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Verbrennungsmotor, insbesondere Ausbildung des zwischen Kolben und
Motorwelle angeordneten Triebwerkes Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor,
insbesondere auf die Ausbildung des zwischen Kolben und Motorwelle angeordneten
Triebwerkes, wobei die Kolbenbewegung mit Hilfe einerFreilaufkupplung in eine rotierendeBewegung
umgewandelt wird.
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Die bisher ausschließlich verwendeten Verbrennungsmotoren mit Kurbelantrieb,
insbesondere zur Verwendung als Fahrzeugmotoren, sind normalerweise mit einem von
Hand zu betätigenden Zahnradwechselgetriebe unter Zwischenschaltung einer lösbaren
Kupplung verbunden, wobei die Bedienung des Getriebes eine meist unerwünschte Belastung
für den Fahrer bedeutet und hierbei außerdem noch auf Grund der stufenweisen Schaltung
das jeweils günstigste Verhältnis nur sehr unvollkommen erreicht wird.
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Es sind in neuerer Zeit viele Vorschläge bekannt und z. T. auch verwirklicht
worden, die die Beseitigung dieses Nachteiles der bekannten Schaltgetriebe dadurch
zu erreichen versuchen, daß der Schaltvorgang automatisch vor sich geht. Die allgemeine
Einführung einer derartigen Anordnung scheiterte jedoch an dem übermäßig großen
Bauaufwand. Eine Verbesserung in anderer Richtung stellen die Flüssigkeitsgetriebe
mit stufenloser und automatischer Drehmomentenwandlung dar, die aber bekanntlich
einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen und ebenfalls mit hohen Herstellungs-und
Betriebskosten verbunden sind.
Die Erfindung umgeht die Mängel der
bisherigen Schaltgetriebe dadurch, daß das bisher übliche Kurbeltriebwerk, das zwischen
Kolben und Motorwelle angeordnet ist, verlassen wird. Es ist zwar schon bekannt
geworden, zwischen dem Motorkolben bzw. der Kolbenstange und der -Motorwelle ein
mittels Freilaufkupplung wirkendes Triebwerk anzuordnen; dies konnte sich aber in
der Praxis bisher nicht durchsetzen, da der Aufbau zu kompliziert ist und ein betriebssicheres
Arbeiten einer damit ausgerüsteten Anlage nicht erreicht werden konnte. Diese Anordnung
ist ferner nur für ortsfeste -Motoren geeignet, da man ohne Anwendung eines ziemlich
großen Schwungrades keinen sicheren Betrieb, insbesondere bei schnell laufenden
Motoren, erreichen kann.
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Dagegen wird durch die erfindungsgemäße Anordnung eine stufenlose
und gegebenenfalls automatische L`bersetzungsregelung mit einfachen Mitteln und
bei gutem Wirkungsgrad erzielt. Außerdem kann ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Motor mit ungesteuerter Verdichtungszündung arbeiten, da der Zündzeitpunkt im Gegensatz
zum Kurbelmotor unabhängig von der Kolbenstellung ist. Damit kann die elektrische
Zündanlage bei Ottomotoren bzw. die Einspritzanlage bei Dieselmotoren, die die Motoranlage
bekanntlich sehr verteuern, entfallen. Von den geringeren Herstellungs-und Betriebskosten
abgesehen, wird dadurch eine noch wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht,
da die verwendeten, verhältnismäßig einfachen Aggregate kaum zu Störungen Anlaß
geben.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung
des Kolbens in die drehende Bewegung der Motorwelle mittels eines Schwinghebels,
der über Freilaufkupplungen mittel- oder unmittelbar mit der Motorwelle verbunden
ist, indem er entweder mit zwei Kolben bzw. Kolbenstangen oder mit einem Kolben
bzw. einer Kolbenstange und einem elastischen Element in form- oder kraftschlüssiger
Verbindung steht.
