DE202010011581U1 - Reciprocating engine with periodically changing piston stroke and crank lever crank mechanism - Google Patents
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Abstract
Hubkolbenmotor mit wenigstens einem Kolben mit periodisch sich änderndem Kolbenhub und einer von dem/den Kolben (11) angetriebenen Arbeitswelle (7), gekennzeichnet durch eine zu der Arbeitswelle (7) parallele Hilfswelle (8), wobei eine Welle (7; 8) innerhalb eines Arbeitszyklus mit vier Takten eine einzige Umdrehung ausführt, während die andere Welle (8; 7) im gleichen Zeitraum zwei Umdrehungen ausführt, und wobei an beiden Wellen (7, 8) wenigstens je ein Exzenter angeordnet ist, deren Bewegungen mit einer Kulisse (1) gekoppelt sind, die ihrerseits mit dem Kolben (11) gekoppelt ist, so dass der Kolben (11) am Ende des Verdichtungstaktes einen anderen oberen Totpunkt (OTP1) einnimmt als am Ende des Ausstoßtaktes (OTP2).Reciprocating engine having at least one piston with periodically changing piston stroke and a working shaft (7) driven by the piston (11), characterized by an auxiliary shaft (8) parallel to the working shaft (7), one shaft (7; a cycle with four clocks performs a single revolution, while the other shaft (8; 7) performs two revolutions in the same period, and wherein on both shafts (7, 8) at least one eccentric is arranged whose movements with a gate (1 ), which in turn is coupled to the piston (11), so that the piston (11) occupies another top dead center (OTP1) at the end of the compression stroke than at the end of the exhaust stroke (OTP2).
Description
Die Erfindung richtet sich auf einen Hubkolbenmotor mit wenigstens einem Kolben mit periodisch sich änderndem Kolbenhub und einer von dem/den Kolben angetriebenen Arbeitswelle.The invention is directed to a reciprocating engine with at least one piston having a periodically changing piston stroke and a working shaft driven by the piston (s).
Das Patent
Aus den oben beschriebenen Unvollkommenheiten des Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, einen Hubkolbenmotor mit periodisch sich änderndem Kolbenhub derart weiterzubilden, dass sich eine möglichst harmonische Ankopplung des/der Kolben an eine Arbeitswelle ergibt.From the above-described imperfections of the prior art, the problem initiating the invention results in developing a reciprocating piston engine having a periodically changing piston stroke in such a way that the coupling of the piston (s) to a working shaft is as harmonious as possible.
Die Lösung dieses Problems gelingt durch eine zu der Arbeitswelle parallele Hilfswelle, wobei eine Welle innerhalb eines Arbeitszyklus mit vier Takten eine einzige Umdrehung ausführt, während die andere im gleichen Zeitraum zwei Umdrehungen ausführt, und wobei an beiden Wellen wenigstens je ein Exzenter angeordnet ist, deren Bewegungen mit einer Kulisse gekoppelt sind.The solution of this problem is achieved by an auxiliary shaft parallel to the working shaft, wherein a shaft executes a single revolution within a four-stroke cycle, while the other performs two revolutions in the same period, and at least one respective eccentric is arranged on both shafts Movements are coupled with a backdrop.
Diese Kulisse ist zusätzliche an einen Kolben gekoppelt, so dass der Kolben am Ende des Verdichtungstaktes einen anderen oberen Totpunkt einnimmt als am Ende des Ausstoßtaktes. Mit dem erfindungsgemäßen System ergeben sich aus kreisförmigen Exzenter-Bewegungen stets harmonische Schwingbewegungen der Kulisse, welche sich von dort auf den Kolben übertragen, so dass in dem erfindungsgemäßen Getriebe keine abrupten Bewegungsänderungen auftreten. Eine weitere Variante der Problemlösung kann durch eine Mehrkolbenausführung erreicht werden, wobei mehrere Kulissen mit einem Kulissenhebel (Schwinge) ausgestattet und über eine Kurbelwelle miteinander gekoppelt sind.This gate is additionally coupled to a piston, so that the piston occupies a different top dead center at the end of the compression stroke than at the end of the exhaust stroke. With the system according to the invention arise from circular eccentric movements always harmonious oscillatory movements of the scenery, which are transmitted from there to the piston, so that no abrupt changes in movement occur in the transmission according to the invention. Another variant of the problem solution can be achieved by a multi-piston design, with several scenes are equipped with a rocker arm (rocker) and coupled to each other via a crankshaft.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Arbeitswelle innerhalb einer Ebene verläuft, die von der Hubrichtung des Kolbens lotrecht durchsetzt ist. Durch die lotrechte Durchsetzung kommt es zu einer optimalen Kraftübertragung der Arbeitswelle auf die Kolbenbewegung.It has proved to be favorable that the working shaft extends within a plane which is penetrated vertically by the stroke direction of the piston. Due to the vertical enforcement, there is an optimal power transmission of the working shaft on the piston movement.
