DE1084271B

DE1084271B - Drehende Bewegungen erzeugende Kolbenkraftmaschine

Info

Publication number: DE1084271B
Application number: DEW25637A
Authority: DE
Inventors: Karl Weidner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-05-16
Filing date: 1959-05-16
Publication date: 1960-06-30
Also published as: GB947054A

Description

Drehende Bewegungen erzeugende Kolhenkräftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine drehende Bewegungen erzeugende Kolbenkraftmaschine, z. B. für explosible Gas-Luftgemische, Dampf oder Wasser, bei der die Bewegung des Kolbens über eine in seiner Bewegungsrichtung bewegbare Triebstange auf ein Triebwerk übertragbar ist, das eine nur in Arbeitsrichtung des Kolbens kuppelndeFreilaufkupplung aufweist, die während des Arbeitshubes die Kraft des Kolbens auf eine in einer Drehrichtung laufende Arbeitswelle überträgt, wobei .eine den Takt des Kolbens aufrechterhaltende Ausgleichsvorrichtung vorgesehen ist.
Die Ausgleichsvorrichtung eines solchen bekannten Motors hat eine Kurbel mit Pleuelstange, die mit einer als Triebstange dienenden Zahnstange eines ersten Kolbens ,gelenkig verbunden ist. Die Zahnstange wirkt mit ihrer an einer Seitenfläche vorgesehenen Zahnung auf eine Abtriebswelle, während eine Zahnung einer anderen Seitenfläche über Zwischenritzel mit,der nächstfolgenden Zaihnstange des weiteren Kolbens verbunden ist und diesen taktmäßig bewegt. Für den dritten und vierten Kolben haben die zweite und dritte Zahnstange je .drei mit Zähnen versehene Seitenflächen: Auf Grund dieser Ausbildung sind die Zahnstangen relativ schwer. Außerdem wird der Kolben nach beiden Kurbelausschlagseiten hin seitlich beansprucht, so daß der Kolben bzw. sein Zylinder durch Abnutzung oval werden. Für schnell laufende Motoren ist diese Vorrichtung nicht geeignet, da die Beanspruchung verschiedener Motorteile durch die Kurbel und durch das Gewicht ,der Zahnstangen sehr hoch ist. Weiterhin hat der bekannte Mehrzylinder noch den Nachteil, @daß die Zahnstangen zwei bzw. drei Paßseiten ,besitzen müssen. Ein solcher Motor erfordert eine hohe Montagegenauigkeit -und ist schon bei geringer Abnutzung der Zahnstangen nicht mehr verwendungsfähig, da in solchen Fällen das ordnungsgemäße Zusammenwirken derselben mit den Zahnrädern in Frage gestellt ist. Außerdem ist das taktmäßige Arbeiten der Kolben bei Mehrzylindermotoren nicht gesichert, da das notwendige Spiel der Verzahnungen zwischen dem ersten, mit der Ausgleichsvorrichtung verbundenen Kolben und dem letzten Kolben ein Nachhinken des letzteren bedingt. Dieses ist besonders bei Leerlauf störend.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß als Ausgleichsvorrichtung auf einer Welle des Triebwerkes eine erste Kurbel vorgesehen ist, die über einen angelenkten Lenker mit einer zweiten Kurbel einer Schwungscheibe gelenkig verbunden ist, und daß die zweite Kurbel einen solchen kleineren Hub als die erste hat, daß bei jeder Drehung der Schwungscheibe der Kolben eine gewünschte Auf- .und Abbewegung ausführt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin. daß der Kolben nicht seitlich beansprucht wird, so. daß ein Ovallaufen desselben bzw. seines, Zylinders ausgeschlossen ist. Die Zahnstangen wenden nicht seitlich beansprucht. Sie- haben an nur einer Seitenfläche Zahnungen, .sind also leicht. Zwischenritzel fallen fort.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb für schnell laufende Motoren Verwendung finden. Die Zahnstangen können in einfacher und vollkommener Weise geführt werden und lassen sich auch leicht einstellen, da nur eine Richtung zu berücksichtigen ist, wodurch der Montagezeitaufwand herabgedrückt wird und auch eine Nachstellung bei Abnutzung in einfacher Weise zulässig ist. Dadurch, daß bei Mehrzylindermotoren -von der Welle des Triebwerkes zu jeder Triebstange jedes Kolbens jeweils nur eine Zahnverbindung vorgesehen, sein kann, ist das taktmäßige Arbeiten der Kolben gesichert.
'Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu ersehen. Es zeigt Fig.1 einen Schnitt durch einen Zwei-Zylinder-Zweitaktmotor gemäß der Erfindung nach I-I der Fig. 2, ' Fig. 2 einen Schnitt II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt III-III der Fig.1. Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Getriebeteiles des Motors nach Fig. 1, Fig.5 eine schematische Darstellung eines Boxermotors, Fig. 6 einen anders ausgeführten Boxermotor, Fi:g. 7 und 8 Einzelheiten zu denn Getriebe der Motoren nach den vorhergehenden Darstellungen und Fig. 9 eine Übertragungseinheit mit Hebel. Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Motor besitzt einen Zylinder 1 mit Kolben 2, der an einer Kolbenstange3 starr befestigt ist. Die Kolbenstange 3 ist durch eine Bohrung eines Zylinderbodens 1' dichtend geführt und mit einer Zahnstange 4 verbunden. Parallel zu dieser Einheit ist__spiegelbildlich die gleiche Anordnung ,getroffen. Die beiden Zahnstangen 4 haben nach dem Motor-Inneren gerichtete Zahnungen, die spiegelbildlich auf ein Zahnrad 5 wirken, das über eine Welle 6, Kurbel 7 und Kurbelzapfen 8, Schubstange 9 auf eine weitere Kurbel 12 einer Schwungscheibe 10 wirkt.
Der Hub der Kurbel 7 ist geringer als ein Hub 11 der Kurbel 12 der Schwungscheibe 10. Hierdurch wird erreicht, daß beim Drehen der Schwungscheibe 10 das Zahnrad 5 lediglich eine Teilkreisbewegung von etwa 120° im und entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt. Dabei werden über die Zahnstangen 4 die Kolben 2 im Takte auf- und abbewegt. Die Masse der Schwungscheibe ist relativ ;gering, so daß die Beschleunigung .des Kolbens im Explosionshub kaum gehemmt ist. Die Schwungscheibe hat lediglich den Zweck, Fehlzündungen zu überbrücken und dient zum Startendes Motors, wie auch zur Aufrechterhaltung des Taktes, z. B. bei Einzylndermotoren. Die Schwungscheibe kann eine bekannte Dynastarteinrichtung bzw. eine Einspritzpumpe antreiben. Sie kann auch eine Ventilsteuerung antreiben.
Im Zylinder 2 ist ein Ansaugkanal 13 für den unterhalb des Kolbenbodens befindlichen, vom Zylinderboden 1' abgeschlossenen Vorkompressionsraum 14 vorgesehen, der über Überströmkanäle 15 mit,dem Kompressionsraum 16 verbunden ist. 17 ist der Auspuffschlitz des Zylinders. Form, Lage und Richtung der Öffnungen dieser Kanäle usw. sind in bekannter Weise ausgeführt.
Wie auch in Fig.3 dargestellt, wirken die Zahnstangen 4 auf das Zahnrad 5, dessen Welle 6 mit einem Ritze118 fest verbunden ist. Das Ritzel18 überträgt ,die Hin- und Herbewegung auf Stirnzahnräder 19 und 20, die mit bekannten Freilaufkupplungen 21 und 22 verbunden sind, von denen die eine eine Bewegung im Uhrzei.gersinn, die andere eine Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn auf miteinander kämmende Zahnräder 23 und 24 überträgt, während entgegengesetzte Bewegungen der Stirnzahnräder 19, 20 von. Freilaufkupplungen 21, 22 durch Freilaufwirkung nicht übertragen werden. Entweder an der Welle 25 oder an der Welle 26 kann dann die Drehung, z. B. an die Antriebswelle eines Kraftfahrzeuges abgegeben werden.
Diese Einzelheiten,des Getriebes sind auch aus der schematischen Darstellung der Fig.4 zu entnehmen. In Fig.5 ist ein Boxermotor gezeigt, dessen Kolben 2 über Schubstangen 27, 28 auf eine einzige Zahnstange 29 wirken. Die Zahnstange greift in Zahnräder 30, 31 mit deren Freilaufkupplungen 32, 33 ein, so daß die gleiche Wirkung wie vorstehend erzielt wird. Auch dieser Motor besitzt, wie vorstehend beschrieben, auf der Welle 6 des Zahnrades 31 eine Kurbel 7, die über die Schubstange 9 mit der Kurbel 12 .der Schwungscheibe 10 verbunden ist; die Wirkungsweise ist die gleiche wie vorstehend.
In Fig.6 ist ein Boxerinotor dargestellt, von dem nur ein einziger Zylinder 39 mit Kolben 40 gezeigt ist, -der über die Kolbenstange 41 die Zahnstange 42 antreibt. Neben .dem Zylinder 39 ist ein weiterer nicht gezeigter Zylinder angeordnet, dessen Kolben auf die Zahnstange43 wirkt. An der Gegenseite sind zwei gleichartig. gestaltete Zylinder spiegelbildlich angeordnet. Beide Zahnstangen 42, 43 kämmen mit Zahnrädern eines Getriebes, das wie jenes nach Fig.1 wirkt. Der Kolben 40 kann von beiden Seiten im Takt beaufschlagt werden und z. B, für Dampf- oder Wasserbetrieb Verwendung finden.
Zur Steuerung des Motors ist dabei ein Steuergestänge 44 andeutungsweise dargestellt, um zu zeigen, daß in Abhängigkeit von der Bewegung der Zahnstange 43 Ventile oder Schieber des Motorteiles 39, 40 bzw. des anderen Motorteiles gesteuert werden können.