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In besonderer Ausbildung der Erfindung wird ein zweiarmiger Schwinghebel
verwendet, wobei der eine mit einem Kolben bzw. einer Kolbenstange und der andere
Arm entweder ebenfalls mit einem Kolben bzw. einer Kolbenstange oder mit einem elastischen
Element verbunden ist.
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In dem einen 'Fall sind zwei Zylinder oder Zylindergruppen vorhanden,
die an gemeinsamen Schwinghebeln angreifen und zwar derart, daß der Krafthub jeweils
eines Kolbens mit dem Verdichtungshub des gegenüberliegenden Kolbens zusammenfällt
und umgekehrt. Bei einer zweizylindrischen Motorausbildung sind hierbei zwei Freilaufkupplungen
notwendig, die sich entgegengesetzt drehen und abwechselnd die Motorwelle in gleichem
Drehsinn antreiben. Im anderen Falle ist lediglich ein Zylinder bzw. eine Zylindergruppe
vorgesehen, während die Verdichtungsarbeit von einer jeweils einem Kolben gegenüberliegenden
Feder geleistet wird, die über den Schwinghebel mit dem Kolben in \'erhindting steht.
Hierbei ist pro Zylinderfedereinheit eine Freilaufkupplung erforderlich. Bei die-
| ser Ausführung kann auch ohne Jeglichen lfecha- |
| nismus eine gewisse Anpassung der Leistung an die |
| beschriebenen Fahrgeschwindigkeiten erreicht wer- |
| den. Bei abnehmender C@csch@@-indigkeit nimmt auch |
| der Hub infolge der geringeren kinetischen Energie |
| der schwingenden -lasse ab. Da eiie Zeit für den |
| Verdichtungshub nur von der Hublänge abhängt |
| und auch die Zeit für den Arbeitshub nicht ver- |
| hältnisgleich mit der Fahrgeschwindigkeit ab- |
| nimmt, ergibt sich auch bei kleinerer Geschwindig- |
| keit eine verhältnismäßig große Motorleistung. |
| Es liegt durchaus noch im Rahmen der Erfindung, |
| die beiden Ausführungsarten, sollte ein praktisches |
| Bedürfnis hierfür vorliegen. auf geeignete Weise |
| zu kombinieren. |
| In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die |
| beweglichen Teile so ausgebildet und angeordnet. |
| daß während der Bewegung ein Ausgleich der mit |
| dem einen Arm verbundenen schNvingenden -lassen |
| mit dem des anderen Armes entsteht. so daß beson- |
| dere Ausgleichsmassen, wie (lies beim Kurbeltrieb |
| der Fall ist, nicht erforderlich sind. |
| Bei der Ausführungsforen, bei der die Verdich- |
| tungsarbeit durch eine Feder geleistet wird, ist es |
| in besonderer Ausbildung der Erfindung zweck- |
| mäßig, die Verbindung des elastischen Elementes, |
| z. B. einer Schraubenfeder, mit dem einen :1rm des |
| Schwinghebels unter Zwischenschaltung einer |
| Kurvenbahn durchzuführen, die es erlaubt, die Be- |
| @vegung der Feder in Abhängigkeit von dem |
| Kolbenhub im Sinne der günstigsten Motorleistung |
| zu steuern. |
| Gemäß einer anderen Ausführungsforen ist noch |
| vorgesehen, daß -zwischen (lein Kolben hzw. der |
| Kolbenstange und dein Schwinghebel ein elastisches |
| Element, z. B. eine Schraubenfeder, angeordnet ist, |
| so daß der Motor auch bei stillstehendem Fahrzeug |
| laufen kann, ohne daß eine besondere Kupplung |
| notwendig ist. |
| Eine andere Ausführungsform des neuartigen |
| Triebwerkes sieht eine geteilte Ausführung des |
| Schwinghebels vor, derart, daß an dessen freiem |
| Ende ein weiterer Hebel angelenkt ist, der einer- |
| seits mit dem Kolben bzw. der Kolbenstange ver- |
| bunden ist und andererseits nnit dein Schwinghebel. |
| gegebenenfalls lediglich innerhalb bestimmter Be- |
| wegungsbereiche, kuppelbar ist, wodurch ebenfalls |
| eine besondere Kupplung zwischen Motor und |
| Fahrzeugachse entfallen kann, da je nach Stellung |
