Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf die reversible Umwandlung einer
Drehbewegung in eine eigengeführte geradlinige Bewegung.
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Eine Drehbewegung kann man aus einer geradlinigen Bewegung auf
verschiedene bekannte Weisen erhalten, welche unterschiedlich
reversibel sind. Die Mechanismen Verbindungsstange-Kurbel und
Nocken-Stößel sind jene, welche wegen ihrer Einfachheit und
ihrer Symmetrieeigenschaften eine praktisch unbegrenzte
Anwendung gefunden haben.
Hintergrundtechnik
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Eines der Gebiete, auf welchem die Anwendung dieser beiden
Mechanismen ihre hauptsächliche Nutzung gefunden haben, ist die
Schaffung von Druckkammern mit variablem Volumen, wobei dieses
Gebiet sowohl bei Pumpen (des Typs, der Flügel, Axialkolben mit
einem schrägen Kopf oder einer solchen Platte oder Kolben
umfaßt, die durch Exzenterbahnen gesteuert werden), als auch bei
Verbrennungsmotoren üblich ist. Der Mechanismus, der wegen
seiner Einfachheit am weitesten verbreitet und vielseitig ist, wird
durch einen Kolben repräsentiert, der innerhalb einer
Zylinderkammer durch die Wirkung der Bewegung gleitet, die ihm durch
eine Kurbelstange und eine Kurbel verliehen wird. Dieser
Mechanismus wird tatsächlich bei nahezu fast allen
Verbrennungsmotoren
und bei Hochdruck-Pumpen und -Kompressoren verwendet.
Trotzdem hat dieser Mechanismus mehrere konzeptuelle Beschränkungen,
ausgedrückt in der Form der notwendigen Schräglage, die durch
die Kurbelstange während der Kurbelumdrehung angenommen wird.
Diesbezüglich schafft diese Schräglage einen sehr großen
Querschub auf den Kolben, der bewirkt, daß er in schädigender Weise
gegen die inneren Zylinderwände reibt. Dies führt zu
beträchtlichen Energieverlusten als Folge von Reibung, der
Notwendigkeit, den Zylinder zu schmieren, in dem der Kolben gleitet, der
Notwendigkeit langer Kolben (Mantel), um den spezifischen Druck
in Querrichtung zu verringern, zusätzlichem Gewicht für den
Kolben in der Form des stählernen Kolbenbolzens, welcher
notwendigerweise ebenso lang, wie der Durchmesser des Kolbens ist, zu
Materialien hoher Qualität, zu großem gegenseitigem Spiel, was
für eine Abdichtung nachteilig ist und zum Vorhandensein von
elastischen Ringen, welche dank ihrer theoretisch unmöglichen
Rundheit zu einem Zusammenwirken mit der Kammer führen, das
notwendigerweise nur ein angenähertes ist. Im speziellen Fall
von Verbrennungsmotoren ziehen die Mechanismen Kurbelstange-
Kurbel, die mit jedem einzelnen Kolben verbunden sind, eine
beträchtliche Überdimensionierung der Teile bezogen auf das
Antriebs-Drehmoment nach sich. Dies ist deshalb der Fall, weil der
Schub, der auf einem Kolben durch die Explosion erzeugt wird,
verwendet wird, um die passiven Stadien (Ansaugen, Verdichtung,
Ausschub) der anderen Zylinder zu überbrücken, die über die
Kurbelwelle verlaufen. Bei Hochdruck-Hydraulikpumpen leiten sich
alle existierenden Typen konzeptuell von der Verwendung von
Oberflächen (Nocken) her, die gegenüber einer relativen
Fortschrittsbahn eines senkrecht gleitenden Exzenters geneigt sind.
Diese Typen verwenden deshalb in allen Fällen einen Kolben (oder
Flügel oder Exzenter), welcher durch den funktionellen Kontakt
mit dem rotierenden Element (Schrägscheibe, exzentrischer
Bezugsumfang, innerhalb welchem beispielsweise seitlich gleitende
Kolben rotieren usw.) in Querrichtung beansprucht wird und auf
diese Querkräfte dadurch reagiert, daß er gegen die Wände der
Kammer oder dergleichen reibt, innerhalb welchen er gleitet, um
ein Pumpen zu erreichen, wobei dieses Reiben Verschleiß,
Energieverlust,
Wirkungsgradreduzierung mit der Zeit und
Begrenzungen bei der maximalen Drehzahl verursacht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, alle diese Mängel zu
beseitigen, die typisch für einen Mechanismus
Kurbelstange-Kurbel und für Einrichtungen ist, die konzeptuell auf einer
geneigten Ebene oder auf Nocken basieren.
