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3-Zylinder-Motor mit gegenläufigen und je 'Gleichlaufsystem im starren
Dreieck verbundenen Kolben Es ist bekannt, wie man bei Kolbenmotoren durch Verwendung
zweier nebeneinanderliegender Zylinder je mit zwei Gegenlaufkolben durch feste Verbindung
der gleichläufigen - und entgegengesetzt liegenden Kolben den Vorteil des Trägheitskräfteausgleichs
und der Gruppenanordnung vereinigen kann. Die gleichläufigen Kolben werden hierbei
durch schräg zur Zylinderachse liegende Stangen verbunden. Diese Anordnung bedingt
aber nicht nur Kippmomente auf die Welle, sondern vor allem durch die schrägen Verbindungsstangen
je der beiden gleichläufigen Kolben seitlichen Kolbenandruck und damit erhöhte Kolbenreibung.
Eine diese Nachteile vermeidende symmetrische Anordnung mit drei nebeneinanderliegenden
Zylindern mit drei Paaren Gegenlaufkolben und einer Welle mit drei Kurbelwellenkröpfungen
ist ebenfalls bekannt. Die eine Gruppe gleichläufiger Kolben arbeitet auf die Kurbelkröpfung
in der Wellenmitte, die andere Kolbengruppe auf zwei beiderseits symmetrisch folgende
Kurbelkröpfungen. Die Verbindung je der drei gleichläufigen Kolben wird hierbei
mittels Kolbenstangen, Traversen und Umführungsstangen hergestellt. Diese Verbindungsweise
und Anordnung mit den Traversen ist nicht nur im allgemeinen räumlich etwas lang,
sondern
vor allem sehr nachteilig wegen der starken Biegungsbeanspruchung
der Traversen und der Beanspruchungen der langen Umführungsstangen. Entweder führt
dies zu Überbeanspruchungen dieser Teile und Gefährdung ihrer Festigkeit oder zu
sehr gewichtsschweren Bauteilen. - Dies ist bei dieser bisher bekannten Anordnung
unvermeidbar und 'wiegt die anderen Vorteile auf.
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Es muß deshalb eine Gewicht sparende und doch betriebssichere und
vorteilhafte Anordnung angestrebt werden, die .dann auch die Verwendung bei leichteren
Fahrzeugen zuläßt.
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Nach dem Erfindungsgedanken werden die drei gleichläufigen Kolben
j e einer Kolbengruppe - statt durch biegungsbeanspruchte Traversen und lange Umführungsstangen
in der Zylinderaxialebene -beiderseits der Zylinderanordnung durch "starre Dreiecke,
die an kurzen Jochen angreifen, direkt verbunden. Ein solches Dreieck wird z. B.
dadurch gebildet, daß zwei schräg und symmetrisch liegende Verbindungsstangen, die
die gleichläufigen Kolben der äußeren Zylinder und den zugehörigen Kolben des mittleren
Zylinders direkt verbinden, durch nur auf . Zug oder Druck beanspruchte kürzere
Querverbindungen oder Versteifungen zwischen den beiden symmetrisch liegenden Schrägverbindungen
zu einem starren Bauteil ergänzt werden; oder es besteht statt dessen aus einem
dreiecksfläohigeii, plattenförmigen Verbindungsstück, das sich zwischen den drei
gleichläufigen Kolben entsprechend diesen beiden Schrägverbindungslinien und der
Querversteifungen erstreckt. Dabei muß darauf geachtet werden, daß bei der Kraftübertragung
von den in den äußeren Zylindern liegenden Kolben bzw. ihren Ansatzstücken (Jochen)
auf das starre Dreieck nur Kräfte in Richtung der Zylinderachsen auftreten. Es dürfen
zwecks Vermeidung zusätzlicher Kolben- oder Gleitreibungen keine Querkomponenten
und keine Kolbenklemmungen entstehen. Dies kann man in bekannter Weise durch Befassung
eines etwa erforderlichen kleinen Spiels in der Querrichtung an der die Kolbenkräfte
abgebenden Stelle leicht erreichen.