| bzw. Kupplung dieses zusätzlichen Hebels mit dem |
| eigentlichen Schwinghebel entweder Motorleerlauf |
| oder Einkupplung bzw. die entsprechenden Zwi- |
| schenstellungen eingestellt werden können. |
| Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung noch |
| auf die besondere Ausbildung der zwischen dem |
| Motor und der Abtriebswelle eingeschalteten Frei- |
| laufkupplung, die aus \\'elle und Ringmantel be- |
| steht, wobei auf dem Umfang der Welle mit dein |
| Ringmantel lediglich in einer Drehrichtung zu- |
| sammenwirkende Klemmstücke angeordnet sind. |
| Erfindungsgemäß bestehen die Klemmstücke aus |
| schwenkbar gelagerten mehrteiligen Gliedern. |
| In weiterer Ausbildung der l?rtindung sind die |
Klemmstücke der neuartigen Freilaufkupplung durch eine gemeinsame
Feder belastet, wobei die Feder so wirkt, claß die Klemmstücke in Freilaufstellung
der Kupplung belastet werden.
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Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Klemmen infolge Herstellungsungenauigkeiten
oder übermäßigen Verunreinigungen in öl o. dgl. nicht mehr auftreten. Im ausgerückten
Zustand werden sämtliche Klemmstücke in radialer Richtung nach innen gezogen, so
daß sie gegenüber der äußeren Reibfläche einen Abstand aufweisen, der einerseits
in der Freilaufstellung eine reibungslose Umdrehung des äußeren Ringmantels erlaubt
und andererseits beim L`l>ergang in die Klemmstellung die Klemmstücke augenblicklich
mitgenommen werden.
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Ferner ist es zweckmäßig, die Bewegungsmöglichkeit der Klemmstücke
in einer der Klemmwirkung entgegengesetzten Richtung durch Anschläge zu begrenzen,
was gemäß Erfindung durch eine besondere Ausbildung der Welle erfolgt, wodurch diese
unmittelbar als Anschläge für die einzelnen Klemmstücke bzw. für die mit diesen
verbundenen Übertragungsglieder, @vie Stößel, dient.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist noch vorgesehen, die Kupplung
außer der automatischen Einschaltung bei Wechsel der Umlaufrichtung beliebig von
außen, beispielsweise von Hand oder motorisch, einzuschalten, was durch eine entsprechende
Beeinflussung der Übertragungsglieder, beispielsweise der Stößel, erfolgt.
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Die ausgezeichnete `'Wirkung der neuartigen Freilaufkupplung wird
noch in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erhöht, daß die Reibungsflächen
an dem äußeren Ringmantel und bzw. oder an den Klemmstücken unterteilt wird, derart,
daß beispielsweise Rillen in radialer Richtung oder zur Radialen geneigt angebracht
werden.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i einen Querschnitt durch einen zweizylindrischen erfindungsgemäßen
Motor, Fig.2 einen Längsschnitt durch den Motor gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt
durch einen einzylindrischen @1otor gemäß Erfindung, dessen Verdichtungsarbeit über
eine Feder geleistet wird, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer besonderen
Ausbildung des neuartigen Triebwerkes, Fig. 5 ebenfalls eine besondere Ausbildung
des neuartigen Triebwerkes in schematischer Darstellungsweise.
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Fig.6 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufkupplung,
bei der gleichzeitig eine Einrichtung zur Handbetätigung angebracht ist.
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Fig.7 einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 6 und Fig.8
eine Draufsicht auf einen Teil der Reibfläche in dem Ringmantel der Kupplung.
