DE2840465C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Taumelscheibenmaschine, insbesondere einen thermischen Kolbentaumelscheibenmotor, mit Kolben und einer mit den Kolben verbundenen Taumelscheibe mit einer schräggestellten Achse, deren Drehung durch Rollen ohne Gleiten von auf der Taumelscheibe ausgebildeten Stützringflächen auf dazu im Winkel im Maschinengehäuse angeordneten Stützringflächen erfolgt, wobei die Taumelscheibe an einer Seite mit ihrer Achse in einem Kurbelarm der Motorachse gelagert ist und an ihrer anderen Seite durch Berührung von zwei glatten, koaxialen Stützringflächenpaaren gehalten ist.

Bei einer bekannten derartigen Taumelscheibenmaschine (GB-PS 14 44 805, FR-PS 21 94 226, DE-PS 23 37 554) wird das Rollen der Taumelscheibe ohne Gleiten durch zwei gezahnte Stützringflächenpaare gewährleistet. Diese gezahnten Ringflächen liegen auf einem Basiskegel mit einem spitzen Winkel von 180° minus α, wobei α der Winkel zwischen Maschinenachse und Taumelscheibenachse ist. Somit liegt die gemeinsame Mantellinie dieser gezahnten konischen Stützringflächenpaare auf der Winkelhalbierenden des Winkels α.

Zur Zentrierung der Taumelscheibe sind nun zwei weitere glatte, konische Ringflächenpaare vorgesehen. Diese glatten Ringflächenpaare liegen auf einem Doppelkegel mit einem spitzen Winkel von ca. 60°. Diese glatten konischen Ringflächenpaare sollen eine Abstützung der Taumelscheibe in Richtung der Motorachse bewirken, so daß die Lage des Drehmittelpunktes bestimmt ist.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß diese glatten konischen Ringflächenpaare nicht in der Lage sind, die Lage der Taumelscheibe in Richtung senkrecht zur Motorachse zu gewährleisten. Auch ist die Abstützung der Taumelscheibe in Richtung der Motorachse unbefriedigend.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine genaue Führung der Taumelscheibe zu gewährleisten, so daß die Stellung des Maschinenmittelpunktes wie auch die der Kolben während der Bewegung genau eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß insgesamt vier miteinander zusammenwirkende konische, glatte Stützringflächenpaare vorgesehen sind und daß die Spitzenwinkel der Stützringflächenpaare derart im Bereich von 0-180° bestimmt sind, daß zwei Stützringflächenpaare der axialen Führung der Taumelscheibe dienen und daß die beiden anderen Stützringflächenpaare der radialen Führung der Taumelscheibe dienen, wobei mindestens ein der axialen Führung dienendes Stützringflächenpaar angrenzt.

Vorteilhaft haben die der axialen Führung dienenden Stützringflächenpaare den Spitzenwinkel des Grundkegels der gezahnten Ringflächen und haben die der radialen Führung dienenden Stützringflächenpaare jeweils eine zylindrische Ringfläche mit dem Spitzenwinkel 0° und eine konische Ringfläche mit dem Spitzenwinkel 2α, wobei α der Winkel zwischen der Taumelscheibenachse und der Maschinenachse ist.

Vorzugsweise sind alle feststehenden Stützringflächen auf einer Reaktionswelle angeordnet, die aus dem Maschinengehäuse herausragt und die an ihrem herausragenden Ende mit einer Blattfederanordnung verbunden ist.

Die Motorachse ist vorzugsweise gegen eine Längsverschiebung in Richtung der Maschinenachse durch ein Wälzlager gehalten und ist in dem Kurbelarm der Motorachse eine zylindrische Ausnehmung angeordnet, in der der Lagerzapfen der Taumelscheibe in Richtung der Maschinenachse verschiebbar gelagert ist.

Vorteilhaft weist die Befestigung der Pleuelstange mit der Taumelscheibe entgegengesetzt beaufschlagte konische Stützflächenpaare und eine kugelförmige Lagerschale auf. Vorzugsweise weisen die konischen Stützflächenpaare der Befestigung der Pleuelstangen jeweils eine ebene Stützfläche mit einem Spitzenwinkel von 180° und eine konische Stützfläche mit einem Spitzenwinkel von 180°-2α auf, wobei die ebenen Stützflächen auf der Pleuelstange und die konischen Stützflächen auf der Taumelscheibe angeordnet sind.

Vorzugsweise sind die konischen Stützflächen der Befestigung der Pleuelstange sowie die Lagerschale zentrisch in einem Gehäuse angeordnet, das auf der Taumelscheibe mit zwei Schrauben befestigt ist und das in seinem äußeren Abschnitt zur Verringerung der Trägheitsmasse abgestumpft ist.

