DE3502798A1

DE3502798A1 - Arbeitsmaschine, insbesondere brennkraftmaschine mit einer kurbelwellenfreien kraftuebertragung

Info

Publication number: DE3502798A1
Application number: DE19853502798
Authority: DE
Inventors: Pawel 4600 Dortmund Spotowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-25
Filing date: 1985-01-29
Publication date: 1985-08-29

Description

"Arbeitsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung"

Die Erfindung richtet sich auf eine Arbeitsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine als Flugzeugmotor, mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung mit in Zylindern hin- und hergehenden Kolben und einer jeder Kolben-/Zylindereinheit zugeordneten, rotierbar gelagerten Kurvenbahn und einem in der Kurvenbahn angreifenden Maschinenelement zur Umsetzung der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Kurvenbahn, wobei die Kurvenbahn an einem mit wenigstens einem Antriebswellenzapfen versehenen zylindrischen Wellenelement ausgebildet ist.

Aus der DE-OS 20 15 165 ist eine Antriebsmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt. Dort ist ein zentrischer Kolben, um den boxermotorartig Kolbenzylindereinheiten angeordnet sind, mit einer nach außen ragenden wellenförmigen Führungsbahn versehen. Auf dieser Führungsbahn stützen sich in der Gebrauchslage Räder an den Tandemkolben ab. Bei Kraftaufbringung zwingt die Kurvenbahn über die Rollräder den zentrischen Kolben zur Rotation.

Die kinematische Umkehr, d.h. die Abstützung in einer Nut, ist aus anderen Druckschriften bekannt, so z.B. aus der DE-OS 22 15 007. Hier ist der Zylinder das rotierende Element, vom Zylindermantel wird die Kraft abgenommen, dieser

ist bei dieser Konstruktion mit einer Verzahnung versehen, in die ein Abtriebsritzel eingreift. Eine ähnliche Konstruktion ist aus der DE-OS 22 06 457 bekannt.

Eine direkte Hubübertragung des Kolbens auf einen innenliegenden Zylinder mit einer dort eingebrachten Kurvenbahn ist aus der DE-OS 24 46 609 bekannt geworden.

Insbesondere die Konstruktionen, die es ermöglichen, mehr als zwei Kolben-/Zylindereinheiten an einer Kurvenbahn angreifen zu lassen, sind darauf angewiesen, diese Kolben-/Zylindereinheiten außerhalb des rotierenden Elementes anzuordnen und in der Regel die Rotationskraft von Maschinenelementen aufbringen zu lassen, die an den Kolbenstangen angeordnet sind. Im Falle des gattungsbildenden Standes der Technik sind dies die an den Kolbenstangen angeordneten Räder.

Nachteilig bei diesen, größere Kraftübertragung ermöglichenden Konstruktionen ist, daß durch die ständige Umlenkung der Bewegung die Kolbenstangen sehr hohen Ansprüchen und Belastungen ausgsetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der unter Beibehaltung der Vorteile der Anordnung mehr als zweier Kolben-/Zylindereinheiten die Führung der kraftübertragenden Elemente so zu gewährleisten, daß ein Ver-

setzen, ein Verkanten oder ein Verklemmen ausgeschlossen wird.

Bei einer Antriebsmaschine der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das die Kurvenbahn aufweisende zylindrische Element in einem zylindrischen Gehäuse gelagert ist, wobei die Gehäusewand mit Führungsnuten zur Führung der an der Kurvenbahn angreifenden Kolbenstange ausgerüstet ist.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß eine Mehrzahl von Kolben-/Zylindereinheiten an einer Kurvenbahn angreifen kann und dort die Hin- und Herbewegung in die Rotationsbewegung umsetzen können ohne daß die Beanspruchungen der Kolben-/Zylindereinheit, insbesondere der Kolbenstangen, darunter leidet, da diese auf ihrem gesamten Hubweg geführt sind.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Kolbenstangen an ihren freien Enden mit Kulissensteinen ausgerüstet sind, wobei die Kulissensteine in die Kurvenbahn eingreifen und deren unterschiedlichen Steigungen zu folgen in der Lage sind. Grundsätzlich ist auch eine andere Ausgestaltung möglich, z.B. können auch in der Kurvenbahn sich abrollende Elemente vorgesehen sein, das Vorsehen von Kulissensteinen ist aber besonders zweckmäßig.

Um eine noch günstigere Führungsmöglichkeit zu erreichen, sieht die Erfindung auch vor, daß die die Kulissensteine aufweisenden freien Enden der Kolbenstangen einen gegenüber dem Kolbenstangenschaft vergrößerten Bereich aufweisen, wobei dieser Bereich als Führungselement in den Führungsnuten des Gehäuses ausgebildet ist.

Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. So sieht die Erfindung auch vor, daß am Umfang wenigstens drei Führungsnuten im Gehäuse eingebracht sind, die zweckmäßig dann symmetrisch, d.h. in einer Verteilung von 120° am Umfang verteilt sind. Hier können natürlich selbstverständlich auch mehr als drei Führungsnuten und damit mehr als drei Kolben-/Zylindereinheiten am Umfang vorgesehen sein.

