rechte (13) Zylindergruppe angeordnet sind, und an den Rändern die Motorlagerungen 37 und 38. In den Kappen des Gehäuse bzw. Motorblocks befinden sich die Lager 19, 20 der Abtriebswelle 10 sowie die Hülsen 39, 40 der Kolbenstangen 6, 7. Außerdem sind auf dem Blockgehäuse und in seinem Innern verschiedene Mechanismen und Vorrichtungen angebracht. Die Kolbenstangen 6, 7 dienen zur Verbindung der Kolben der gegenüberliegenden Zylindergruppen 12, 13, die am Kreisumfang außen auf den Stirnflächen 1,3 des zylindrischen Gehäuses 2 angeordnet sind, und sie gewährleisten auch die Übertragung der Kräfte von den Kolben 4 über die Gelenke 35, die Kupplungen 8 und die Lager 9 auf die elliptischen Bahnen 15, 16 der sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11.

Die Abtriebswelle 10 (s. Fig. 5, 1, 3) mit der sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11 nimmt die Kräfte von den elliptischen Bahnen 15, 16 der Schrägscheibe auf und überträgt das darauf erzeugte Drehmoment auf die Transmission des Transportmittels und umgekehrt. Sie ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 2 des Motors angeordnet . Die hin- und herschwingenden Kupplungen 8 (s. Fig. 11,

1, 3) gewährleisten die geradlinige Bewegung der Lager 9 entlang bzw. parallel zu der Achse der Abtriebswelle 10. Kräfte unterschiedlicher Art (insbesondere axiale und radiale Kräfte) werden auf sie übertragen und von ihnen aufgenommen. Derartige Kräfte treten z.B. im Verlauf des Anlassens und des Betriebs des Motors auf. Die Kupplungen 8 sind im zylindrischen Gehäuse 2 des Motors angeordnet und kinematisch mit ihm durch Führungsnuten 41 zum Zweck der Verhinderung des Durchdrehens der Kupplungen um die Achsen der Kolbenstangen 6, 7 verbunden. Die Lager 9 (s. Fig. 6, 3, 1) sind als zwei konzentrische Hülsen 46, 47 ausgeführt und für die Übertragung der Kräfte bestimmt, die im Verlauf des Anlassens und des Betriebs des Motors entstehen, Diese Kräfte wirken zwischen den hin- und herschwingenden Kupplungen 8 und den elliptischen Bahnen 15, 16 der sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11. Die Lager 9 sind mit den Gehäusen der Kupplungen durch Verbindungsstifte 17, 18 verbunden. Kompensatorfedern 42 (s. Fig. 19, 9) dienen zur

Kompensation der Zwischenräume bzw. Wärmelücken, die im Verlauf des Betriebs entstehen, und zwar zwischen den Lagern 9 und den elliptischen Bahnen 15, 16 der Schrägscheibe 11. Die Federn 42 sind insbesondere zwischen den lösbaren Teilen 43, 44 der Kolbenstangen 7, 45 der linken Zylindergruppe 12 angeordnet.

Die Gelenke 35 gewährleisten eine biegsame bzw. flexible Verbindung der Kolben 4 mit den Kolbenstangen 6, 7. Sie schließen die Möglichkeit eines Festlaufens der Zylinderwände durch die Kolben 4 im Verlauf des Anlassens und des Betriebs des Motors aus und sind als Kugel- oder Kreuzverbindungen der Kolbenstangen 6, 7 mit den Kolben 4 ausgeführt .

Die verbundenen Kugellager 19, 20 (s. Fig. 1, 3) werden als Lagerungen der Abtriebswelle 10 genutzt, die in den Stirnflächen bzw. Stirnkappen 1, 3 des zylindrischen Gehäuses 2 des Motors angeordnet sind. Das Radiallager 20 ist zur Aufnahme der radialen Belastungen vorgesehen, und das Axiallager 19 zur Aufnahme der axialen Belastungen.

Der Gasverteilungsmechanismus dient zum Ansaugen des Arbeitsgemischs (Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Restgasen) in die Zylinder des Motors und zum Ausstoßen der Abgase aus den Zylindern und umfasst die Abtriebswelle 10 (s. Fig. 5, 7, 1, 3) mit dem darauf gepressten bzw. befestigten sinusförmig modellierten (Schrägscheibe) Schrägscheibe 11, die Lager 9 der hin- und herschwingenden Kupplung 8, die Kolbenstangen 6, 7, die Gelenke 35, die Kolben 4, die Einlassschlitze 21, 32 und die Auslassschlitze 22, 23, die in den Zylinderhülsen angeordnet sind, sowie die Überströmkanäle 23, 31 des Kraftstoff-Luft-Gemischs.