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DE-A-2 746 476 offenbart in Fig. 6 eine Ausführungsform
entsprechend der Vorbemerkung zum ersten Hauptanspruch. Die bekannte
Ausführungsform zeigt zwei axial fluchtende gegenüberliegende
Zylinder mit Kolben, welche starr über eine gemeinsame
Kolbenstange verbunden sind. Vier Kurbelstangenmechanismen, denen
jeweils ein Zahnrad zugeordnet ist, sind vorgesehen. Die
Kurbelstangen jedes Paars dieser Mechanismen sind mit einem
gemeinsamen Anlenkungspunkt der gemeinsamen Kolbenstange verbunden, so
daß sich zwei in einem Abstand voneinander angeordnete
Anlenkungspunkte ergeben. Jeder Kurbelstangenmechanismus ist mit
einem Zahnrad verbunden, wobei alle Zahnräder gleich sind und
die Zahnräder jedes Paars ineinandergreifen und ein gleiches
leerlaufendes Zahnrad funktionell mit einem Zahnrad jedes Paars
in Eingriff steht. Die beiden Abstände (entlang der
Kolbenstange) zwischen einem Anlenkungspunkt und dem nächstliegenden
Kolben differieren nennenswert. Die bekannte Ausführungsform ist
nicht vollkommen eigengeführt angesichts der unsymmetrischen
Anordnung der Zahnräder, was während des Arbeitszyklus' sich
ändernde Beanspruchungen in den beiden Stangen bewirkt, die an
demselben Anlenkungspunkt angebracht sind.
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Angesichts der sich ändernden Abstände
(Anlenkungspunkt/nächstliegender Kolben) treten unterschiedliche Wärmedehnungen und
folglich unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse und auch sich
ändernde Biegedeformationen und kombinierte Biege- und
Druckspannungen auf.
Offenbarung der Erfindung
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Man sieht, daß diese und weitere Aufgaben erreicht werden, wenn
man die folgende Beschreibung hinsichtlich eines Systems zur
reversiblen Umwandlung einer Drehbewegung in eine eigengeführte
geradlinige Bewegung liest, die durch das in dem beigefügten
einzigen Anspruch zitierte System erreicht wird.
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Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen insbesondere
in bezug auf ihre Anwendung bei der Bildung von Kammern mit
variablem Volumen veranschaulicht, obwohl die veranschaulichten
Koppelungen als konzeptuell nützlich auch bei jeder beliebigen
anderen Anwendung betrachtet werden können, bei welcher diese
Bewegungsumwandlung von einer geradlinigen in eine Drehbewegung
oder umgekehrt erforderlich ist. Die dazugehörigen Zeichnungen
zeigen speziell in
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Fig. 1 schematisch das Prinzip, auf welchem die Erfindung
basiert;
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Fig. 2 eine Schnittansicht in der Mitte durch ein System mit
vier Zylindern mit einem einfachwirkenden Mehrfachkolben und mit
unmittelbar nebeneinanderliegenden Kurbelstangeneinheiten,
welches es speziell für eine Verwendung als Pumpe oder Kompressor
geeignet macht;
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Fig. 3 eine Schnittansicht in der Mitte durch ein System mit
vier Zylindern mit einem doppeltwirkenden Mehrfachkolben und
gegenüberliegenden Kurbelstangeneinheiten, was es für einen
Verbrennungsmotor geeignet macht;
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Fig. 4 eine Ansicht des Systems von Fig. 3 in einer Richtung
senkrecht zu der vorhergehenden;
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Fig. 5 eine Schnittansicht in der Mitte durch ein weiteres
Beispiel für ein System mit vier Zylindern entsprechend der
Erfindung mit einem in der Mitte liegenden doppeltwirkenden Kolben
und seitlichen Kolbenstangeneinheiten in einem gewissen Abstand,
was es für einen Verbrennungsmotor geeignet macht;
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Fig. 6 eine Schnittansicht in der Mitte durch ein Beispiel für
ein System mit vier seitlichen Zylindern mit einem in der Mitte
liegenden doppeltwirkenden Mehrfachkolben und in Längsrichtung
gegenüberliegenden Kolbenstangeneinheiten.