Die Kulisse sollte über einen parallel zur Arbeitswelle verlaufenden Stift oder Bolzen mit dem Kolben gekoppelt sein. Dabei könnte es unter Umständen konstruktionstechnisch vorteilhaft sein, dass besagter Bolzen oder Stift durch ein in die Kulisse eingearbeitetes Langloch geführt ist. Dieses Langloch ermöglicht ausreichend Spiel während der mechanischen Bewegung der Kulisse, um ein Auf- und Absenken des Kolbens zu ermöglichen.The backdrop should be coupled via a parallel to the working shaft pin or bolt with the piston. It could be constructionally advantageous in some circumstances that said bolt or pin is guided by a slot incorporated into the gate. This slot allows sufficient clearance during the mechanical movement of the gate to allow raising and lowering of the piston.
Es hat sich bewährt, dass die Kulisse die Exzenter und/oder den Kolbenbolzen oder -stift umgibt. Dies stellt eine besonders robuste Form der Ankopplung dar. Darüber hinaus können durch diese Form der Konstruktion unerwünschte Schwingungen und Unwuchten im System reduziert werden.It has been proven that the backdrop surrounding the eccentric and / or the piston pin or pin. This represents a particularly robust form of coupling. In addition, this form of construction can reduce unwanted vibrations and imbalances in the system.
Die Kulisse kann zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts je eine Öffnung aufweisen. Durch diese Zuweisung einzelner Öffnungen wird die mechanische Stabilität der Kulisse erhöht, was sich bei der Vermeidung von Schwingungen ebenfalls positiv bemerkbar macht.The gate may have an opening for the passage of the eccentric and / or the piston pin or pin. Through this assignment of individual openings, the mechanical stability of the scenery is increased, which also makes a positive impact in the prevention of vibrations.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass alle Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts auf einer gemeinsamen Linie liegen, insbesondere in oder entlang einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Diese gemeinsame Ebene vereinfacht die Herstellung der Kulisse und sorgt darüber hinaus für besonders übersichtliche Kraftverhältnisse in der Kulisse, ermöglicht aber auch die für das Antriebsschema mit 4 verschiedenen Totpunkten verantwortliche Lagerung der Exzenter.It is within the scope of the invention that all openings for the passage of the eccentric and / or the piston pin or pin lie on a common line, in particular run in or along a common plane. This common level simplifies the production of the scenery and also ensures particularly clear power relations in the backdrop, but also allows the responsible for the drive scheme with 4 different dead points storage of the eccentric.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Kulisse entlang einer Linie, auf der alle Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts liegen, unterteilt ist in zwei Teile, insbesondere in ein oberes und ein unteres Teil. Die Zweiteilung der Kulisse bietet konstruktionstechnische Vorteile, ist aber auch sehr wichtig für den laufenden Betrieb bzw. für die Wartung und eventuellen Reparatur der Anlage. Die Zweiteilung der Kulisse ermöglicht einen leichteren Aus- und Einbau der verwendeten Maschinenteile.The invention further provides that the slide along a line on which all openings for the passage of the eccentric and / or the piston pin or pin lie is divided into two parts, in particular in an upper and a lower part. The dichotomy of the scenery provides design advantages, but is also very important for the ongoing operation or for the maintenance and eventual repair of the system. The division of the scenery allows easier removal and installation of the machine parts used.
Die beiden Teile, insbesondere das obere und das untere Teil, lassen sich zu einer in sich steifen Kulisse zusammenfügen. Die Steifheit der Kulisse ist wichtig, damit im laufenden Betrieb keine unerwünschten Schwingungen und Unwuchten entstehen. Auch soll es nicht zu Verformungen der Bauteile im Betrieb durch entstehende Wärmebelastung kommen.The two parts, in particular the upper and the lower part, can be joined together to form a rigid backdrop. The stiffness of the scenery is important so that no unwanted vibrations and imbalances occur during operation. Also, it should not come to deformations of the components during operation by resulting heat load.