Besonders zweckmäßig ist es, die Kurvenbahn als auf dem Zylindermantel abgewickelte Sinuskurve mit wenigstens zwei Maxima auszubilden.

Um besonders hohe Kräfte und auch große Leistungen übertragen zu können, sieht die Erfindung auch vor, daß an einer Welle zwei mit Kurvenbahnen versehene Steuerzylinder vorgesehen sind, wobei die zugeordneten Kolben-/Zylindereinheiten zwischen diesen Bereichen angeordnet sind oder in weiterer Ausgestaltung an einer Welle zwei mit Kurvenbahnen ausgerüstete Zylinderbereiche vorgsehen sind,

wobei die Zylinderbereiche unterschiedliche Durchmesser und eine unterschiedliche Anzahl von die Kurvenbahn beaufschlagenden Kolben-/Zylindereinheiten aufweisen.

Die Erfindung ist dabei nicht ausschließlich auf den Einsatz als Antriebsmaschine beschränkt. Sie kann auch als Pumpe, Kompressor o. dgl. ausgebildet sein, insbesondere eignet sie sich aber als Einsatz für Flugzeugmotoren, wenn z.B. die Kolben-/Zylindereinheiten, wie im gattungsbildenden Stand der Technik bereits bei einer Ausführungsvariante vorgeschrieben, in Boxerstellung angeordnet sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise geschnitten durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Darstellung der Kolben-/Zylindereinheiten,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Detailansicht eines Kolbenstangenendes mit Kulissenstein,

Fig. 4-7 unterschiedliche, schematisch dargestellte Anordnungen von Kolben-/Zylindereinheiten an den zylindrischen Elementen,

Fig. 8 eine im wesentlichen sinusförmige Kurvenbahn auf einem zylindrischen Element mit mehreren Maxima sowie in

Fig. 9 eine Abbildung einer Kurvenbahn in die Zeichenebene.

Fig.10 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in der Darstellung etwa wie Fig. 1.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Antriebsmaschine besteht beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einem zylindrischen Element 2 mit einem Abtriebswellenzapfen 3, welches in einem zylindrischen Gehäuse 4 drehbar gelagert ist.

Das zylindrische Element 2 weist eine Kurvenbahn 5 auf. Um das zylindrische Element 2 herum sind beim Beispiel der Fig. 1 bzw. 2 vier Kolben-/Zylindereinheiten 6 angeordnet, die nur schematisch wiedergegeben sind. Die Kolbenstangen 7 greifen mit an ihren freien Enden 8 schwenkbar angeordneten Kulissensteinen 9 in die Kurvenbahn 5 ein. Bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen 7 folgen die Kulissensteine 9 der Kurvenbahn 5 und zwingen somit dem zylindrischen Element 2 eine Rotationsbewegung auf.

Zur Führung der Kolbenstangen 7 sind in der mit 10 bezeichneten Gehäusewand des Gehäuses 4 Führungsnuten 11 eingebracht, in der die als Führungselemente ausgebildeten freien Enden 8 der Kolbenstangen 7 geführt sind. Diese freien Enden 8 der Kolbenstangen 7 haben gegenüber dem Schaft der Kolbenstangen einen größeren Durchmesser, so daß die Kolbenstangen 7 im Bereich ihres freien Endes und damit im unmittelbaren Bereich der angebrachten Kulissensteine 9 optimal in der Gehäusewand 10 geführt sind.

Bei grundsätzlich gleicher Bauweise von zylindrischem Element 1, Gehäuse 4 mit Gehäusewand 10 nach den Fig. 1 bis sind in den Fig. 4 bis 8 unterschiedliche Anordnungen von Kolben-/Zylindereinheiten 6" bzw. 6" einerseits und Wellen 3" bzw. 3" andererseits dargestellt.

In Fig. 4 weist eine Welle 3" zwei zylindrische Bereiche 2" in einem solchen Abstand auf, daß doppelseitig wirkende Kolben-/Zylindereinheiten 6" zwischen diesen beiden Bereichen angeordnet werden können.

In der Fig. 5 ist die Möglichkeit dargestellt, an einer Welle 3" zwei unterschiedliche zylindrische Bereiche 2" und 2" vorzusehen, wobei diese Bereiche unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Damit kann man auch eine unbezügliche (?) Anzahl von Kolben/Zylindereinheiten 6" am Umfang verteilen. In Fig. 6 ist die Möglichkeit der gegenüber-

liegenden Anordnung von Kolben-/Zylindereinheiten 6, in Fig. 7 diejenige Anordnung gemäß Fig. 1 dargestellt.

Schließlich zeigt die Fig. 8 die Ausbildung der Kurvenbahn 5" als Sinuskurve auf dem Mantel des zylindrischen Elementes 2~" sowie die Fig. 9 die entsprechende Abwicklung, ohne daß die Erfindung auf die wiedergegebene Anzahl von Maxima und Minima beschränkt wäre. Vorzugsweise sollten wenigstens zwei Maxima vorgesehen sein.