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Das neuartige Triebwerk kann so aufgebaut sein, elaß lediglich ein
einarmiger Schwinghebel zwischen einem DIotorzylinder und der mit der Abtriebswelle
verbundenen Freilaufkupplung angeordnet ist. Zur Kraftspeicherung, die dazu dient,
den Motorkolben nach dem Arbeitshub wieder in seine Ausgangsstellung zurückzubringen,
kann ein elastisches Element, z. 13. eine Schraubenfeder, dienen, gleichseitig mit
dem Motorzvlinder oder auf der entgegengesetzten Seite bezüglich des Schwinghebels.
wobei der .lngriffspunkt des elastischen Elementes entweder mit dem Angriffspunkt
der Kolbenstange an dem Schwinghebel zusammenfällt oder einen größeren oder kleineren
Abstand von der Kupplungsachse aufweist.
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Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird dagegen
ausnahmslos ein zweiarmiger Schwinghebel verwendet.
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Die beiden parallel nebeneinanderliegenden Zylinder i und 2 enthalten
die Kolben 3 und 4, deren Kolbenstangen 5 und 6 an einem gemeinsamen Schwinghebel?
angreifen. Die Anlenkpunkte 8 und 9 der Kolbenstangen 5 und 6 an dem Schwinghebel
7 sind radial verschiebbar angeordnet, wobei der Antrieb durch eine mit Links-Rechts-Gewinde
versehene Spindel io erfolgt, die über einen Schneckentrieb i i durch eine weitere,
in der Schwinghebelachse gelagerte Spindel 12 erfolgt. Durch diese Anordnung ist
es möglich, den Kolbenhub der Kolben 3 und .4 gegebenenfalls während des Betriebes
stufenlos zu verändern. Auf der Achse des Schwinghebels 7 sitzen etwa symmetrisch
zur Zylinderachse und frei drehbar die beiden Trommeln 13 und 14, die einerseits
durch an sich bekannte Freilaufkupplungen 15 mit der Schwinghebelachse in jeweils
einer Drehrichtung kuppelbar sind und andererseits über eine Kegelradverzahnung
16 miteinander gekuppelt sind. Die Trommel 14 steht über eine ein-und ausrückbare
Kupplung 17 beispielsweise mit der Fahrzeugachse bzw. mit einem Fahrzeuggetriebe
in Verbindung.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Motors ist folgende: Durch das
Herunterdrücken eines zweiarmigen Starthebels i8 wird der Schwinghebel 7 entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn geschwenkt und der Kolben 4 nach oben geschoben, wodurch das Gasgemisch
im Zylinder 2 bis zur Zündwirkung zusammengepreßt wird. Der Starthebel 18, bei dem
die beiden Arme durch eine Klauenkupplung miteinander verbunden sind, gibt nach
einem bestimmten Drehmoment den Schwinghebel ? wieder frei, so daß nach Zündung
des Gemisches im Zylinder 2 der Lauf des Motors beginnt, indem beim Äbwärtsbewegen
des Kolbens 4 der Kolben 3 nach oben geschoben und das Gasgemisch im Zylinder i
zusammengepreßt und gezündet wird, worauf sich das beschriebene Spiel wiederholt.
Der Schwingliel>el bewegt sich hierbei hin und her und überträgt jede Schwingbewegung
über die Freilaufkupplung 1.3 in treibendem Sinne auf die Trommeln 13 und 14, deren
Bewegung über die Kupplung 17 abgenommen werden kann.
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Die Einstellung des Motors kann selbsttätig durch einen von schwingenden
Massen beeinflußten, auf eine, bestimmte Frequenz eingestellten Regler erfolgen.