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In der Zeichnung ist das starre Dreieck schematisch durch je drei
verbindende Stäbe wiedergegeben, was nur als Darstellung einer der verschieden möglichen
Ausgestaltungsformen betrachtet werden darf. Es ist für den Erfindungsgedanken ganz
unwesentlich, ob das Dreieck ein plattenförmiges Bauelement, flächig ausgefüllt
oder mehr durchbrochen ist oder aus im Dreieck liegenden winkelversteiften Stangen
besteht. Die zweckmäßige Ausgestaltung (etwa .die dreieckflächige plattenförmige
Verbindung) und Dimensionierung kann ohne Behinderung der Übersicht bei der Zeichnung
nicht leicht eingetragen werden.
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Die vorgeschlagene Anordnung d'er Kolbenverbindungsweise ist - in
ihrer Unterscheidung gegenüber der Bauweise mit zwei Zylindern und schräg ziehenden
Stangen und andererseits gegenüber der Bauweise mit drei Zylindern und Traversenver@indung
- als funktionell wichtig anzusehen und für die betrieblichen Vorteile bzw. Vermeidung
der obengenannten Nachteile und die Anwendungsmöglichkeiten entscheidend.
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Der erwähnte 2-Zylinder-Motor ist nicht nur wegen der Kippmomente
gegenüber der 3-Zylinder-Anordnung unterlegen; er hat vor allem zufolge der schräg
ziehenden Verbindungsstangen die eingangs genannten großen Nachteile, so daß etwa
die nur konstruktive Übernahme der Verwendung von SChrägverbindungsstarigen auf
den Motor mit drei Zylindern keine Lösung des klar gesonderten Problems der Schaffung
eines reibungsannenMehrzylinder-Motors mit gegenläufigen Kolben und einfacher Bauweise
darstellte. Aber auch gegenüber dem bisher bekannten 3-Zylinder-Motor mit gegenläufigen
Kolben unterscheidet sich, wie man sieht, die vorgeschlagene Anordnung von Grund
auf. Bei der Kennzeichnung jener bekannten 3-Zylinder-Motoren ist stets die Rede
von der Verbindung durch Traversen und Kolben- und Umfü#hrungsstangen als dortiger
Problemlösung. Sie liegen in der Axialebene der nebeneinander befindlichen drei
Zylinder, während die jetzt vorgeschlagenen starren Dreiecke jedoch beiderseits
seitlich außerhalb dieser Ebene liegen. Der Erfindungsgedanke knüpft nicht an biegungsbeanspruchte
Traversen und Umführunggsstangen in der Axialebene an, sondern an.dieVorstellung
des verbindenden starren Dreiecks, das seitlich liegt und an kurzen Jochen angreift.
Diese funktionell vorteilhafte neue Verbindungsweise verwendet den Schrägzug dynamisch
(nicht notwendig als Schrägstange) in Symmetrie und zugleich in wesentlicher Kombination
mit der Abstandshaltung der Angriffspunkte in der Querrichtung, und zwar diese Kombination
dynamisch durch das starre Dreieck als Bauelement. So ist in der Querrichtung die
Abstandshaltung gesichert, und es kann keine Kraftkomponente in der Querrichtung
die Kolben an die Zylinderwände andrücken. Auf diese Weise werden die sonst starken
Reibungsverluste vermieden. Die konstruktive Ausgestaltung im- einzelnen ist mannigfach
möglich.
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Die bei jedem Kolbensystem Gewicht sparende Anordnung, mit ungefähr
gleichen Massen je System, ermöglicht außerdem leichter denAusgleich der Trägheitskräfte
und läßt größere Drehzahlen des Motors und eine günstige Massenabstimmung zu.
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Der Motor arbeitet resultierend mit zwei Krafthüben je Wellenumdrehung
(bzw. bei einem 4-Takt-Motor mit einem Krafthub), und so ist ein gewisser Ausgleich
des abgegebenen Drehmoments an die Welle bereits vorhanden. Um hier einen weitergehenden
Ausgleich zu erreichen, kann natürlich die Masse der bewegten Kolbensysteme in Abhängigkeit
von der Drehzahl und Hublänge so dimensioniert werden, daß die Kolbenflächendruckkräfte
nach Abzug der Trägheitskräfte auf die Welle ein Drehmoment von minimal schwankender
Größe bedingen, .d. h. die Masse kann so, dimensioniert werden, daß die Schwankungen
des. Drehmoments ein Minimum werden.