Die Erfindung läßt sich auf besonders einfachem Weg dadurch realisieren, dass die beiden Teile, nämlich das obere und das untere Teil, mit Schrauben zusammengefügt sind, insbesondere mittels zweier Schrauben, welche sich an je einem Ende der Kulisse befinden und dort durch jeweils eine dafür vorgesehene Ausnehmung hindurchgeführt werden können. Die Verwendung von Schrauben für den Zusammenbau bietet den Vorteil, dass die Kulisse zur Wartung oder Reparatur leicht wieder auseinandergenommen werden kann. Aber auch die Verwendung von Bolzen oder Stiften zur Fixierung ist denkbar. Eine Fixierung jeweils an beiden Enden der Kulisse ermöglicht auch eine Einarbeitung der vorgesehenen Rund- und Langlöcher an jedem beliebigen, gewünschten Ort in der Kulisse. The invention can be realized in a particularly simple way, that the two parts, namely the upper and the lower part, are joined together with screws, in particular by means of two screws, which are located at one end of the gate and there by a respective designated Recess can be passed. The use of screws for assembly has the advantage that the scenery for maintenance or repair can be easily taken apart again. But the use of bolts or pins for fixation is conceivable. A fixation in each case at both ends of the backdrop also allows incorporation of the intended round and long holes at any desired location in the backdrop.
Die Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts sollen in oder parallel zu einer Ebene verlaufen, die von den Ausnehmungen zum Hindurchtritt von Schrauben lotrecht durchsetzt wird. Ein 45°-Winkel der Durchführungen hat den Vorteil, dass es zu einem optimalen Kraftübertrag und optimalen Stabilität der Konstruktion kommt.The openings for the passage of the eccentric and / or the piston pin or pin are to run in or parallel to a plane which is penetrated vertically by the recesses for the passage of screws. A 45 ° angle of the bushings has the advantage that it comes to an optimal force transfer and optimum stability of the construction.
Wenigstens eine Öffnung der Kulisse soll als Langloch ausgebildet sein, wobei die eine als Langloch ausgebildete Öffnung den Kolbenbolzen oder -stift umgreift, damit ausreichendes Spiel zur auf und ab schwingenden Bewegung des Kolbens gewährleistet ist. Dabei ist es von Vorteil für den Antrieb des Kolbens, wenn die Längsachse eines Langlochs parallel zur Längsachse der Kulisse verläuft.At least one opening of the gate should be designed as a slot, wherein the opening formed as an elongated hole surrounds the piston pin or pin, so that sufficient play is guaranteed to swing up and down movement of the piston. It is advantageous for the drive of the piston when the longitudinal axis of a slot parallel to the longitudinal axis of the backdrop.
Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass eine Öffnung, insbesondere insgesamt nur eine Öffnung, als Rundloch ausgebildet ist. Dieser rotationssymmetrischen Öffnung obliegt es, die Kulisse zu führen, so dass deren Position vorgegeben wird, nicht jedoch deren Drehstellung.The invention is further distinguished by the fact that an opening, in particular a total of only one opening, is formed as a round hole. This rotationally symmetrical opening is responsible for guiding the gate so that its position is predetermined, but not its rotational position.
Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass das Rundloch den Exzenter der Arbeitswelle oder den Exzenter der Hilfswelle umgreift. Dabei sind zwei Varianten in der Ausführung denkbar. Einmal kann der Exzenter der Arbeitswelle von dem Rundloch umgriffen werden, bei der zweiten denkbaren Variante kann der Exzenter der Hilfswelle von dem einen Rundloch umgriffen werden. Beide Varianten ermöglichen den durch die Erfindung initiierten Vorteil eine 4-Taktung mit vier verschiedenen Totpunkten, wobei OTP 2 den vollständigen Ausschub aller Verbrennungsgase bedingt. Allerdings ermöglicht die zweite Variante eine Platzerspranis der Konstruktion, da der Durchmesser des Hilfswellenexzenters geringer ist als der Durchmesser des Arbeitsesellenexzenters.The invention can be further developed such that the round hole surrounds the eccentric of the working shaft or the eccentric of the auxiliary shaft. There are two variants in the design conceivable. Once the eccentric of the working shaft can be encompassed by the round hole, in the second conceivable variant of the eccentric of the auxiliary shaft can be encompassed by a round hole. Both variants allow the advantage initiated by the invention a 4-clocking with four different dead centers,