Wird diese Frequenz überschritten, dann schaltet der Regler den Verstellmotor i9
ein, der
die Verstellspindel 12 und l0 dreht, so daß die Anlenkpunkte
8 und 9 der Kolbenstange entweder nach innen oder außen verschoben werden und die
entsprechende Übersetzung eingestellt wird. Selbstverständlich kann die Übersetzungsregelung
auch von Hand erfolgen, indem die Spindel 12 beispielsweise durch eine Handkurbel
oder ein Handrad angetrieben wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 handelt es sich um
eine einzylindrische Alotorausb» ldung, wobei der in dem Zylinder 2' befindliche
Kolben .l' über die Kolbenstange 6' mit einem Schwinghebel 7' verbunden ist. Der
eine Arm 20 des Schwinghebels 7' ist als hurvetistück oder Nokken ausgebildet, der
über den mit einer Rolle 21 versehenen Stößel 22 mit einer aus zwei Federn 23 und
24 bestehenden Federanordnung zusammenwirkt, die in dem Zylinder 1' sitzt. Die Kurvenhalin
bzw, die Nock:nform ist so ausgebildet, daß sie entsprechend der Richtung der Kolbenabwärts-1>fwegung
zunächst einen steileren Bereich 25 enthält, der in einen flacheren Bereich 26 übergeht,
wodurch in Verbindung mit der Wahl der Abmessungen beider Federn 23 und 24 eine
der günstigsten Motorleistung angepaßte Federkraft bezüglich der Kolbenstellung
erreicht wird. Die Schwingliebelachse wirkt in diesem Falle lediglich über eine
Freilaufkupplung auf eine Trommel hzw. Riemenscheibe.
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Die Wirkungsweise ist im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen Beispiel
so, daß die Verdichtungsarbeit des Kolbens 4' durch die 'Federanordnung 23, 24 geleistet
wird, während ein Teil der Arbeitsleistung des Kolbens 4' in der beschriebenen Federanordnung
aufgespeichert wird, um anschließend die Verdichtungsarbeit leisten zu können.
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Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform ist noch in Fig.4 dargestellt,
wobei der Schwingliebel 7 geteilt ist und an dem freien Ende des einen .-'Armes
ein weiterer vorzugsweise zweiarmiger Hebel 28 angelenkt ist, der mit seinem einen
Ende 29 mit der Kolbenstange 6 des Kolbens 4 gekuppelt ist. Das andere Ende
30 kann fest oder nachgiebig oder auch lediglich in gewissen Bewegungsbereichen
des Schwenkhebels 7 mit diesem gekuppelt werden.
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Bei Entkuppeln des Hebels 28 von dem Hebel 7 arbeitet der Kolben 4
im Leerlauf, und der Schwingliebel verharrt, beispielsweise durch die Federanordnung
23, 24 belastet, in Ruhestellung. Bei starrer Verbindung des Hebels 28 mit dem Schwinghebel
7 liegen die Verhältnisse, wie sie bei den bisherigen Beispielen beschrieben sind,
vor. Zwischen diesen beiden beschriebenen Extremstellungen sind sämtliche Zwischenstellungen
gegebenenfalls stufenlos einstellbar, so daß diese Anordnung die bisher übliche
Fahrzeugkupplung ersetzen kann.