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Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip, auf welchem die Erfindung
basiert und welches auf die Versionen Anwendung findet, die in
den anderen Abbildungen veranschaulicht werden.
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Fig. 1 bis 4 und 6 und die entsprechenden Passagen der
Beschreibung fallen nicht in den Geltungsbereich des Anspruchs.
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Eine Kurbel 107A, die sich in einer Umlaufbahn 109A dreht, ist
mit einer Treibstange 108A verbunden, welche mit einem ersten
kleinen Ende 110A versehen ist. Dieses kleine Ende der
Treibstange ist mit einem zweiten kleinen Ende einer Treibstange 110B
verbunden, das zu einer Treibstange 108B gehört, die mit einer
Kurbel 107B verbunden ist, die sich in einer Umlaufbahn 109B
dreht. Die Verbindung zwischen den kleinen Enden der beiden
Treibstangen wird durch einen gemeinsamen Bolzen 111
hergestellt. Die Treibstangen 108A und 108B sind identisch, ebenso,
wie die Kurbeln 107A und 107B.
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Die Kurbel 107A ist starr verbunden mit einem Zahnrad 112A, das
eine gemeinsame Rotationsachse 113A mit der Kurbel 107A hat.
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Die Kurbel 107B ist starr mit einem Zahnrad 112B verbunden, das
eine gemeinsame Rotationsachse mit der Kurbel 107B hat.
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Das Zahnrad 112A greift in das Zahnrad 112B in einer winkligen
Stellung derart ein, daß die Position der beiden Kurbeln 107A
und 107B symmetrisch um eine Mittelachse 114 senkrecht zur Achse
115 ist, die die beiden Rotationsmittelpunkte 113A und 113B
verbindet. Auf diese Weise bringt jede Drehung 116A einer der
beiden Kurbeln eine symmetrische Drehung 116B auf die andere
Kurbel auf und determiniert auf diese Weise eine geradlinige
Bewegung des gemeinsamen Gelenkpunktes 111 entlang derselben
Achse 114. Folglich determiniert das Drehen einer Kurbel (107A
oder 107b) eine geradlinige Bewegung eines kleinen
Treibstangenendes (110A oder 110B) ohne ein geradliniges Reiben für
Führungszwecke, sondern nur mit Gelenkreibung (110 - 111), welches
leicht durch Antireibungstechniken reduziert werden kann, die
typisch für Lager sind (Rollen, Gleiten), welche jedoch nicht
immer (wegen Temperatur- und Schmierungsproblemen) auf die
geradlinig gleitenden Schuhelemente eines einzelnen kleinen
Treibstangenendes (zum Beispiel das Gleiten von Kolben in üblichen
Verbrennungsmotoren) übertragen werden können. Die wesentliche
Konfiguration von Fig. 1 könnte deshalb auf alle Fälle
angewendet werden, welche einen intermittierenden Schub immer senkrecht
zu der Oberfläche erfordern, auf welche er wirkt, zum Beispiel
um die einzelnen durch Federn zurückgeführten Auslaßventile von
Verbrennungsmotoren abzusenken und so die Notwendigkeit zu
vermeiden, die Führungsauflager für das Gleiten der Ventilschäfte
schmieren zu müssen. Diesbezüglich sind sie bei dem Verfahren
der Erfindung nicht irgendeinem Querschub oder einem Schub
ausgesetzt, der durch das Reiben ihrer "umgekehrten Schalen" gegen
die Nockenkonturen im Fall einer Direktwirkung (obenliegende
Nocken) oder einem Schub, der durch die bogenförmige Bahn eines
Kipphebels geschaffen wird, wenn die Stößel der traditionellen
Auslaßventile indirekt betätigt werden. Wenn mehr als ein
Ventilstößel gleichzeitig geschoben werden soll, dann könnte die
erforderliche Kraft vorteilhafterweise durch ein Querelement
erreicht werden, die durch ein Paar der doppeltwirkenden
Treibstangen-Kurbel-Baueinheiten von Fig. 1 senkrecht zu sich selbst
angetrieben werden. Ein solches doppeltes Paar gibt dem
Querelement ein Querreaktionsvermögen (als ob geradlinige
Gleitführungen vorgesehen wären), was aus der Anwendung dieses Konzepts
auf Kolben bei einem System mit variablem Kammervolumen,
typischerweise einer Pumpe oder einem Verbrennungsmotor, wie in Fig.
