WO1996035041A1

WO1996035041A1 - Hubkolbenmaschine, insbesondere hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: WO1996035041A1
Application number: PCT/DE1996/000802
Authority: WO
Inventors: Gerd Grass
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 1997-11-04
Also published as: AU5758996A; DE19616878A1

Abstract

Die Hubkolbenmaschine löst die Aufgabe, einen Viertaktmotor oder Zweitaktmotor zu schaffen, der ohne die bislang übliche Ventilsteuerung und ohne die aufwendige Kurbelwelle betrieben werden kann, und offenbart einen Kurbeltrieb, der die lineare Bewegung eines Kolbens mit einer Drehung des Kolbens kombiniert. Der Kern der Erfindung liegt in der speziellen Lagerung (16) der Pleuelstangen (12, 13) in einem Schwungrad oder in einer Schwungscheibe (7) und deren Lagerung (9a, 9b) im Motorgehäuse.

Description

Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbe¬ sondere eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Kolben über eine Pleuelstange mit einem Kurbeltrieb verbunden ist, der mit einem Schwungrad ausgestattet ist.

Bei den bekannten Hubkolbenmotoren wird die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches gewonnene Bewegungsenergie in eine lineare Kolbenbewegung umge¬ setzt, die ein Kurbeltrieb in eine Drehbewegung umwan¬ delt. Hierbei wird die Kolbenbewegung über eine Pleuel¬ stange auf eine Kurbelwelle übertragen, die für jede angeschlossene Pleuelstange eine Kurbelkröpfung für die Lagerung der Pleuelstangen neben meist mehr als zwei Kurbelwellenlagern im Motorblock aufweist. Für jeden Hubkolben müssen die Zylinder mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil mit der notwendigen Ventilsteuerung ausgestattet sein. Wegen der jeweils speziellen Anpas¬ sung an die Anzahl der Zylinder eines Motors und die sehr hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Kurbelwellen und der Ventilnockenwellen verteuern sie in erheblichem Maß die Motorherstellungskosten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vier¬ taktmotor zu schaffen, der ohne Kurbelwelle und ohne spezielle Ventile mit Ventilnockenwelle arbeitet.

Die gestellte Aufgabe wird durch die in Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die neuartige Lagerung des triebseitigen Endes der Pleuelstangen direkt am Schwungrad mit einer Achsrich¬ tung parallel zur Kolbenachse wird der Kolben bei einem Arbeitsspiel (2 Schwungradumdrehungen, 4 Takte) eine Umdrehung ausführen und die Einlaß- und Auslaßventil¬ steuerung ausüben. In den Patentansprüchen 5 und 6 werden zwei Abwandlungen des Grundgedankens der Erfin¬ dung durch eine Schrägstellung der Schwungradachsrich- tung beschrieben, die sich durch geringere Abmessungen des Schwungraddurchmessers, des Schwungradgehäuses, geringere Auslenkung der Pleuelstangen und geringere Seitenkräfte auf Kolben und Lager auszeichnet. Durch Einsatz einer Schwungscheibe anstelle des Schwungrades wird eine kostensparende Weiterbildung des Erfindungs¬ gedankens offenbart, die eine vielgestaltige Kombina¬ tion mehrerer Boxermotore für den Anschluß an einen gemeinsamen Antrieb gestattet.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Zylindern mit Kolbenstellung im unteren Tot¬ punkt; Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch im oberen Totpunkt;

Fig. 3 ein Schaubild zur Kolbenbewegung bei einem Arbeitsbeispiel ;

Fig. 3a einen Schnitt durch έinen Zylinder;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Kolben¬ drehung;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Maschine mit Schrägstellung des Schwungrades mit Kolben im unteren Totpunkt;

Fig. 6 wie Fig. 5, jedoch mit Kolben im oberen

Totpunkt;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform mit schräg gestelltem Schwungrad;

Fig. 8 eine vorteilhafte Weiterbildung der Grund¬ form mit einer Schwungscheibe (Zweizylinder¬ modell ) ;