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In Fig. 5 ist noch eine andere Form des Triebwerkes dargestellt, und
zwar ist hierbei zwischen der Kolbenstange 6 und dem einarmigen Schwinghebel 7,
der an dem anderen Ende, wie in den bisherigen Ausführungsbeispielen, durch eine
Feder 23 abgestützt ist, noch ein federndes Element in Form
| der Schraubenfeder 6' eiiigesclialtet. 1lierdurch wird |
| die @'läglichkeit geschahen, deal Motor auch bei |
| stillstehendem Fahrzeug laufen zu lassen, ohne daß |
| eine. besondere Kupplung, wie das bisher der Fall |
| war, notwendig ist. Je nach der Charakteristik die- |
| ser Zwischenfeder 6', die gegebenenfalls veränder- |
| har ausgebildet ist, und der Abstimmung der beiden |
| Federn aufeinander können auch alle Zwischen- |
| stellungen erreicht «erden, so daß man durch ein |
| verhältnismäßig einfaches Mittel eine stufenlos ein- |
| stellbare Kupplung bzNv. ein stufenloses Getriebe |
| zur Verfügung hat. |
| Die Hauptteile gemäß den Fig. 6 und 7 der Kupp- |
| lung sind der äußere IZinginantel 31, der beispiels- |
| weise mit dem Antrieb. Beisl» elsweise mit der |
| Riemenscheibe 32 verbunden ist, die Welle 33, die |
| mit dem Antrieb verbunden ist, und die Klemm- |
| stücke 34, die einerseits mit der Reibfläche 35 in |
| dem Ringmantel zusammenwirken und gegenüber |
| der Welle durch schwenkbar gelagerte Stöße136 |
| abgestützt sind. |
| Die. Klemmstücke 34, die keilförmig ausgebildet |
| sind, wie insbesondere in dem Längsschnitt gemäß |
| Fig. 7 zu sehen ist, schließen in ihrem olleren Be- |
| reich mit dem Ritigniantel 31 einen Hohlrauen ein, |
| durch den eine sämtliche hleninistücke 34 uni- |
| fassende Zugfeder 37 geführt ist. Die Stößel 36, die |
| mit Kugelköpfen versehen sind, sind so in der |
| Welle 33 gelagert, daß die Zugfeder ein Moment |
| entgegengesetzt der Klemmwirkung auf diese aus- |
| übt, so daß sie gegen die durch die Welle 33 un- |
| mittelbar gebildeten Anschläge 38 angedrückt wer- |
| den. Hierdurch werden die Kleinmstiicke 34 gerade |
| so weit von der Reibfläche 35 entfernt, -daß bei |
| Drehung der Welle in Pfeilrichtung 39 der Ring- |
| mantel 31 und damit die Riemenscheibe 32 nicht |
| mitgenommen wird. Bewegt sich dagegen die Welle |
| entgegengesetzt der Pfeilrichtung 39. so tritt eine |
| Haftwirkung zwischen den Kleninistiicken und der |
| Ringfläche ein, die durch die exzentrisch gelager- |
| ten, schwenkbaren Stößel so verstärkt wird, daß |
| eine vollständige Sperrung zwischen Welle und |
| Ringmantel eintritt und bei dieser Bewegungsrich- |
| tung die abgetriebene Welle bz\v. die Riemenscheibe |
| mitgenommen wird. Uni diese Wirkung noch zu |
| unterstützen bzw. um volle L>etriebssicherheit zu |
| erreichen, wird die Reibfläche 5, gegebenenfalls auch |
| die der Klemmstücke 3.1, unterteilt, d. h. beispiels- |
| weise mit radial verlaufenden Rillen 4o versehen, |
| wie aus Fig. 8 zu entnehmen ist. Die beschriebenen |
| Rillen sorgen für einen guten Ölabfluß und damit |
| für eine gleichmäßige Verteilung des Ölfilmes zwi- |
| schen den Reibflächen, (h-i- sich dadurch <lem je- |
| weiligen Anpreßdruck entsprechend einstellen kann. |
| Ferner ist an der beschriebenen erfindungs- |
| gemäßen Freilaufkupplung noch eine von Hand zu |
| betätigende Einrichtung angebracht. um die Kupp- |
| lung in jedem Betriebszustand von außen einzu- |
| schalten. Hierzu ist die Welle 33 110111 ausgebildet |
| und in der Bohrung ein Kontis 41 gelagert, der ver- |
| mittels eine Bowdenzuges 42 0. dgl. längs verschieb- |
| ]ich ist. Der Konus wirkt entweder unmittelbar auf |
| die Kugelköpfe der Stößel 36 hzw. unter Zwischen- |
sclialtwtg v()tt
('
In- rtraguiigselemetiteit, wie
der liulil@luitg 43, die 1>ci \Verschiebung des Konus 41 radial nach außen getrieben
werden und die Klemmstücke durch Vermittlung der Stößel 36 gegen die Reibfläche
35 pressen.