Das abgewandelte Beispiel gemäß Fig. 10 ist so bezeichnet, daß alle diejenigen Elemente das gleiche Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 tragen, die wirkmäßig identisch sind. Lediglich sind alle die Bezugszeichen mit einem kleinen "a" versehen.

So weist die dort allgemein mit la bezeichnete Antriebsmaschine an ihrem zylindrischen Element 2a zwei Kurvenbahnen 5a bzw. 5a" auf, die an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und je von einer Seite von Kolbenzylindereinheiten 6a beaufschlagt werden, d.h. diese Antriebsmaschine 1 weist pro Seite vier derartige Elemente, d.h. insgesamt 8 Kolben/Zylindereinheiten 6a auf.

Wie sich aus der Fig. 10 ergibt, sind die gegenüberliegenden Kolben jeder Seite über eine Kolbenstange 7a miteinander verbunden, wobei diese Kolbenstangen den Kulissenstan-

gen 9 gemäß Fig. 1 funktionsmäßig gleichen, über Führungsrollen 9a mit den jeweiligen Kolben verbunden sind. Diese Führungsrollen 9a sind in Führungsnuten 11a, die in der Gehäusewand 10a eingebracht sind, geführt. Im übrigen ist die Funktionsweise dieser Gestaltung entsprechend derjenigen gemäß Fig. 1 bzw. gemäß Fig. 8.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der günstigen Kräfteeinleitung auf die Stirnseite des zylindrischen Elementes 2a, wobei dieses im wesentlichen als Hohlkörper ausgebildet ist und einstückig die Abtriebswelle 3a aus ihrem Inneren heraus trägt, wie dies durch die teilweise geschnittene Darstellung angedeutet sein soll.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann statt der dargestellten Führung der freien Enden 8 der Kolbenstangen 7 innerhalb von Führungsnuten 11, die an der Innenwand eines Gehäuses eingebracht sind, auch als gesonderte Bauteile ausgebildete Führungen vorgesehen sein, z.B. in hochverschleißfesten Kunststoffprofilen u. dgl. mehr.

Claims

PATENTANWÄLTE MEINKE UND DABRINGH, ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS · MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEES DIPL-ING. J. MEINKE DIPL-ING. W. DABRINGHAUS 4600 DORTMUND 1, 2g# WESTENHELLWEG 67 TELEFON (02 31) 14 5O 71 TELEGRAMM DOPAT Dortmund TELEX 822 7328 pat d AKTEN-NR.: IN/4995 Anmelder: Pawel Spotowski, Meraner Straße la, 4600 Dortmund 50 Ansprüche ;

1. Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine als Flugzeugmotor, mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung mit in Zylindern hin- und hergehenden Kolben und einer jeder Kolben-/Zylindereinheit zugeordneten, rotierbar gelagerten Kurvenbahn und einem an der Kurvenbahn angreifenden Maschinenelement zur Umsetzung der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Kurvenbahn, wobei die Kurvenbahn an einem mit wenigstens einem Abtriebswellenzapfen versehenen zylindrischen Wellenelement ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

das die Kurvenbahn (5) aufweisende zylindrische Element (2) in einem zylindrischen Gehäuse (4) gelagert ist, wobei die Gehäusewand (10) mit Führungsnuten (11) zur Führung der an der Kurvenbahn (5) angreifenden Kolbenstange (7) ausgerüstet ist.

INSPECTED

2. Antriebsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Kolbenstangen (7) an ihren freien Enden (8) mit Kulissensteinen (9) ausgerüstet sind, wobei die Kulissensteine (9) in die Kurvenbahn (5) eingreifen und deren unterschiedlichen Steigungen zu folgen in der Lage sind.

3. Antriebsmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

die die Kulissensteine (9) aufweisenden freien Enden (8) der Kolbenstangen (7) einen gegenüber dem Kolbenstangenschaft vergrößerten Bereich aufweisen, wobei dieser Bereich als Führungselement (8) in den Führungsnuten (11) des Gehäuses (4) ausgebildet ist.

4. Antriebsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

am Umfang wenigstens drei Führungsnuten (11) im Gehäuse (4) eingebracht sind.

5. Antriebsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kurvenbahn (5') als auf dem Zylindermantel (2"') abgewickelte Sinuskurve mit wenigstens zwei Maxima ausgebildet ist.

6. Antriebsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

an einer Welle (3") zwei mit Kurvenbahnen (5") versehene Steuerzylinder vorgesehen sind, wobei die zugeordneten Kolben-/Zylindereinheiten (6') zwischen diesen Bereichen (2') angeordnet sind.

7. Antriebsmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß

an einer Welle (3") zwei mit Kurvenbahnen ausgerüstete Zylinderbereiche (2" u. 2") vorgesehen sind, wobei die Zylinderbereiche (2",2") unterschiedliche Durchmesser und eine unterschiedliche Anzahl von die Kurvenbahn beaufschlagenden Kolben-/Zylindereinheiten (6") aufweisen.