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Die Übertragung der Kolbensystemkräfte auf die Kurbel kann z. B. mittels
Pleuel geschehen. Aber
es sind auch andere Ausgestaltungen möglich,
z. B. die Übertragung mittels eines die Kurbelkröpfung führenden Schlitzes an einem
mit dem Kolbensystem starr verbundenen entsprechenden Bauteil.
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Selbstverständlich kann der nach dem Erfindungsgedanken gebaute Motor,
wie er beschrieben wurde, in allen auch sonst möglichen Zusammenstellungen kombiniert
werden, sei es in Reihe oder Stern- oder V- oder W- oder X-Form.
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Die Zeichnung zeigt in beispielsweiser Ausgestaltung die symmetrische
Zylinderanordnung mit im starren Dreieck verbundenen gleichläufigen Kolben ahne
Pleuel, und zwar einmal bei Abb. i diese Anordnung in einer Ansicht mit aufgeschnittenen
Zylindern mit Schnittebene durch die Zylinder- und die Wellenachse und dann in Abb.2
diese Anordnung in der Schnittansicht, wie sie sich beim Schnitt in der Mittelebene
senkrecht zur Welle ergibt.
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Die Darstellung ist zum Teil schematisch skizzierend und gibt nicht
genau die gegenständliche Form der Bauteile, um das Wesentliche deutlicher hervortreten
zu lassen. So sind z. B. auch etwaige Lagerungen auf der den Zylindern abgewandten
Seite der Welle bei der Zeichnung weggelassen.
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Es bezeichnet i die Kurbelwelle, 2 den in der Mitte liegenden Zylindermantel,
3 und 4 die je seitlich parallel liegenden Zylinder der gleichen Länge wie bei 2,
aber je nur halb so großer Querschnittsfläche, 5 und 6 und 7 die gleichlaufenden
Kolben des einen Kolbensystems, 8 und 9 und io die gleichlaufenden Kolben des zweiten
Kolbensystems. Das erste System arbeitet auf die mittlere Kurbelkröpfung i i mit
Übertragung durch den hier nur angedeuteten Bauteil 12; das zweiteSystem arbeitet
auf die seitlichen Kurbelwellenkröpfungen 13 und 14 mit Übertragung durch die angedeuteten
Bauteile 15 und 16. Die starre Verbindung der drei gleichlaufenden Kolben je System
greift an den Jochen 17, 18, i9 bzw. 2o, 21, 22 an und wird gebildet etwa durch
die stangenförmig gezeichneten schräg liegenden Bauteile 23 und 24 bzw. (beim zweiten
System) 26 und 27 und die zugehörigen Querverbindungen 25 bzw. 28 oder ähnliche
Versteifungen. Man kann auch statt dieses Stangendreiecks die erwähnten dreiecksflächigen
plattenförmigen Verbindungsstücke mit der den Strecken 23, 24, a5 bzw. 26, 27, 28
entsprechenden Begrenzung verwenden. Die zweckmäßige Form und genaue Dimensionierung
kann ohne Behinderung der Übersicht nicht eingetragen und an sich auch mannigfach
variiert werden. Die genannten beiden Verbindungsdreiecke 23, 24, 25 und 26, 27,
28 können in zwei parallelen, etwa um den durch die Dicke der Bauteile bedingten
Abstand versetzten Ebenen übereinanderliegen oder auch bei Verwendung von Durchdringungsstellen
in einer Ebene arbeiten. Die genannten Verbindungssysteme haben noch je ihr Gegenstück
auf der anderen Seite, am in Abb. i verdeckten anderen Ende der bezeichneten Joche.
Sie sind in Abb.2 ersichtlich, soweit sie von den Jochen 17, 18, 2o und 21 ausgehen;
die Verbindungen 29 und 3o entsprechen den Verbindungen 23 und 26.
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Bei Abb.2 sind die Übertragungsteile für die Kolbenkräfte auf die
Wellenkröpfungen in der beispielsweisen Ausgestaltung mit Führungsschlitzen zur
Bewegungsübertragung auf die Kurbelwellenkröpfungen angedeutet. Der Führungsschlitz
31 überträgt die Kräfte des Kolbensystems 5, 6, 7 auf die Kröpfung i i ; der halbverdeckte
Führungsschlitz 32 gehört zum anderen Kolbensystem und überträgt auf die Kröpfung
13.