2 gezeigt, stärker offenkundig wird. Die Wellen 2, 3, 4, 5 von
Kurbeln, die entsprechende Zapfen 6, 7, 8, 9 tragen, sind an
Rahmen 1 gelagert. Die großen Enden entsprechender Treibstangen
10, 11, 12, 13 sind an diesen Kurbelzapfen gelenkig gelagert.
Die kleinen Enden der Treibstangen 10 und 11 und der
Treibstangen 12 und 13 sind gelenkig an gemeinsamen Wellen 14
beziehungsweise 15 gelagert, das an einem Querelement 16 befestigt ist.
Ein oder mehrere Kolben 17, 18, 19, 20 können an diesem
Querelement vorhanden sein, um innerhalb von zugeordneten Hohlräumen
oder zylindrischen Kammern 21, 22, 23, 24 zu arbeiten. Im Deckel
dieser Kammern gibt es gewöhnlich Einlaß- und Auslaß- (oder
Abgas-) Ventile 25A-25B, 26A-26B, 27A-27B, 28A-28B, entweder in
automatischer federbelasteter Ausführung im Fall einer
Funktionsweise als Pumpe oder in betätigter Ausführung im Fall
einer Funktionsweise als Motor.
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An den Wellen 2, 3, 4, 5 der verschiedenen Kurbeln drehen sich
identische Zahnräder 29, 30, 31, 32, welche starr mit den
Kurbeln verbunden sind und gegenseitig in Eingriff stehen. Auf
diese Weise wird jede Drehung, die auf ein Zahnrad aufgebracht
(oder auf irgendeine starr mit dem Zahnrad verbundene Kurbel)
wird, in gleicher Weise auf alle anderen Zahnräder übertragen.
In derselben Weise schafft irgendeine geradlinige Bewegung von
Kolben 17 oder 18 oder 19 oder 20 eine gleiche geradlinige
Bewegung bei den anderen Kolben. Dies ist der Tatsache
zuzuschreiben, daß das Querelement 16, an welchen sie vorhanden sind, sich
immer parallel zu sich selbst bewegt, d.h. senkrecht zu einer
Linie 33, welche die beiden gemeinsamen Zapfen 14 und 15
verbindet. Diese beiden gemeinsamen Zapfen 14 und 15 bewegen sich
deshalb immer entlang einer geradlinigen Bahn und um gleiche
Beträge durch die Wirkung der Verbindung, die durch die
verschiedenen identischen Zahnräder 29, 30, 31, 32 zwischen den
verschiedenen Kurbeln 6, 7, 8, 9 bewirkt wird, welche die
Stellung der Zapfen 14 und 15 steuern, die den Treibstangen 10 - 11
beziehungsweise 12 - 13 gemeinsam sind. Die Querkomponenten der
Schübe, die auf diesen Treibstangen wirken, werden immer
gegenseitig zu Null gemacht, so daß die resultierenden Kräfte immer
und nur in einer Richtung 34 verlaufen, welche mit der Richtung
zusammenfällt, in der die Kolben gleiten. Irgendeine
hypothetische Querkraft, die auf das Querelement 16 wirkt, würde
keinerlei Modifikation bei der Bahn der Kolben schaffen, welche
folglich innerhalb ihrer zylindrischen Kammern mit einem Spiel Null
gleiten können, ohne, daß dazwischen notwendigerweise irgendein
Kontakt entsteht. Dieser hypothetische unausgeglichene Zustand
würde dadurch entstehen, daß man von der beschriebenen
Konfiguration die Treibstange 13, die Kurbel 9 und das Zahnrad 32
entfernt. Der unausgeglichene Zustand würde dann die Treibstangen
10 - 11 in gleichschenkliger Konfiguration umfassen, die mit
einer weiteren Treibstange 12 mit ihrer eigenen Kurbel
zusammenarbeitet, alle durch die Zahnräder 29, 30, 31 und das
Querelement 16 mit seinem gesonderten Zapfen 14 und 15 miteinander
verbunden. Dieser unausgeglichene Zustand ist die minimale
Herstellungsbedingung für ein Kolbensystem mit Eigenführung. Dieser
unausgeglichene Zustand ist offensichtlich weniger zu
bevorzugen, als die ausgeglichene Version, die in Fig. 2
veranschaulicht ist und zwei Treibstangenpaare umfaßt, ausgenommen, wenn
spezielle Sparerfordernisse bestehen. Fig. 3 zeigt eine Version
eines Systems, das zwei symmetrische Treibstangenpaare 35-36,
37-38 umfaßt, welche gelenkig an Zapfen 39 und 40 an einem
Querelement 41 angebracht sind, nicht nebeneinander, wie in Fig. 2,
sondern einander gegenüberliegend. Die Achsen 42 und 43 der
Zapfen 39 und 40 liegen voneinander um den Abstand entfernt, der
notwendig ist, um einen Reaktionsarm für irgendwelche Querkräfte
zu bilden, die an dem Querelement 41 vorhanden sind. Unter
Berücksichtigung der Schrägstellung, mit welcher diese
Treibstangen zur Symmetrieachse 44 arbeiten, bilden sie unterschiedliche
Winkel zueinander, weshalb nur ein Paar davon mit einer
Ausgangs- oder Eingangs-Treibwelle verbunden ist, wie
beispielsweise der Welle 45, die starr mit der Kurbel 46 verbunden ist.