Vorzugsweise sind die Kolben doppelkegelartig ausgebildet und weisen im Bereich der Grundlinie der beiden Kegel eine Nut auf, in der ein oder zwei Dichtringe mit kugelförmiger Dichtfläche sitzen, wobei der Mittelpunkt der Nut der Mittelpunkt der Taumelbewegung des Kolbens bzw. der Pleuelstange ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kolben mit herkömmlicher äußerer Form und üblichen Kolbenringen gelenkig mit den Pleuelstangen durch konische Abstützflächenpaare und eine Lagerschale zur radialen Führung verbunden, wobei der Taumelwinkel die Größe β aufweist.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Motor mit radialen Widerlagern im Längsschnitt,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Abstützflächen der Taumelscheibe im Längsschnitt,

Fig. 3 die Lagerung der Motorachse und der Taumelscheibe nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 4 den Motor mit einer Federanordnung in Stirnansicht,

Fig. 5 die Befestigung einer Pleuelstange auf der Taumelscheibe nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und im Längsschnitt,

Fig. 6 die Befestigung der Pleuelstange auf der Taumelscheibe in Draufsicht,

Fig. 7 einen Kolben nach Fig. 1 in vergrößerter, teilweiser Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 8 einen Kolben mit schwenkbarem Kolbenmantel im Längsschnitt,

Fig. 9 eine andere Ausführungsform eines Kolbens mit gelenkartig verbundener Pleuelstange im Längsschnitt.

Ein erfindungsgemäßer Motor weist nach Fig. 1 ein Gehäuse aus zwei Gußteilen 1 und 2 auf, die durch Bolzen konzentrisch miteinander verbunden sind. Ein Gehäusekasten 1 umschließt den Antrieb und trägt die Meterachse 3-3′ und weitere Hilfsorgane. Ein anderer thermodynamischer Gehäuseabschnitt 2 umfaßt Zylinder, Zylinderkopf, Kühlkreislauf, Steuerung und in seinem mittleren Abschnitt eine Reaktionswelle 4. Der Motor hat drei wesentliche Bestandteile, nämlich die Motorachse 3-3′, die Reaktionswelle 4 und eine Taumelscheibe 5, 6.

Die Motorachse 3-3′ besteht zur Vereinfachung des Zusammenbaus aus einem äußeren Achsenabschnitt 3 und einem inneren Achsenabschnitt 3′, die konzentrisch ineinandergreifen und durch starke Zapfen miteinander verbunden sind. Der äußere Achsenabschnitt 3 trägt ein Steuerrad 30 und übliche Dichtungen sowie in dem unterbrochen dargestellten Abschnitt einen Antrieb zur Steuerung der Verteilung.

Der innere Achsenabschnitt 3′ hat einen Kurbelarm 10, der ein gelenkiges Rollenwälzlager 9 aufnimmt, in dem der Lagerzapfen 8 der Taumelscheibe 5 gehalten ist. Der Mittelpunkt des Wälzlagers ist mit D bezeichnet. Jede Verschiebung der Taumelscheibe 5 in Richtung der mit yy′ bezeichneten Achse in bezug zum Kurbelarm 10 wird durch geeignete Vorrichtungen verhindert, wie z. B. Klemmringfedern, Circlips od. dgl.

Auf dem gleichen Achsenabschnitt 3′ können dem Kurbelarm 10 gegenüberliegend abnehmbare Ausgleichsgewichte 31 angeordnet sein. Die Motorachse 3-3′ ist von Rollenlegern 28 und 29 gehalten, die eine gewisse Verschiebung in Achsenrichtung der Achse erlauben. Eine Ausnehmung 32 in dem Steuerrad bewirkt eine Unwucht und bei Drehung mit der in D durch den Kurbelarm und den Lagerzapfen der Taumelscheibe erzeugten Unwucht ein Drehmoment.

Koaxial zur Motorachse 3-3′ und entgegengesetzt zur Motorachse ist die Reaktionswelle 4 im Gehäuseabschnitt 2 angeordnet und durch Lagerflächen 33 und 36 im Gehäuse gehalten. In den Lagerflächen sind ringförmige Dichtungen angeordnet, insbesondere in der Lagerfläche 33 die Dichtung 34. Der Gehäusehohlraum 35 zwischen der Reaktionswelle 4 und dem Gehäuseabschnitt 2 ist mit Öl gefüllt, das unter Druck steht und das durch eine Leitung von einer Öldruckpumpe kommt. Eine in die Reaktionswelle 4 eingeschraubte Düse gewährleistet die Schmierung der Maschine und außerdem die Dämpfung der axialen Bewegung der Welle 4.