Fig. 8a eine vereinfachte Seitenansicht der Schwung¬ scheibe;

Fig. 9 eine Ausführung eines Vierzylindermodells mit Schwungscheibe; Fig. 9a eine vereinfachte Seitenansicht der Schwung¬ scheibe aus Fig. 9;

Fig. 10 eine Ausführung eines Achtzylindermodells mit Schwungscheibe;

Fig. 10a eine vereinfachte Seitenansicht der Schwung¬ scheibe aus Fig. 10;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Ein¬ heitskolbens ;

Fig. 11a- verschiedene Muster möglicher Zyl inderanord- Fig. 11g nungen:

a) Boxermotor b) Reihenboxermotor c) Doppelreihenboxermotor d) Kreisboxermotor 8 e) Kreisboxermotor 6 f) Kreisboxermotor 10 g) Kreisboxermotor 18

Fig. 12 einen als Zweitakter arbeitenden Boxermotor mit Umkehrspülung (Gaswechsel);

Fig. 12a einen Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 12;

Fig. 13 einen Zweitakter gemäß Fig. 12 (Zündung);

Fig. 14 einen als Zweitakter arbeitenden Boxermotor mit Querspülung (Gaswechsel); Fig. 14a eine Draufsicht auf den Kolben, Zylinder geschnitten;

Fig. 15 einen Zweitakter gemäß Fig. 14 (Zündung);

Fig. 16 ein Ausführungsbeispiel für eine Kolbenpumpe oder einen Kolbenkompressor und

Fig. 16a einen Schnitt durch einen Zylinder nach Fig. 16.

Die Hubkolbenbrennkraftmaschine (Fig. 1 und 2) ist in der Ausführung einer Zweizylindermaschine als Boxermo¬ tor dargestellt, deren Zylinder 1 und 2 mit ihren Kolben 3 und 4 beiderseits eines Schwungrades 5 ange¬ ordnet sind. Die beiden Zylinder 1 und 2 sind auf einer gemeinsamen Achse, im folgenden als Kolbenachse 6 bezeichnet, einander gegenüberliegend auf den Stirnsei¬ ten eines Schwungradgehäuses 8 befestigt, in dem das Schwungrad 5 auf Kugel- oder Rollenlagern 10 läuft.

In den Kolben 3 und 4 ist je eine Pleuelstange 12 und 13 auf einem Kolbenbolzen 15 schwenkbar gelagert, und die freien Enden dieser beiden Pleuelstangen sind mittels eines Pleuelbolzens 16 exzentrisch und zwar dreh- und schwenkbar am Schwungrad 5 geführt. Die Schwungradachse 18 ist parallel zur Kolbenachse 6 ausgerichtet und in einem solchen Abstand angeordnet, daß die Achse 16a der exzentrischen Lagerung des Pleu- elbolzens 16 im Schwungrad 5 mit der Kolbenachse 6 zusammenfällt, wenn sich die Kolben 3 und 4 der beiden Zylinder 1 und 2 in ihrem oberen Totpunkt befinden. Dieser Zustand, in dem auch die beiden Pleuelstangen 12 und 13 genau in der Kolbenachse 6 liegen, ist in Fig. 2 dargestellt.

Das Schwungrad 5 ist zur vorteilhaften Lagerung des Pleuelbolzens 16 aus zwei gleichen spiegelbildlich angeordneten und miteinander verbundenen Schalen 5a und 5b zusammengesetzt. Zur sicheren Führung des Pleuelbol- zens 16 im Schwungrad weist der Pleuelbolzen einen mittig angeordneten Führungsbund 20 auf. Die beiden Schalen 5a und 5b des Schwungrades 5 sind je mit einer Bohrung 22 und einer Aussparung 23 für den Führungsbund 20 des Pleuelbolzens 16 versehen. Für die schwenkbare Lagerung der Pleuelstangen 12 und 13 ist der Pleuelbol¬ zen an seinen Enden mit einem Schlitz 25 entsprechender Breite und mit einer Bohrung 26 für einen Lagerbolzen 27 versehen. Zum Abtrieb der Rotationsbewegung des Schwungrades 5 ist ein Zahnkranz 29 konzentisch und fest auf dem Schwungradmantel 30 angeordnet. Der Zahn¬ kranz gestattet den Anschluß eines Getriebes und ermög¬ licht auch den Anschluß weiterer gleicher Motorgruppen im Parallelbetrieb.