Das andere Paar dreht sich ohne Belastung frei, einfach, um für
eine geometrische Führungsfunktion zu sorgen. Das
Treibstangenpaar 37 und 38 ist mit den entsprechenden großen Enden an
Kurbelzapfen 46 und 47 montiert. Jede Welle dieser Kurbeln ist
starr mit ihrem eigenen Zahnrad 48, 49 verbunden, welche
identisch sind und gegenseitig eingreifen. Das Treibstangenpaar 35
und 36 ist mit den entsprechenden großen Enden an Kurbelzapfen
50 und 51 montiert. Jede Welle dieser Kurbeln ist starr mit
seinem eigenen Zahnrad 52, 53 verbunden, welche identisch sind und
gegenseitig eingreifen. Auf diese Weise führen zwei
Treibstangenpaare das Querelement 41 entlang einer geradlinigen Bahn in
derselben Richtung, wie der der Symmetrieachse 44.
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Die Kraftabgabe, d.h. die Antriebswelle, kann die Welle von
irgendeiner der vier Kurbeln sein, wobei die anderen drei
deshalb durch jene eine angetrieben werden. Die Kolben 54, 55, 56,
57 sind an den beiden Enden des Querelements 41 so vorgesehen,
daß sie innerhalb entsprechender dazugehöriger Kammern 58, 59,
60, 61 gleiten, um alternierend darin enthaltene Flüssigkeiten
zu verdichten und auszudehnen. Die Version von Fig. 3 ist
außerordentlich gut für eine Verwendung als Verbrennungsmotor
geeignet. Diesbezüglich fluchten ihre Kolben 54-56 und 56-57 und
liegen gegenüber und sind vor allem innerhalb eines einzigen
Körpers ausgebildet, der das tatsächliche Querelement 41
einschließt. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Kammer 59 das
Ansaugen abgeschlossen hat, die Kammer 58 das Ausstoßen der
verbrannten Gase einer vorhergehenden Stufe abgeschlossen hat, die
Kammer 60 die Arbeitsexpansion als Folge der Explosion
abgeschlossen hat und die Kammer 61 die Verdichtung abgeschlossen
hat, die der nächsten Explosion vorausgeht. Jede Kammer 58, 59,
60, 61 implementiert deshalb alle notwendigen vier Stufen in
einer Reihenfolge, die um eine Stufe gegenüber der einer anderen
Kammer versetzt ist. Dies bietet den ungeheuren Vorteil, daß die
Antriebswelle, zum Beispiel die Welle 45, nur die nützliche
Kraft empfängt, die sich aus dem Subtrahieren der anderen
passiven Kräfte ergibt. Im Gegensatz dazu ist bei traditionellen
Mehrzylindermotoren die Antriebswelle der gesamten
Explosionskraft jedes einzelnen Zylinders ausgesetzt, welche dann durch
jene Welle über andere Kurbelstangenbaugruppen benutzt wird, um
die passiven Stadien, d.h. Ansaugen, Verdichtung und Ausstoß, in
den anderen Zylindern zu bewerkstelligen. Traditionelle
Maschinen haben deshalb eine Antriebswelle, welche, um ein sehr
kleines Abgabe-Drehmoment zu übertragen, für ein sehr großes
Drehmoment
dimensioniert sein muß. Zusätzlich muß, um dies zu
erreichen, die beträchtliche Reibungsenergie abgeführt werden, die
mit der Bewegung üblicher Treibstangen-Kurbel-Baueinheiten
verbunden ist, die mit einem üblichen gleitenden Führungskolben
versehen sind. Die Treibstangen 35, 36, 37, 38 arbeiten
vorteilhafterweise verschieden von traditionellen Maschinen, in dem
Sinn, daß es erforderlich ist, daß sie die Explosionskraft
abzüglich der Kraft übertragen, die erforderlich ist, um die
passiven Stufen in den anderen Zylindern zu bewerkstelligen, wobei
die übertragene Kraft nur ein Viertel der Gesamtkraft ausmacht,
welche unter vier Treibstangen aufgeteilt wird. Dies führt zu
viel leichteren, wirtschaftlicheren und leistungsfähigeren
Maschinen. Sie sind leistungsfähiger, weil sie weniger Reibung
ausgesetzt sind und weil das Fehlen des Reibens zwischen den
Kolben und den Kammern bedeutet, daß die Maschine bei viel
höheren Temperaturen betrieben werden kann, wobei allgemein bekannt