Dieser Dämpfungszylinder verlangsamt den Anstieg des Druckes ohne einen Nachteil, wobei er nicht den Abfall des Druckes verlangsamt. Ist dies nicht der Fall, so tritt ein schädliches Klingeln des Motors auf.

Auf einem Lagerzapfen der Reaktionswelle 4 sind mehrere Blattfedern befestigt, von denen nur die Blattfedern 38 und 39 dargestellt sind. Nach den Fig. 1 und 4 stützt sich die Hauptblattfeder 38 an der mit 40 bezeichneten Stelle auf am Gehäuse 2 befestigten Lagerstützen ab und wird durch Anschläge 41 an einer Drehung gehindert. Unterhalb der Blattfeder 38 kann um den Lagerzapfen der Reaktionswelle 4 eine Hilfsspiralfeder 43 oder eine zylindrische Anschlaghülse 44 angeordnet sein, die sich auf dem Gehäuseabschnitt 2 abstützt. Ein entgegengesetzter Anschlag der Welle 4 wird durch eine Anschlagfläche 45 des Gehäuseabschnittes 2 gehalten.

Entsprechend dem Grundprinzip weist die gegen Drehung durch die äußere Feder 38 gesicherte Reaktionswelle 4 feststehende konische Ringflächenpaare zur Achse xx′ auf. Es sind dies auf einer ringförmigen Erweiterung 36′ die äußeren festen Ringflächen, glatt und gezahnt, und auf einem mittleren zentralen Fortsatz 26 der Welle die inneren feststehenden Ringflächen, glatt und gezahnt. Die Erläuterung dieser festen Ringflächen erfolgt bei der Erläuterung der entsprechenden Ringflächen der Taumelscheibe.

Die Taumelscheibe 5, 6 besteht aus der Scheibe 5 und dem Tellerrad 6. Scheibe 5 und Tellerrad 6 sind konzentrisch zueinander angeordnet und fest durch einen Kreis von Schrauben 7 miteinander verbunden. Auf dem Lagerzapfen 8 der Scheibe 5 sitzt das Lager 9. Das Tellerrad 6 trägt in seinem Inneren die beweglichen, inneren, konischen Ringflächen, glatt und gezahnt, und an seinem Äußeren die beweglichen, äußeren, konischen Ringflächen, glatt und gezahnt, die konzentrisch und feststehend zueinander und zur Scheibe 5 angeordnet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine glatte, äußere, feststehende, konische Ringfläche 19 unmittelbar auf der Erweiterung 36′ der Welle 4 angeordnet und weist entsprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180°-α auf.

Eine glatte, äußere, bewegliche, konische Ringfläche 12 ist unmittelbar auf dem Tellerrad 6 angeordnet und weist entsprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180°-α auf. Diese glatte äußere Ringfläche 12 rollt ohne Gleiten auf der glatten, äußeren, feststehenden Ringfläche 19.

Eine gezahnte, äußere, feststehende Ringfläche 18 ist auf der Erweiterung 36′ der Welle 4 angeordnet. Diese konische Ringfläche weist ebenso entsprechend dem Basiskegel einen Spitzenwinkel von 180°-α auf und ist mit einer gezahnten, äußeren, beweglichen, konischen Ringfläche 11 in Eingriff, die auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist.

Eine glatte, innere, feststehende, konische Ringfläche 25 ist auf einem Ring 23 aus gehärtetem Stahl zentrisch zum Fortsatz 26 der Welle 4 angeordnet. Der Spitzenwinkel der Ringfläche 25 liegt in der Nachbarschaft von 60° sexagesimal, und die Mantellinie wird in zwei gleiche Abschnitte durch die Winkelhalbierende AB geteilt.

Eine glatte, innere, bewegliche, konische Ringfläche 16 liegt auf einem gehärteten Stahlring 15, der zentrisch auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist. Der Spitzenwinkel der konischen Ringfläche 16 ist gleich dem Spitzenwinkel der konischen Ringfläche 25, vermehrt um 2α.

Eine gezahnte, innere, feste, konische Ringfläche 21 ist zentrisch auf dem Fortsatz 26 angeordnet. Ihr Grundkegel entspricht dem Basiskegel mit einem Spitzenwinkel von 180°-α, und die Ringfläche 21 greift in eine gezahnte, innere, konische Ringfläche 14 des gleichen Basiskegels ein, die auf dem Tellerrad 6 angeordnet ist.

Das Spiel in Umfangsrichtung zwischen den gezahnten Ringflächenpaaren 11-18 und 14-21 ist sehr gering, kleiner oder gleich 0,05 mm.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat ein radiales äußeres, festes zylindrisches Rollwiderlager 20 mit dem Kegelspitzenwinkel 0°, das auf der Erweiterung 36′ der Welle 4 angeordnet ist und die äußere konische Ringfläche 19 begrenzt.