Das Zündsystem (s. Fig. 1, 12, 13) soll die paarweise Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Zylindern entsprechend der Zündreihenfolge und der Betriebsweise des Motors gewährleisten: lz, lz* - 2z, 2z*- 3z, 3z* - 4z, 4z*.

Das Schmiersystem der Kolbengruppen wird bevorzugt nach dem Prinzip der Zweitaktmotoren durch ein Gemisch aus Öl und Benzin im Verhältnis 1:25 realisiert. Die Kolbenstangen 6, 7, die Lager der hin- und herschwingenden Kupplungen 8 und der Lagerungen 19, 20 der Abtriebswelle 10 werden durch teilweises Eintauchen der Schrägscheibe 11 in Öl geschmiert. Bei der Drehung der Abtriebswelle 10 wird das Öl durch die Schrägscheibe 11 innerhalb des zylindrischen Gehäuses 2 des Motors verspritzt. Das Luftkühlsystem (s. Fig. 1, 2) wird mit Hilfe von Flügelrädern 24, 25 realisiert, die auf der Abtriebswelle 10 des Motors angeordnet sind. Der Zweitaktachtzylindermotor zylindrischer Form funktioniert wie folgt: Takt „Ansaugen - Verdichten". Zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors durch den Anlasser über das Schwungrad 26 beginnen die Lager 9 der Kupplungen 8, indem sie sich auf den elliptischen Bahnen 15, 16 der sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11 bewegen, die hin und herschwingenden Kupplungen 8 entlang der Abtriebswelle 10 zusammen mit den Kolben 4 der linken (12) und der rechten Zylindergruppe 13 zu verschieben, wobei bei der Bewegung des Kolbens 4 des ersten Zylinders lz der rechten Gruppe 13 zum oberen Totpunkt (s. Fig. 1, 12, 13) der erste Kolben 4 des ersten Zylinders lz* der linken Gruppe 12 sich zum oberen Totpunkt bewegen wird. Unter den Kolben 4 der Zylinder lz und lz* vollzieht sich eine Entladung, wodurch Luft durch die Ansaugtöpfe 28, 29 und die Einlassschlitze 21, 32 in die unteren Teile der Zylinder gelangt, und zwar gleichzeitig mit der KraftstoffZuführung durch das Injektorsystem. Bei der weiteren Bewegung der Kolben zum oberen Totpunkt in den Zylindern lz, lz* findet über den Kolben eine Verdichtung des Arbeitsgemischs statt, da die Auslasskanäle 22, 33 und die Überströmkanäle 23, 31 zu diesem Zeitpunkt durch die Seitenteile der Kolben 4 überdeckt sind.

Takt „Arbeitsgang - Ausstoßen". Durch das Zündsystem findet mithilfe der Zündkerzen 27 in den Zylindern lz und lz*eine gleichzeitige Entzündung des verdichteten Arbeitsgemischs statt. Die in den Zylindern lz, lz* gebildeten Gase wirken auf die Kolben 4 in den entsprechenden Zylindern ein und verschieben sie vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, die über die kinematisch mit den elliptischen Bahnen 15, 16 der sinusförmig modellierten Schrägscheibe 11 (s. Fig. 7, 1, 3) verbundenen Kolbenstangen 6, 7 die Vorwärtsbewegungen der Kolben 4 in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 10 umwandeln. Indem sie nicht bis zum unteren Totpunkt gelangen, öffnen die Kolben 4 in den Zylindern lz, lz* die Auslassschlitze 22, 23 und es erfolgt das Ausstoßen der Abgase in die Auspufftöpfe 26, 34. Indem sie die Bewegung zum unteren Totpunkt fortsetzen, öffnen die Kolben 4 der Zylinder lz, lz* die Überströmkanäle 23, 31 und das unter den Kolben 4 verdichtete Arbeitsgemisch gelangt in die oberen Teile der Zylinder. Die folgenden Zylinderpaare arbeiten analog, nach dem Takt „Ansaugen - Verdichten" in den Zylindern lz, lz* folgen die Takte „Ansaugen - Verdichten" in den Zylindern 2z, 2z*- 3z, 3z* - 4z, 4z*. Nach dem Takt „Arbeitsgang - Ausstoßen" in den Zylindern lz, lz*folgen dieselben Takte in den Zylindern 2z, 2z* - 3z, 3z*- 4z, 4z*.