Die in den Figuren 1 und 2 im unteren und oberen Tot¬ punkt abgebildeten Baugruppen sind mit zwei gleichen einander gegenüberliegenden Zylindern dargestellt. Die folgenden auf den Zylinder 1 gerichteten Ausführungen gelten auch für den Zylinder 2.

Der Zylinder 1 ist mit einer Einlaßöffnung 32, einer Auslaßöffnung 33 und einer Zündkerze 34 ausgestattet. Der Kolben 3 besitzt im mittleren Bereich des Kolben¬ mantels eine Seitenöffnung 35, von der ein Gasleitkanal 36 zu einer KolbenkopfÖffnung 37 führt. Die Einlaßöff- nung 32 und die Auslaßöffnung 33 (Fig. 3a) liegen am Zylindermantel um 90° versetzt auf gleicher Höhe, die so gewählt ist, daß die Seitenöffnung 35 des Kolbens 3 in seiner Mittellage zwischen dem oberen und unteren Totpunkt in den Takten "Ansaugen" und "Ausstoßen" ebenfalls in dieser Höhenlage erscheint, wie in der

Darstellung des Wegeverlaufs der Seitenöffnung während der vier Takte in Fig. 3 dargestellt ist. Hier ist auch zu erkennen, daß die Mitten der Auslaßöffnung 33 und der Einlaßöffnung 32 durch die Mitte der Seitenöffnung 35 bei der Drehung des Kolbens überstrichen werden, die bei einem Arbeitsspiel mit vier Takten einmalig er¬ folgt, während das Schwungrad zwei Umdrehungen aus¬ führt.

Der Zusammenhang zwischen Kolbendrehung und der zwei¬ fachen Schwungraddrehung wird nun anhand der Fig. 4 erläutert, die den Zylinder 1 mit Kolben 3 im unteren Totpunkt mit Pleuelstange 12 und der Schale 5a des Schwungrades zeigt. Hierzu ist der Bewegungsablauf durch Einzeichnung des vereinfachten Schnittbildes des Lagerkopfes der Pleuelstange 12 in mehreren Positionen während einer Uiηdrehung des Schwungrades 5 dargestellt. Man erkennt, daß die Pleuelstange während einer halben Umdrehung des Schwungrades nur um 90° gedreht wurde, sie zeigt jetzt ihre Schmalseite nach oben, und der

Kolben 3 steht in seinem oberen Totpunkt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Mit der Pleuelstange ist auch der Kolben 3 um 90° gedreht worden. Nach einer weiteren halben Umdrehung des Schwungrades ergibt sich wieder das Bild der Fig. 4, jedoch die Pleuelstange 12 zeigt jetzt die andere Breitseite nach oben, da sie sich, und mit ihr der Kolben, um 180° gedreht hat.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausgestaltung der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Maschine durch ein schräg gestelltes Schwungrad 43, das auf einem entspre¬ chend schräg angeordneten Schwungradträger 44 gelagert ist. Es ergeben sich durch diese Abwandlung wesentliche Vorteile: Wie aus einem Vergleich von Fig. 1 und Fig. 5 ohne weiteres ersichtlich ist, fällt bei der Lösung gemäß Fig. 5 der maximale Winkel der Pleuelstangen 48 und 49 gegenüber ihren Kolbenachsen im Augenblick des unteren Totpunkts der Kolben wesentlich kleiner aus, wodurch die Seitenkraft auf die Kolben und die Lager geringer ausfällt. Bei gleicher Länge der Pleuelstangen läßt sich ein größerer Hub erreichen und das Schwung¬ radgehäuse 42 kleiner ausbilden.