Die Arbeitswelle soll mit der Hilfswelle drehfest gekoppelt sein, insbesondere über zwei ineinander greifende Zahnräder. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Zahnrad mit normaler Lagerung eine doppelte Zähnezahl aufweist, wie das Zahnrad mit Langloch-Ankopplung. Das Zahnrad mit der höheren Anzahl an Zähnen hat dabei ca. doppelt so großen Durchmesser, wie das Zahnrad mit der geringeren Zähnezahl. Somit kann ein optimaler Kraftübertrag auf die beiden Wellen erreicht werden. Im Betrieb ist es von Vorteil, wenn innerhalb der Taktung die Stellung der Zahnräder nicht bei jedem Takt 180° entspricht.The working shaft should be rotatably coupled to the auxiliary shaft, in particular via two intermeshing gears. It is advantageous if the gear with normal storage has a double number of teeth, as the gear with slot connection. The gear with the higher number of teeth has about twice the diameter, as the gear with the smaller number of teeth. Thus, an optimal force transfer to the two waves can be achieved. In operation, it is advantageous if, within the clocking, the position of the gears does not correspond to 180 ° at each cycle.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Weiterbildung dahingehend, dass mit einer Kulisse mehrere Kolben gekoppelt sind, bspw. zwei durch eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbundene, antiparallel zueinander orientierte Kolben, die an je einem der beiden Enden der Kolbenstange sitzen.In the context of the invention is also a development in that with a backdrop more pistons are coupled, for example. Two by a common piston rod connected to each other, antiparallel oriented pistons sitting at each one of the two ends of the piston rod.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass sich die Arbeitswelle und die Hilfswelle in entgegengesetzten Richtungen drehen, so dass ein damit ausgerüsteter Motor besonders vibrationsarm läuft.Finally, it is the teaching of the invention that rotate the working shaft and the auxiliary shaft in opposite directions, so that a motor equipped with it running very low vibration.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of some preferred embodiments of the invention and from the drawing. Hereby shows:
Die Kulisse
Die Kulisse weist wie in
Ein Ende der Kulisse
In
Eines, vorzugsweise beide Enden der Kulisse
Ferner soll sich die Arbeitswelle
Die Kulisse
Die Verbrennungskammer des Zylinders
Eine – ggf. mit einem weiteren Ventil verschließbare – Überströmöffnung
Der Kolben
Die
Die beiden Zahnräder
Die Kulisse
Infolge der vorliegenden Erfindung ist im Vergleich zu einem herkömmlichen 4-Takt-Motor allerdings neu, dass sowohl OTP1 ≠ OTP2 und UTP1 ≠ UTP2.However, as a result of the present invention, compared to a conventional 4-stroke engine, it is new that both OTP1 ≠ OTP2 and UTP1 ≠ UTP2.
Am Anfang von Takt I befindet sich der Kolben
Im folgenden Takt II, dem Verdichten, bewegt sich der Kolben
Im darauffolgenden Takt III, dem Arbeitstakt, wird der Kolben
Im vierten und letzten Takt des Zyklusses wird der Kolben
Diese Besonderheit, wonach sich bei dieser Taktung vier verschiedene Totpunkte OTP1, OTP2, UTP1, UTP2 ergeben, ist auf die – unterschiedlichen – Exentrizitäten der Arbeitswelle
Die Darstellung in
Der Vorteil der hier beschriebenen, zweiten Variante gegenüber der zuvor beschriebenen, ersten Variante liegt im Wesentlichen in der Volumenersparnis, welche die zweite Variante bietet. Diese Platzersparnis ist darauf zurückzuführen, dass das Langloch hier dem Exzenter der Hilfswelle als Durchführung dient, der gegenüber dem Exzenterdurchmesser der Arbeitswelle vorzugsweise mit einem kleiner Durchmesser konstruiert ist.The advantage of the second variant described here in comparison to the first variant described above lies essentially in the volume savings offered by the second variant. This space saving is due to the fact that the slot here serves as an implementation of the eccentric of the auxiliary shaft, which is constructed with respect to the eccentric diameter of the working shaft, preferably with a small diameter.
Die Kulisse
Der Durchlass
Die ganze Kulisse
Der Kolben
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kulissescenery
- 22
- Einzelteildetail
- 33
- Schraubescrew
- 44
- Öffnungopening
- 55
- Öffnungopening
- 66
- Öffnungopening
- 77
- Arbeitswelleworking shaft
- 88th
- Hilfswelleauxiliary shaft
- 99
- Bolzenbolt
- 1010
- Kolbenstangepiston rod
- 1111
- Kolbenpiston
- 1212
- Muttermother
- 1313
- Zahnradgear
- 1414
- Zahnradgear
- 1515
- Kulissengehäusebackdrop housing
- 1616
- Verbrennungskammercombustion chamber
- 1717
- Einlaßventilintake valve
- 1818
- Auslaßventiloutlet valve
- 1919
- Überströmöffnungoverflow
- 2020
- Rundlochround hole
- 2121
- LanglochLong hole
- 2222
- Zahnradgear
- 2323
- Zahnradgear
- 2424
- Restvolumenresidual volume
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102004042873 [0002, 0002] DE 102004042873 [0002, 0002]
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DE202010011581U DE202010011581U1 (en) | 2010-08-19 | 2010-08-19 | Reciprocating engine with periodically changing piston stroke and crank lever crank mechanism |
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- 2010-08-19 DE DE202010011581U patent/DE202010011581U1/en not_active Expired - Lifetime
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Effective date: 20110601 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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