Mit dem Widerlager 20 wirkt ein äußeres, bewegliches Widerlager 13 zusammen, das einen Spitzenwinkel von 2α aufweist und das auf einem Kranz 61 angeordnet ist, der auf dem Tellerrad 6 innerhalb der verzahnten Ringfläche 11 sitzt.

Ein inneres radiales Widerlager wird unmittelbar von der bereits genannten konischen, festen Ringfläche 20 gebildet, deren Spitzenwinkel in Verbindung mit der beweglichen konischen Ringfläche 16 dies ermöglicht. Um diesen Winkel sehr klein zu machen, damit ein gutes radiales Widerlager entsteht, ist eine ebene Fläche 24 mit einem Spitzenwinkel von 180° vorgesehen, die mit einer konischen Ringfläche 17 mit dem Spitzenwinkel von 180°-2α zusammenwirkt.

Die ebene bewegliche Stützfläche 24 ist auf einem Abschnitt 22 angeordnet, der konzentrisch zum Fortsatz 26 zwischen dem Stahlring 23 und der gezahnten Ringfläche 21 sitzt. Die drei Teile, der Stahlring 23, der Abschnitt 22 und die gezahnte Ringfläche 21, sind fest auf dem Fortsatz 26 durch eine Mutter 27 gehalten, die in üblicher Weise arretiert ist. Diese drei Teile sind gegen Drehung durch Nuten gesichert.

Die konische Ringfläche 17 ist auf dem Ring 15 angeordnet, der zylindrisch innerhalb der verzahnten Ringfläche 14 sitzt, wobei diese Teile fest mit dem Tellerrad 6 verbunden sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die miteinander zusammenwirkenden verzahnten Ringflächenpaare gleich angeordnet, wie die Ringflächenpaare 11-18 und 14-21 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.

Die äußeren konischen Ringflächen 12 und 19 sind ebenfalls identisch denen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, wobei jede Ringfläche den gleichen Spitzenwinkel von 180°-α gemäß den Grundkegeln geschnitten durch die Winkelhalbierende AB aufweist. Ebenso entspricht ein äußeres Widerlager 13-20 dem der Ausführungsform nach Fig. 1.

Im Gegensatz dazu sind die glatten, inneren Ringflächen vollständig anders ausgebildet. Eine feste konische Ringfläche 62 mit einem Spitzenwinkel von 180°-α wirkt mit einer beweglichen konischen Ringfläche 63 mit dem gleichen Spitzenwinkel zusammen, wobei diese beiden Ringflächen ohne Gleiten entsprechend den Grundkegeln geschnitten durch die Winkelhalbierende AB aufeinanderrollen.

Die konische Ringfläche 62 ist auf einem Ring 64 angeordnet, der fest auf dem Fortsatz 26 sitzt, und die konische Ringfläche 63 ist auf einem Ring 68 angeordnet, der fest innerhalb der gezahnten Ringfläche 14 im Tellerrad 6 sitzt.

Das zweite Rollwiderlager, das wegen der Form der Ringflächen 62 und 63 notwendig ist, ist gebildet durch eine zylindrische Oberfläche 66 auf dem Tellerrand 6, die auf einer konischen Ringfläche 67 mit einem Spitzenwinkel von 180°-2α abrollt, angeordnet auf der Erweiterung 36′ der Welle 4. Die zylindrische Oberfläche 66 ist gewölbt, d. h. sehr leicht sphärisch ausgebildet.

Die Scheibe 5 weist weiterhin Flügel auf, die mit Zylindern zusammenwirken. Einer dieser Flügel ist in den Fig. 1, 2, 5 und 6 erkennbar. Jeder Flügel trägt eine Befestigung für die Pleuelstange des zugeordneten Zylinders. Der Mittelpunkt der Pleuelstangenbefestigung ist an der mit O bezeichneten Stelle. Dieser Punkt O liegt in einer Ebene zz′, die rechtwinklig zur Achse yy′ im Schnittpunkt mit der Achse xx′ liegt. Somit beschreiben alle Punkte dieser Ebene und insbesondere der Punkt O bei Drehung der Achse yy′ um die Achse xx′ eine Bahn, die gleich der Schnittlinie zwischen einer Kugel mit dem Mittelpunkt S und dem Radius OS und einem inneren Zylinder in dieser Kugel ist, mit einer zu der Achse xx′ parallelen Achse und dem Durchmesser OS (1-cos α).