In den Fig. 7 und 8 sind Einzelheiten von Getriebeanordnungen für die Motoren nach den Fig. 5 und 6 gezeigt. Die Getriebe entsprechen etwa den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4 bzw. 5, 6. Dabei hat aber das Getriebe nach Fig.8 linksseitig eine Kettenübertragung35, rechtsseitig die oben geschilderte Zahnradübertragung 37, 38. Auf der Welle 34 sind die Fre_ilaufkupplungen 22, 21 vorgesehen, während die Welle 36, auf der,das Übertragungselement für das Zahnrad 35 bzw. das Zahnrad 38 befestigt sind, als Abtrieb dient. Die Unterschiede der Ausführungen nach den Fig. 7 und 8 bestehen sonst noch darin, @daß die Freilaufkuppl.ungen 21, 22 in Richtung des Zahnstangenweges gesehen hintereinander bzw. beiderseits desselben angeordnet sind. An Stelle unmittelbar kämmender Zahnräder können auch zwischen diesen Ritzel eingeschaltet sein.
Es ist selbstverständlich, daß an Stelle der Zahnräder 5, 30, 31 mit ihren Zahnstangen 4, 29, 42, 43 auch Hebelübertragungen anwendbar sind, wie Fig. 9 zeigt. Die Kolbenstangen 58, 59 besitzen Zapfen 60, 61, die in Schlitzen 62, 63 eines zweiarmigen Hebels 64 gleiten. Die Zapfen 60, 61 können über Nadellager in den Schlitzen 62, 63 geführt werden. Der Hebel 64 ist auf einer Welle 65 befestigt, die der Welle 6 nach den Fig.1 bis 4 entspricht. Der Hebel 64 hat vorzugsweise einen Ausschlag von 90°. Die weiteren Übertragungsglieder werden in gleicher Weise ausgeführt wie z. B. in,den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist.
Bei einem Einzylinder- oder Boxermotor wird nur ein einarmiger Hebel verwendet, der an Stelle des Hebels 64 tritt. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie beim vorstehenden Motor.
Die Schwungscheibe 10 bzw. deren Welle kann eine Kraftstoffeinspritzpumpe und/oder bei Verwendung eines Viertaktmotors die Steuerungsorgane der Ventile antreiben. Die Motoren können im Baukastensystem gebaut werden.
An Stelle der Schwungscheibe 10 mit Kurbel 12, Schubstange 9 und Kurbel 7 der Welle 6, die den Takt des Motors aufrechterhalten bzw. zum Anwerfen von Explosionsmotoren dienen, können auch andere Ausgleichsvorrichtungen vorgesehen sein. Derartige Vorrichtungen können aber auch fortfallen, insbesondere bei Dampf- und Wasserantrieb.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehende Bewegungen erzeugende Kolbenkraftmaschine, z. B. für explosible Gas-Luftgemische, Dampf oder Wasser, bei der die Bewegung des Kolbens. über eine in seiner Bewegungsrichtung bewegbare Triebstange auf ein Triebwerk übertragbar ist, das eine nur in Arbeitsrichtung des Kolbens kuppelnde Freilaufkupplung aufweist, die während des Arbeitshubes die Kraft des Kolbens auf eine in einer Drehrichtung laufende Arbeitswelle überträgt, wobei eine den Takt des Kolbens aufrechterhaltende Ausgleichsvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgleichsvorrichtung auf einer Welle (6, 65) des Triebwerkes (5, 64) eine erste Kurbel (7) vorgesehen ist, die über einen angelenkten Lenker (9) mit einer zweiten Kurbel (12) einer Schwungscheibe (10) gelenkig verbunden ist, und daß die zweite Kurbel (12) einen solchen kleineren Hub (11) als die erste (7) hat, daß der Kolben eine gewünschte Auf- und Abbewegung bei jeder Drehung der Schwungscheibe (10) ausführt.
2. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungscheibe mit einem Dynastartaggregat bzw. einer Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. einer Ventilsteuerung bestückt ist.
3. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk einen auf die Freilaufkupplung wirkenden Hebel (64) aufweist, der mit der bewegbaren Kolbenstange (58) des Kolbens zusammenwirkt.
4. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel als Doppelhebel ausgeführt ist (64), wobei auf jeden Arm des Doppelhebels mindestens je ein Kolben im gegenläufigen Sinn wirkt.
5. Kolbenkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6, 65) des Triebwerkes (5, 64) auf zwei entgegengesetzt arbeitende Freilaufkupplungen (21, 22) wirkt, deren Abtriebe jeweils in Richtung jedes Arbeitshubes jedes Kolbens mit der Abtriebswelle (25, 26) gekuppelt sind.
6. Kolbenkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmaschine als Boxermotor ausgebildet ist, wobei jeweils mindestens zwei Kolben (2, 41) auf eine Kolbenstange (27, 28, 41) wirken (Fig. 5, 6). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 85 993; schweizerische Patentschrift Nr. 189 717; französische Patentschrift Nr. 491501; USA.-Patentschrift Nr. 1271569.