Die Figur 14 entspricht im Wesentlichen der Ansicht der Figur 1, wobei einzelne Bauteile in größerem Detail dargestellt sind.

Man erkennt insbesondere in größerem Detail die schraubenförmigen Laufbahnen und die in diesen Laufbahnen, welche in Profil teil- oder halbkreisförmig ausgebildet sind, angreifenden Kugellager 9, mit denen die Enden der Kolbenstangen ausgebildet sind. Wie insbesondere aus den Ansichten der Figur 15 folgt, weisen die Laufbahnenl5, 16 in der Projektion senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle 10 über die gesamte Länge bzw. über 360° den gleichen Abstand Ri zur Drehachse bzw. Mittelachse der Abtriebswelle 10 auf. Wie bereits beschrieben entspricht das Profil der Laufbahnen genau oder im Wesentlichen dem Profil der Kugellager 9 der hin- und herschwingenden Kupplungen 8. Dies ist insbesondere auch in Fig. 16 zu erkennen. Die dargestellte Konstruktion der Schrägscheibe ermöglicht es, die radialen Belastungen auf die Kolbenstangen 6, 7, die Hülsen bzw. Stützen 39, 40 der Kolbenstangen, die hin- und herschwingenden Kupplungen 8 und die Führungsnuten 41 erheblich zu verringern (siehe hier insbesondere Fig. 14), sowie den spezifischen Druck der Kugellager auf die Laufbahnen 15, 16 der Schrägscheibe zu minimieren, wobei dies durch eine Vergrößerung der Kontaktfläche der Kugellager 9 mit den profilierten Laufbahnen 15, 16 bewerkstelligt wird. Hierdurch ist es möglich, insbesondere unter gleichzeitiger Verwendung der Stützen 39, 40 der Kolbenstangen 6, 7 und der Führungsnuten 41 der hin- und herschwingenden Kupplungen 8, seitliche bzw. schräge Belastungen auf die Kolben des Motors im Wesentlichen auszuschließen, und einen einfachen, zuverlässigen und robust bauenden hin- und hergehenden Mechanismus zu schaffen.

Anhand der Figuren 14 bis 16 sowie 18 und 19 soll noch einmal die bevorzugte Gestaltung der Laufbahnen 15, 16 der erfindungsgemäßen Schrägscheibe erläutert werden. Die Hauptscheitel bzw. Hauptscheitelbereiche der zylinderförmigen Laufbahnen 15, 16 sind in Figur 16 mit 15a, 15b bzw. 16a, 16b bezeichnet. In der in Fig. 18 dargestellten Position der Schrägscheibe, welche bezüglich der in Fig. 16 gezeigten Position um 180° verdreht ist, ist Hauptscheitel 16a nach oben, und Hauptscheitel 15b nach unten gewandert. Die beiden anderen Hauptscheitel sind in dieser Figur nicht im Einzelnen bezeichnet.

Die in den Figuren 16 und 18 nicht dargestellten Kolbenstangen (bzw. deren mit Kugellagern ausgebildete Enden) wirken entlang von Parallelen x zu der Mittelachse der Abtriebswelle 10 auf die Laufbahnen 15, 16 ein. Die wirksamen Beaufschlagungsflächen der Laufbahnen verlaufen senkrecht hierzu. In Figur 16 ist die wirksame Beaufschlagungsfläche die Tangente T, welche durch den Scheitelpunkt der Laufbahn 16 verläuft.

Somit ist gewährleistet, dass bei Beaufschlagung der Laufbahnen in den Hauptscheiteln lediglich Kräfte parallel zu der Abtriebswelle 10 in die Schrägscheibe eingeleitet werden. Die Laufbahnen sind auch zwischen den Hauptscheiteln so ausgebildet, dass schräg nach außen wirkende Kräfte minimiert oder ganz vermieden werden. Insbesondere sind die Laufbahnen so geformt, dass auch in den Bereichen zwischen den Hauptscheiteln die Kräfte im Wesentlichen nur entlang der Laufbahn gerichtet sind.

Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass die Laufbahnen 15, 16 gemäß der Ausführungsform der Fig. 18 ein gerades Profil aufweisen. Ein derartiges Profil ist insbesondere geeignet für eine Beaufschlagung durch zylinderförmig ausgebildete Lager am Ende der jeweiligen Kolbenstangen .

Eine mögliche (beispielhafte) Konstruktion einer geeigneten Laufbahn 15 oder 16 kann auf der Basis von zwei Ellipsen mit leicht unterschiedlichen Hauptachsen bzw. Nebenachsen konstruiert werden. Dies sei anhand der Fig. 19 erläutert, wobei auch auf Fig. 14 Bezug genommen wird.

Die Laufbahn 15 weist eine innere Begrenzungslinie 15' und eine äußere Begrenzung 15'' auf. Die äußere Begrenzung 15'' beschreibt eine Ellipse mit einem Hauptdurchmesser 15'"' und einem Nebendurchmesser 15' ' ' ' . Die innere Begrenzung 15' weist einen Hauptdurchmesser 15' ' ' ' ' und einen Nebendurchmesser 15' ' ' ' ' ' auf. Hauptdurchmesser und Nebendurchmesser der inneren Begrenzung sind jeweils etwas kleiner als Hauptdurchmesser bzw. Nebendurchmesser der äußeren Begrenzung. Gleichzeitig weisen die jeweiligen Ellipsen, welche durch die äußere Begrenzung 15'' bzw. die innere Begrenzung 15' beschrieben werden, einen leicht unterschiedlichen Winkel bezüglich der Abtriebswelle 10 auf. Dies ist beispielsweise in Figur 15 (oben, links) erkennbar, wo man sieht, dass die (teilweise gestrichen dargestellte) innere Begrenzung 15' einen etwas kleineren Winkel bezüglich der Drehachse bzw. Abtriebswelle 10 aufweist als die äußere Begrenzung 15''. Diese Konstruktionsanweisung dient lediglich zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Laufbahnen, und kann vorteilhaft weiter modifiziert werden, indem beispielsweise diesen elliptischen inneren und äußeren Begrenzungen leichte Krümmungen überlagert werden, wie beispielsweise in Figur 14 oder Figur 19 angedeutet.

Die Figur 17 dient schließlich zur Veranschaulichung einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schrägscheibe. Wäre die Schrägscheibe mit konstanter Dicke ausgebildet, d. h. ohne die bevorzugte sinusförmig modellierten bzw. gekrümmten Laufbahnen 15, 16, würden zwei von entgegengesetzten Seiten angreifende Kolbenstangen in unterschiedlichen Winkelstellungen unterschiedliche

Abstände parallel zu der Erstreckung der Achse 10 aufweisen. Dies ist in Figur 17, oben, auch anhand von beispielhaften Bemaßungsangaben, dargestellt.

Erfindungsgemäß (siehe Figur 17, unten) sind die Laufbahnen jedoch z. B. an den Stellen der Nebenscheitel so ausgebildet, dass der axiale Abstand der Berührungspunkte bzw. -linien stets im Wesentlichen gleich ist. Die beispielhaften Bemaßungsangaben in Fig. 17 verdeutlichen dies. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung haben die Berührungspunkte der beiden Kugeln bezüglich ihrer axialen Entfernung zueinander sowohl im Hauptscheitel (12-Uhr- Position bzw. 6-Uhr-Position) als auch im Nebenscheitel (3- Uhr-Position bzw. 9-Uhr-Position) die gleichen (axialen) Abstände zueinander. Insbesondere ist die jeweilige Steigung der beiden Teillaufbahnen, welche ausgehend von der 12-Uhr-Position bis zur 6-Uhr-Position über einen Bereich von 180° einmal im Uhrzeigersinn und einmal entgegen dem Uhrzeigersinn schraubenförmig verlaufen, nicht (wie sonst bei einer Schraube üblich) konstant, sondern schwankten sinusförmig (vorzugsweise über eine Sinus- Halbperiode) um einen Wert.