Die Projektion dieser Schnittlinie auf die radiale Ebene der Fig. 1 ist ein Kreisbogen mit dem Mittelpunkt S und dem Radius OS. Die Projektion der Schnittlinie in eine zur radialen Ebene senkrecht stehende Schnittebene ist eine Schleifenlinie in Form einer Acht, und die Projektion der Schnittlinie in eine rechtwinklige zur Achse xx′ stehende Ebene ist ein kleiner Kreis mit dem Durchmesser OS (1-cos α) im aufrechten Abschnitt des berührenden Zylinders.

Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, die Achse MN des Motorzylinders durch die Achse des Berührungszylinders zu führen (Fig. 5). Auf diese Weise hat der Punkt O ständig einen konstanten Abstand l′ von der Achse MN, und die Pleuelstange PO steht ständig im konstanten Winkel β zu MN. An den beiden Totpunkten hoch und tief ist der Punkt O unterhalb der Achse MN, wie auch der Winkel β. Somit ergibt sich, daß die Achsen der Pleuelstangen in den beiden Totpunkten parallel sind, verschoben um den Winkel β zur Achse MN. Werden nur die beiden Totpunkte betrachtet, so ist die gesamte Befestigung der Pleuelstange auf der Taumelscheibe um β in bezug zu den Achsen MN und AB verschoben. In diesem Fall ist insbesondere die Winkelhalbierende kk′ des Winkels α um den Winkel α in bezug zur Winkelhalbierenden AB verschoben. Weiterhin ist im Punkt O die Achse einer auf dem Flügel der Scheibe 5 befestigten Stütze um den Winkel β in bezug zur Achse yy′ verschoben.

Vorteilhaft unterliegen alle mittleren Stellungen des Punktes O zwischen den beiden Totpunkten nicht der Hauptverschiebung, und während der gesamten Verschiebung des Punktes O bleibt der Winkel der Achse PO mit der Achse der Stütze 52 bis auf eine kleine Abweichung nahezu konstant, die entweder vernachlässigbar ist oder deren Betrag genau berechnet werden kann.

Nach den Fig. 1 und 5 hat der Stumpf 55 der Pleuelstange die gerade Achse PO. Der Stumpf ist mit einem Kolben bzw. der Pleuelstange 60 durch ein Gewinde 59 oder andere Verbindungsmittel lösbar verbunden. Der Stumpf 55 weist eine ebene Stützfläche 58 auf, die im rechten Winkel zur Achse PO im Abstand zu O liegt, so daß die Winkelhalbierende kk′ die Ebene in einem mit R bezeichneten Punkt näher am Umfang als in der Mitte schneidet. Auf einer Erweiterung des Stumpfes 55 ist eine weitere ebene Abstützfläche 57 rechtwinklig zur Achse PO und im Abstand von O entgegengesetzt zum Punkt P angeordnet, so daß die Winkelhalbierende kk′ die Stützfläche in einem mit T bezeichneten Punkt genau in der Mitte der Krone trifft. Die Erweiterung weist eine äußere Oberfläche 56 mit einem Kugelabschnitt mit dem Mittelpunkt O auf.

Nach den Fig. 5 und 6 sitzt der Stumpf 55 in einer Halterung, die auf dem Flügel der Scheibe 5 befestigt ist. Diese Halterung weist mehrere Abschnitte auf, die mit der Oberfläche des Stumpfes zusammenwirken.

Die Halterung hat einen Stützbolzen 52 aus hartem Stahl in Form eines Kegels 53 mit einem Spitzenwinkel von 180°-2α. Dieser Kegel ist um den Punkt R, Mittelpunkt der Berührung mit der Ebene 58 des Stumpfes 55 leicht gewölbt ausgebildet.

Die Halterung weist weiterhin eine Widerlagerkrone 47 auf, die eine konische Fläche mit dem Spitzenwinkel von 180°-2α hat. Diese Fläche ist leicht gewölbt um den Punkt T ausgebildet, der der Mittelpunkt der Berührung mit der Abstützfläche 57 der Krone des Stumpfes ist.

Schließlich weist die Halterung eine Lagerbuchse 49 aus Leichtmetall mit einem geringen Reibungskoeffizienten auf. Diese Lagerbuchse 49 hat eine innere halbkugelförmige Fläche 51, die in Gleitberührung mit der gewölbten Fläche 56 des Pleuelstumpfes ist.