Die Zylinder 40 und 41 sind einander gegenüberliegend versetzt mit parallelen Zylinderachsen auf dem Schwung- radgehäuse 42 angeordnet, in dem das Schwungrad 43 auf einem schräg liegenden Schwungradträger 44 gelagert ist. Das Schwungrad ist auch bei dieser Ausgestaltung zugleich Träger für einen Abtriebzahnkranz 45. Die Schwungradachse 46 liegt in einer Ebene mit den Zylin- der- und Kolbenachsen und bildet mit ihnen einen spit¬ zen Winkel. Die triebseitigen Enden der Pleuelstangen 48 und 49 besitzen je einen zylinderförmigen Kopf 50 und sind diagonal und exzentrisch in einem Pleueldreh¬ lager 52 dreh- und schwenkbar gelagert. Das Schwungrad 43 ist ähnlich wie bei der Grundausführung in den Fig. 1 und 2 aus zwei Schalen zusammengesetzt, zwischen denen das Pleueldrehlager 52 schwenkbar eingespannt ist. Das Pleueldrehlager 52 besteht aus zwei gleichen Teilen mit der in Fig. 5 als Schnittbild dargestellten Form mit zwei topfförmigen Aussparungen für die Lage- rung der zylinderförmigen Köpfe 50 der Pleuelstangen.

In Fig. 7 ist eine andere Ausgestaltung für die schräge Lagerung des Schwungrades 60 dargestellt. Der im Schwungradgehäuse 61 schräg angeordnete Schwungradträ- ger 62 besitzt eine zentrale Welle 63, auf der in der Mitte ein Abtriebzahnrad 64 und an den Seiten je ein Schwungradteil 65 und 66 befestigt sind. Beide Schwung¬ radteile weisen ein Pleueldrehlager 67 auf, das jeweils den Kopf einer Pleuelstange aufnimmt. Die Zylinder dieser Motoranordnung liegen auf einer Achse, ebenso wie im Augenblick des oberen Totpunkts der Kolben auch die Pleuelstangen.

Zur Gestaltung des Kolbens ist noch anzuführen, daß die Seitenöffnungen 35 durch Dichtleisten 39 und Kolbenrin¬ ge 38 gegenüber dem Zylinderraum abgedichtet sind. Die parallel zur Kolbenachse seitlich dicht an der Seiten¬ öffnung 35 in Nuten angeordneten Dichtleisten 39 erhal¬ ten durch auf dem Nutgrund liegende Blattfedern den erforderlichen Anpreßdruck an die Zylinderwand. Eine besonders vorteilhafte Maßnahme ergibt sich aus der neuartigen Anordnung der Kolbenringe 38, die mit ihrem in Drehrichtung des Kolbens vorlaufenden Ende in der Kolbennut eingespannt oder festgehalten sind. Diese Halterung kann durch einen am Ende des Kolbenringes rechtwinkelig befestigten Bolzen erfolgen, der in eine Bohrung des Kolbens faßt. Der Anpreßdruck der Kolben¬ ringe an der Zylinderwand wird durch die gleichzeitige Drehung des Kolbens erheblich reduziert, ohne die geforderte Abdichtung einzubüßen. Ein geringerer An¬ preßdruck der Kolbenringe am Zylinder erzeugt weniger Wärme und erfordert weniger Schmiermittel. Die durch¬ schnittliche Verbrennungstemperatur kann höher gewählt werden, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.