Claims

Patentansprüche

1. Schrägscheibenmotor mit einer auf einer Abtriebswelle ausgebildeten Schrägscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Seite der Schrägscheibe wenigstens eine Zylinder-Kolben-Anordnung zur Beaufschlagung der Schrägscheibe zur Einleitung einer Drehung der Abtriebswelle vorgesehen ist, wobei die Schrägscheibe auf beiden Seiten Laufbahnen aufweist, entlang welcher die die Schrägscheibe beaufschlagenden Enden der Kolbenstangen entlanglaufen, wobei die Laufbahnen in ihrer Längsrichtung, d.h. entlang des Umfangs der Schrägscheibe, eine derartige Formgebung und/oder Profilierung aufweisen, dass die Kolbenstangen die Laufbahnen wenigstens stellenweise senkrecht beaufschlagen, so dass die Schrägscheibe eine Kraftbeaufschlagung parallel zu der Abtriebswelle erfährt.

2. Schrägscheibenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen in Querrichtung ein gekrümmtes Profil aufweisen.

3. Schrägscheibenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Schrägscheibe wenigstens eine, bevorzugt zwei oder vier Zylinder-Kolben- Anordnungen vorgesehen sind.

4. Schrägscheibenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder- Kolben-Anordnung auf einer ersten Seite der Schrägscheibe eine Zylinder-Kolben-Anordnung auf der zweiten Seite der Schrägscheibe zugeordnet ist, wobei mit den jeweiligen Kolben verbundene Kolbenstangen, welche die Schrägscheibe beaufschlagen, mittels eines die Schrägscheibe übergreifenden Kopplungsmechanismus miteinander gekoppelt sind .

5. Schrägscheibenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus ein die

Schrägscheibe übergreifendes Gehäuse aufweist, in welches die jeweiligen Kolbenstangen eingreifen, wobei an den Enden der Kolbenstangen jeweils Lager, insbesondere Wälzlager vorgesehen sind, mittels derer die Kolbenstangen die Schrägscheibe beaufschlagen.

6. Schrägscheibenmotor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf einer Seite des Kopplungsmechanismus ein Federmechanismus zwischen einem Lager (9) und der Kolbenstange vorgesehen ist.

7. Schrägscheibenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schrägscheibe und/oder die Krümmung der Laufbahnen so gewählt ist, dass der axiale Abstand der Auflagebereiche der Enden der Kolbenstangen auf der ersten und zweiten Seite der Schrägscheibe stets, d. h. über die gesamte Drehung der Schrägscheibe um 360°, im Wesentlichen gleich ist .

8. Schrägscheibenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Kopplungsmechanismen innerhalb von Führungen in dem Gehäuse des Motors hin- und herbewegbar sind.

9. Schrägscheibenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen über Gelenke mit den jeweiligen Kolben verbunden sind.

10. Schrägscheibenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgebildet als Kolbenverbrennungsmotor, der zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie bestimmt ist, der ein Speise-, ein Zünd-, ein Kühl- und ein Schmiersystem enthält, sowie einen hin- und hergehenden Mechanismus und einen Gasverteilungsmechanismus, ein Motorgehäuse zylindrischer Form, wobei innerhalb des Gehäuses am Kreisumfang zwei Zylindergruppen parallel zur Achse der Abtriebswelle angeordnet sind, die sich im Mittelpunkt des Gehäuses befindet und mit einer Schrägscheibe versehen ist, die Lagerungen der Abtriebswelle sind innerhalb des Blocks angeordnet; die Kolben der linken und rechten Zylindergruppe sind starr miteinander zu einer einheitlichen Baugruppe über Kolbenstangen und hin- und herschwingende Kupplungen verbunden, die Kugellager haben, die mit den Laufbahnen der Schrägscheibe in Wechselwirkung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als zwei Zylindergruppen ausgeführt ist, die von außen am Kreisumfang auf den Stirnflächen des zylindrischen Gehäuses des Motors parallel zur Achse der Abtriebswelle angeordnet sind, die mit einer Schrägscheibe versehen ist, die Lagerungen der Abtriebswelle im Mittelpunkt der Stirnflächen angebracht und als verbundene Radial- und Axiallager ausgeführt sind, die Kolben der gegenüberliegenden Zylindergruppen durch Kolbenstangen über Gelenkverbindungen und hin- und herschwingende Kupplungen miteinander verbunden sind, die mit den Laufbahnen der Schrägscheibe in Wechselwirkung stehen, die senkrecht zu den Kolbenstangen verlaufen, die über Gleithülsen mit den Stirnflächen des zylindrischen Motorgehäuses verbunden sind.

11. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindergruppe von außen, insbesondere am Kreisumfang, auf einer der Stirnseiten des Motors angebracht ist.

12. Motor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzlager der hin- und herschwingenden Kupplung Metallkugeln verwendet werden.