Der Stützbolzen 52, die Widerlagerkrone 47 und die Lagerbuchse 49 sind konzentrisch in einem Gehäuse 45 angeordnet. Das Gehäuse ist mit Schrauben 46 am Flügel derart befestigt, daß gleichzeitig Stützbolzen, Widerlagerkrone und Lagerbuchse am Flügel gehalten sind. Zwischen den drei Abschnitten der Halterung sind zwei Keile 48 und 50 angeordnet, wobei mit dem Keil 48 das Spiel der kugelförmigen Führung und mit dem Keil 50 das axiale Spiel der rollenden Berührung einstellbar ist. Das Gehäuse 45 hat seine größte Dicke an der Mantellinie in der Nähe der Achse xx′, da in diesem Bereich die Trägheitskräfte des Kolbens am größten sind. Diese maximale Dicke des Gehäuses nimmt stetig ab, und der der Achse xx′ abgewandte Abschnitt ist abgestumpft, da das Gehäuse in diesem Abschnitt keine Kräfte aufnehmen muß und es wichtig ist, die Trägheit der Taumelscheibe zu verringern.

Nach Fig. 7, die den Kolben und die Pleuelstange 60 in vergrößertem Maßstab zeigt, ist der Kolben eine Erweiterung der Pleuelstange durch eine Kehle mit großem Radius 68, damit die Grundfläche 69 des Kolbens eine ausreichende Festigkeit hat, eine Ableitung des Wärmeflusses nach der Mitte gewährleistet ist und die Pleuelstange gut durch Öl benetzt ist, wodurch die Kolbenringe thermisch entlastet werden.

Der Kolben weist eine Krone 70 auf, die eine Nut 71 zur Aufnahme von Abdichtkolbenringen hat, deren Mitte durch den mit P bezeichneten Punkt bestimmt ist, der der Mittelpunkt der Taumelbewegung der Kolbenpleuelstange ist. Ein einfacher oder doppelter Kolbenring 72 hat eine sphärisch ausgebildete Oberfläche, die mit der Innenbohrung des Zylinders in Berührung steht. Um eine ständige Berührung der Zylinderwand während der Taumelbewegung zu gewährleisten, ist die Breite A des Kolbenringes größer als β ⌀. Beidseits des Kolbenringes 72 ist die Oberfläche der Krone derart konisch ausgebildet, daß sie in allen Grenzstellungen in den Zylinder eingepaßt ist, wobei eine Mantellinie des inneren Kegels 73 sich am Zylinder abstützt, was wegen der geringen seitlichen Kraft des Kolbens zulässig ist. Der äußere Kegel 74 an der Seite des Brennraumes berührt nie die Innenbohrung des Zylinders. Als Ölabstreifer dienen zwei dünne Abstreifringe 75, die in kreisförmigen Ausnehmungen der Krone 70 sitzen und zwischen denen Durchtrittsöffnungen 76 angeordnet sind.

Bei der verbesserten Ausführungsform eines Kolbens mit schwenkbarem Kolbenmantel ist nach Fig. 8 ein Kolben 95 fest mit dem Pleuelstumpf 55 verbunden. Der Kolben 95 weist in seinem hinteren Abschnitt eine kugelförmig ausgebildete Lagerfläche 96 auf, die mit einem Gegenkolben 97 zusammenwirkt. Der Gegenkolben 97 ist mit einer Glocke 98 verbunden, die in ihrem mittleren Abschnitt eine kugelförmige Lagerfläche 99 aufweist, die sich gegen ein Lager 100 des Schaftes 101 des Kolbens abstützt.

Der Kolben 95 ist in einem Abschnitt oberhalb einer Nut konisch ausgebildet, in der zwei Kolbenringe 72 sitzen. Der mit P bezeichnete Mittelpunkt dieser Nut ist der Bewegungsmittelpunkt der Taumelbewegung des Kolbens 95 und seiner Pleuelstange 55.

Bei der weiteren Ausführungsform nach Fig. 9 ist ein Kolben 77 in seinem Äußeren einschließlich der Kolbenringe in bekannter Weise ausgebildet. Der Kolben hat in seinem mittleren Abschnitt eine Lagerpfanne 78 mit einer konischen Lagerfläche 79, die einen Spitzenwinkel von 180°-2 β aufweist, und einen Ring 80 mit einer konischen Lagerfläche 81 von gleichem Spitzenwinkel. Der Ring 80 ist getragen von radialen Querrippen 82 und einer Querplatte 83, so daß die konische Lagerfläche 81 fest angeordnet ist. Die Querplatte 83 weist Öldurchtrittsöffnungen 84 auf. Der Stumpf der Pleuelstange 55 ist mit dem Stumpf 85 des Kolbens durch eine Hülse 86 verbunden. Der Stumpf 85 weist, wie der Stumpf 55, zwei ebene Flächen auf, die rechtwinklig zu den Achsen stehen, eine innere Lagerfläche 87, die sich gegen die konische Lagerfläche 79 abstützt, und eine äußere Lagerfläche 88, die sich gegen die konische Lagerfläche 81 abstützt. Weiterhin ist eine Erweiterung durch einen kugelförmigen Abschnitt 89 begrenzt, der mit Spiel in halbkugelförmige Lager 90 der radialen Rippen 82 eingreift. Zwei Sätze von Keilen ermöglichen die Einstellung des axialen Spiels und des Umfangsspiels.