ist, daß dies den Gütegrad des thermodynamischen Kreisprozesses
erhöht. Das Fehlen eines Kolbenreibens bedeutet, daß keine
Schmierung erforderlich ist, mit den verständlichen
wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen, sowohl wegen des Beseitigens
einer Öldispersion in die Luft, als auch wegen der Beseitigung
einer Ölalterung, die durch brennbare Kohlenwasserstoffe und die
Verbrennungs-Restprodukte verursacht wird. Es ist lediglich Öl
für die Schmierung der Kurbeln, der Zahnräder und der Zapfen
erforderlich, wobei das Öl dann in einem geschlossenen Kreislauf
arbeitet und niemals in die Explosionskammern eintritt, wodurch
das Öl deshalb weder verbraucht wird, noch einer Alterung
ausgesetzt ist. Die folgende Arbeitsfolge der verschiedenen Kolben
ist angenommen worden: 59 Ansaugen, 58 Ausstoß, 60 Expansion, 61
Verdichtung. Diese Reihenfolge ist lediglich als Beispiel
insofern angenommen worden, als eine symmetrische Folge mit
gleichzeitiger Explosion in den beiden Kammern 59 und 60 und so weiter
für die anderen Stadien als gültiger angesehen werden könnte,
wobei die resultierenden Kräfte durch die Symmetrieachse
hindurchgehen und deshalb an dem Querelement 41 keine Kräftepaare
schaffen, welche die Zapfen 39 und 40 in Querrichtung
beanspruchen. Bei dieser doppelten Funktion symmetrisch um die Achse 44
gibt es deshalb nicht nur eine besser ausgewuchtete Maschine
(unterstützt durch die symmetrische Neigung von
Treibstangenpaaren im Vergleich zu der einzelnen Treibstange, die für
traditionelle Maschinen typisch ist), sondern auch eine leichtere
Maschine, da sie nicht durch nicht nutzbare Kräfte beansprucht
wird. Die in den verschiedenen Kammern vorhandenen Ventile
werden in Fig. 3 oder in den anderen Figuren nicht gezeigt. Dies
deshalb, weil sie von bekannter Technik sind und weil die
verschiedenen verwendeten Systeme für unterschiedliche Funktionen
benutzt werden können, die Ventile eines speziellen Typs
erfordern. In Fig. 3 werden, ebenso, wie in Fig. 5 und 6, die Kolben
als volle Zylinder gezeigt, mit denen das Querelement
verschweißt ist. Dies bedeutet, daß dünnwandige und folglich sehr
leichte Rohre verwendet werden können. Das Querelement kann als
verrippte Platte gebaut und deshalb sehr leicht sein, so daß es
unter Berücksichtigung der geringen Größe der Treibstangen
offensichtlich ist, daß der sich hin- und herbewegende Teil dieses
Systems eine kleinere Trägheit als traditionelle Maschinen hat,
welche durch solche größeren Treibstangen, massivere Kolben und
eine große Anzahl dickerer und längerer Stahl-Kolbenbolzen
schwer gemacht werden. Die Kolben des Systems der vorliegenden
Erfindung haben die folgenden Vorteile: sie reiben nicht gegen
ihre Kammer, sie arbeiten theoretisch mit einem Spiel Null; sie
unterliegen nicht dem Gegenschlagen, das bei traditionellen
Kurbelstangenmechanismen durch die geneigten Umkehrbewegungen
der Treibstangen und der sich davon ableitenden Kräfte
geschaffen wird. Dies bedeutet, daß das System der Erfindung Kolben
verwenden kann, die für das Pumpen von Flüssigkeiten selbst bei
sehr hohen Temperaturen geeignet sind, ohne, daß man irgendeinen
Typ einer Dichtung verwenden muß. Sie kann Kolben für das Pumpen
korrosiver Flüssigkeiten, für das Pumpen von Flüssigkeiten für
die Verwendung bei Lebensmitteln umfassen oder generell für
Pumpen verwendet werden, welche nicht durch Schnmiermittel
verunreinigt werden dürfen. Sie kann auch Kolben umfassen, die aus
verhältnismäßig zerbrechlichem Material hergestellt sind, das
leicht und gegen sehr hohe Temperaturen beständig ist (wie
beispielsweise aus einem Keramikwerkstoff), da sie keiner
Stoßoder
reibenden Beanspruchung unterworfen sind.