Die Pleuelstange aus den beiden Pleuelstümpfen 55 und 85 bildet mit ihrer Achse stets einen Winkel von β mit der Achse MN des Zylinders und des Kolbens und dreht sich um die Achse MN mit der Geschwindigkeit 2ω.

Bei der Ausführungsform der Befestigung der Motorachse nach Fig. 3 besteht die Motorachse aus den Achsabschnitten 3 und 3′, die ineinandergreifen und durch Zapfen miteinander verbunden sind. Das Rollenlager 28 an der Seite des Kurbelarms ist gleich dem entsprechenden Rollenlager bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und weist Rollen mit hoher Belastbarkeit auf. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Rollenlager 29 durch ein doppeltes Kugellager 29′ in schräger Berührung ersetzt. Dieses Kugellager nimmt alle Beanspruchungen, die von der Anordnung der Taumelscheibe 5 oder von außerhalb durch das Steuerrad 30 kommen, auf.

Der Kurbelarm 10 weist eine Bohrung 91 mit einer Achse uu′ auf, die parallel zur Achse xx′ ist. Der mit D bezeichnete Mittelpunkt des Drehzapfens liegt im Schnittpunkt der Achsen uu′ und yy′. Der Abstand des Punktes D zur Achse xx′ ist der gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, ebenso die Länge der Strecke SD und der Winkel α. Die Scheibe 5 trägt auf ihrer Achse yy′ gleicherweise ein Rollenwälzlager 9, das jedoch eine äußere Lagerschale 92 aus einem gedrehten Zylinder mit der Achse uu′ aufweist, der verschiebbar in der Bohrung 91 sitzt. In der Fig. 3 ist das Wälzlager wie auch die Scheibe in eingeschobener Stellung dargestellt. Entsprechend der Beanspruchung der Welle 4 kann die Motorachse 3-3′ sich um einige Millimeter verschieben, wobei die Gerade SD parallel verschoben wird.

Während des Betriebs des Motors dreht sich die Lagerschale 92 nicht in der Bohrung 91, da sich sonst die Stellung der Achse yy′ zur Ebene uu′/xx′ veränderte. Darüber hinaus ist der Winkel α ausreichend groß, um ohne besondere Hemmung diese relative Drehung zu verhindern. Zur Sicherheit ist ein zylindrischer Stift 94 im Achsenabschnitt 3′ in der Nähe der Achslinie angeordnet, der in eine entsprechende Nut 93 der Lagerschale 92 einschiebbar ist und so jede unerwünschte Drehung verhindert.

Die Kolbenmaschine arbeitet wie folgt: Die Kolben nehmen den Über- oder Unterdruck auf und übertragen den Druck auf die Befestigungen der Pleuelstange. Sie sind der Sitz der Trägheitsenergie während der schnellen Bewegung der Maschine.

Die resultierende Kraft F der Druckkräfte hat die Richtung PO. Die Pleuelstange bewirkt eine gleiche Gegenkraft bei R und ein Moment F×OR. Dieses Moment ist durch ein Gegenmoment im Gleichgewicht, das zwei Kräfte erzeugt. Eine Seitenkraft auf den Kolben 60 bei 73 und eine Seitenkraft auf die Halbkugel der Führung 56. Diese Kräfte haben den Wert Diese seitlichen Stoßkräfte auf den Kolben und die Lagerschalen sind sehr gering.

Die Reaktionskräfte aufgrund der Trägheitskräfte F′ haben den Wert F′ ist sehr klein, weil die Masse des Kolbens und der Pleuelstange sehr gering ist.

Diese Kräfte, die Resultierende der Druckkräfte und die Resultierende der Trägheitskräfte wirken einander entgegen. Ihre Resultierende ist daher kleiner als jede dieser Kräfte.

In der Halterung der Pleuelstange wirkt noch eine weitere Hilfskraft (Fig. 5). Die Pleuelstange dreht sich in einem Winkel b um die Achse MN mit der Winkelgeschwindigkeit 2ω, wobei ω die Geschwindigkeit der Motorachse ist. Somit wirkt auf die Pleuelstange eine Zentrifugalkraft von 4 M ω²OP. Diese Kraft wirkt mit den Druckkräften und den Trägheitskräften in der Lagerbuchse 49 zusammen. Die Berechnungen zeigen, daß in allen Betriebszuständen des Motors die Wirkung der resultierenden Kraft aus allen genannten Kräften auf die Lagerbuchse 49 sehr gering ist.

Claims (9)

1. Taumelscheibenmaschine, insbesondere thermischer Kolbentaumelscheibenmotor, mit Kolben und einer mit den Kolben verbundenen Taumelscheibe mit einer schräggestellten Achse, deren Drehung durch Rollen ohne Gleiten von auf der Taumelscheibe ausgebildeten Stützringflächen auf dazu im Winkel im Maschinengehäuse angeordneten Stützringflächen erfolgt, wobei die Taumelscheibe an einer Seite mit ihrer Achse in einem Kurbelarm der Motorachse gelagert ist und an ihrer anderen Seite durch Berührung von zwei glatten, koaxialen Stützringflächenpaaren gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt vier miteinander zusammenwirkende konische, glatte Stützringflächenpaare vorgesehen sind und daß die Spitzenwinkel der Stützringflächenpaare derart im Bereich von 0-180° bestimmt wird, daß zwei Stützringflächenpaare (19-12 und 25-16 bzw. 62-63) der axialen Führung der Taumelscheibe (5, 6) dienen und daß die beiden anderen Stützringflächenpaare (20-13 und 24-17 bzw. 76-66) der radialen Führung der Taumelscheibe dienen, wobei mindestens ein der axialen Führung dienendes Stützringflächenpaar an ein der radialen Führung dienendes Stützringflächenpaar angrenzt.

2. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der axialen Führung dienenden Stützringflächenpaare (19-12, 25-16 bzw. 62-63) den Spitzenwinkel des Grundkegels der gezahnten Ringflächen (18-11, 21-14) haben und daß die der radialen Führung dienenden Stützringflächenpaare (20-12, 24-17 bzw. 67-66) jeweils eine zylindrische Ringfläche (20, 24 bzw. 66) mit dem Spitzenwinkel 0° und eine konische Ringfläche (13, 17 bzw. 67) mit dem Spitzenwinkel 2α haben, wobei α der Winkel zwischen der Taumelscheibenachse yy′ und der Maschinenachse xx′ ist.

3. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle feststehenden Stützringflächen (18, 19, 20, 21, 24, 25, 67) auf einer Reaktionswelle (4) angeordnet sind, die aus dem Maschinengehäuse (2) herausragt und die an ihrem herausragenden Ende mit einer Blattfederanordnung (38, 39) verbunden ist.

4. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorachse (3, 3′) gegen eine Längsverschiebung in Richtung der Maschinenachse (xx′) durch ein Wälzlager (29′) gehalten ist und daß in dem Kurbelarm (10) der Motorachse eine zylindrische Ausnehmung (91) angeordnet ist, in der der Lagerzapfen (8) der Taumelscheibe (5, 6) in Richtung der Maschinenachse verschiebbar gelagert ist.

5. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Pleuelstange (55) mit der Taumelscheibe (5, 6) entgegengesetzt beaufschlagte konische Stützflächenpaare (53-58, 54-57) und eine kugelförmige Lagerschale (49) aufweist.

6. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Stützflächenpaare (53-58 bzw. 54-57) der Befestigung der Pleuelstangen (55) jeweils eine ebene Stützfläche (57, 58) mit einem Spitzenwinkel von 180° und eine konische Stützfläche (53, 54) mit einem Spitzenwinkel von 180°-2α aufweisen, wobei die ebenen Stützflächen auf der Pleuelstange (55) und die konischen Stützflächen auf der Taumelscheibe (5, 6) angeordnet sind.

7. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Stützflächen (53, 54) der Befestigung der Pleuelstange (55) sowie die Lagerschale (49) zentrisch in einem Gehäuse (45) angeordnet sind, das auf der Taumelscheibenachse (5, 6) mit zwei Schrauben (46) befestigt ist und das in seinem äußeren Abschnitt zur Verringerung der Trägheitsmasse abgestumpft ist.

8. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben doppelkegelartig ausgebildet sind und im Bereich der Grundlinie der beiden Kegel eine Nut (71) aufweisen, in der ein oder zwei Dichtringe (72) mit kugelförmiger Dichtfläche sitzen, wobei der Mittelpunkt der Nut der Mittelpunkt (P) der Taumelbewegung des Kolbens bzw. der Pleuelstange (55) ist.

9. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (77) mit herkömmlicher äußerer Form und üblichen Kolbenringen gelenkig mit den Pleuelstangen (55, 85) durch konische Abstützflächenpaare (79-87, 81-88) und eine Lagerschale (99) zur radialen Führung verbunden sind, wobei der Taumelwinkel die Größe β aufweist.