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Fig. 5 zeigt eine Version entsprechend der Erfindung, die nicht
nur für eine generische Verwendung als Verbrennungsmotor,
sondern auch für eine Verwendung geeignet ist, bei welcher die
übliche Stufenfolge, der die Kolben folgen, variiert werden
kann. Diesbezüglich liegen im Gegensatz zu der Version von Fig.
3 die Achsen der Kolben 61 - 63 und 62 - 64 sehr dicht
beieinander, so daß sie sehr kleine Wirkungsarme um die Symmetrieachse
65 haben, um nur sehr kleine Quermomente an ihrem sie tragenden
Querelement 66A - 66B für einen gleichen Schub an jedem
Kolbenkopf zu schaffen. Zusätzlich ist das Querelement implizit sehr
lang und hat deshalb sehr große Reaktionsarme, was zu kleinen
Unwuchtkräften führt, die auf die Bolzen 67 und 68 aufgebracht
werden, welche die notwendigen Treibstangenpaare 69-70, 71-72
tragen. Diese Treibstangen arbeiten auch mit den Kurbelzapfen
73, 74, 75, 76, die starr verbunden mit identischen gegenseitig
in Eingriff stehenden Zahnrädern 77, 78, 79, 80 sind, zusammen,
welche sich in der Richtung drehen, die durch die Pfeile f
angegeben ist. Um eine Kontinuität beim gegenseitigen Eingreifen in
den angegebenen Drehrichtungen zu erreichen, arbeiten sie über
zwei dazwischenliegende leerlaufende Zahnräder 81 und 82. Alle
Zahnräder 77, 78, 81, 82, 79, 80 können in dieser Ebene
außerhalb der baulichen Umrisse der Verbrennungskammern und Kurbeln
arbeiten, wobei diese letzteren an ihren Zahnrädern durch Wellen
beliebiger Länge befestigt sein können. Fig. 6 zeigt eine
weitere Konfiguration des Systems, das zwei Treibstangenpaare (zwei
und zwei miteinander gekoppelt) 83 - 84 und 85 - 86 hat, die
übereinander angeordnet sind (bezogen auf die Zeichnung). Deren
Kurbelzapfen 87, 88, 89 und 90 sind starr verbunden mit
Zahnrädern, welche paarweise in Eingriff stehen, d.h. 91 mit 92 und 93
mit 94. Das Zahnrad 91 steht auch in Eingriff mit dem Zahnrad 93
über ein leerlaufendes Zahnrad 95, und das Zahnrad 92 steht mit
dem Zahnrad 94 über ein leerlaufendes Zahnrad 96 in Eingriff.
Dadurch wird die bei den anderen Versionen veranschaulichte
Symmetrie erreicht, die notwendig ist, um zu verursachen, daß
sich das Querelement 97 in der Richtung 98 bewegt, während es
immer senkrecht zu dieser Richtung bleibt. Dieses Querelement
kann folglich eine gleiche Bewegungsbahn bei seinen
gegenüberliegenden Endkolben 99, 100, 101 und 102 bewirken, welche in
ihren eigenen dazugehörigen Kammern 103, 104, 105, 106 gleiten,
um die gewünschte Volumen-Variabilität darin zu erreichen.