In Fig. 8 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Grundform des mit einem Schwungrad 5 ausgestatteten Boxermotors dargestellt, bei der die Funktion des Schwungrades durch eine Schwungscheibe 7 ersetzt ist, wodurch eine kostensparende Möglichkeit für die Anordnung mehrerer Boxermotore zu größeren Motorblöcken gegeben ist. Die Schwungscheibe 7 ist so gelagert, daß sie eine kreisförmig schwingende Bewegung ausführen kann, ohne selbst zu rotieren. Wie durch einen Vergleich mit Fig. 1 ersichtlich ist, sind die einander gegenüberliegenden Zylinder 1 und 2, die Kolben 3 und 4, die Pleuelstangen 12 und 13 mit ihrem Pleuelbolzen 16 und dem Führungsbund 20 unverändert gleich gestaltet. Der Pleuelbolzen 16 ist in der Mitte der in dieser mit einem Boxermotor bestückten Ausfüh¬ rung etwa rechteckförmigen Schwungscheibe 7 gelagert, die aus zwei einander gleichen spiegelbildlich zusam¬ mengesetzten Schwungscheibenteilen 7a und 7b besteht.

Die Schwungscheibe 7 ist mittels zweier Kurbeln 9a und 9b und ihren zugeordneten Achsen 21c und 21d im Motor¬ gehäuse 19 gelagert. Die Kröpfungen der Kurbeln 9a und 9b liefern die Lagerzapfen mit ihren Achsen 21a bzw. 21b für die Lagerung der Schwungscheibe 7, wobei die Achsen 21a und 21b in gleichen Abständen von der Achse 16a des Pleuelbolzens 16 auf der Mittellinie der Längs¬ ausdehnung der Schwungscheibe 7 angeordnet sind (Fig. 8a). Die im Motorgehäuse 19 (Fig. 8) gelagerte Achse 21c der oberen Kurbel 9a ermöglicht den Anschluß an den Abtrieb der Hubkolbenkraftmaschine, an den sich gewöhnlich ein Schaltgetriebe (nicht dargestellt) anschließt. Die an den beiden Kurbeln 9a und 9b geführ¬ te Schwungscheibe 7 wird nicht gedreht, sondern schwingt auf einem Kreisbogen, der durch den Radius der Bewegung der Kröpfung der Kurbeln 9a und 9b festgelegt ist, bzw. durch den Abstand der Achsen 21a und 21c bzw. der Achsen 21b und 21d bestimmt ist. Die um die Achse 21c rotierende Kurbel 9a, wie auch die um die Achse 21d rotierende Kurbel 9b sind beiderseits der Schwungschei¬ be 7 mit diametral zur Kröpfung angeordneten Aus- gleichsgewichten 24 ausgestattet, die einen 100 %-Mas- senausgleich der rotierenden und schwingenden Pleuel- und Schwungscheijbenmassen gestatten.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel der Hubkolben¬ kraftmaschine mit Schwungscheibe für ein Vierzylinder- odell dargestellt, d. h. mit zwei Boxermotoren. Da wesentliche Elemente dieses Vierzylindermodells gegen¬ über dem in Fig. 8 abgebildeten Zweizylindermodell mit einem Boxermotor identisch gleich ausgebildet sind, werden insoweit die gleichen Bezugszeichen verwendet. In Fig. 9 ist der untere Boxerm'otor mit den Zylindern 1 und 2 und seinen Kolben 3 und 4 im unteren Totpunkt und der obere Boxermotor mit seinen Zylindern 71 und 72 und den Kolben 73 und 74 im oberen Totpunkt abgebildet. Die Pleuelstangen 12 und 13 der Kolben 3 und 4 sind beider¬ seits am Pleuelbolzen 16 angelenkt, während die Pleu¬ elstangen 76 und 77 der Kolben 73 und 74 entsprechend mit dem Pleuelbolzen 79 verbunden sind. Aus der Zeich¬ nung ist auch ersichtlich, daß die Pleuelstangen 76 und 77 wie auch die Kolben 73 und 74 gegenüber den Pleu¬ elstangen und Kolben des unteren Boxermotors um 90° gedreht sind.

Die Schwungscheibe 70 besteht aus zwei einander glei¬ chen spiegelbildlich zusammengesetzten Schwungscheiben¬ teilen 70a und 70b, zwischen denen in Aussparungen Zahnräder gelagert sind. Die Pleuelbolzen 16 und 79 tragen auf ihrer Mitte je ein Zahnrad 80, die mit einem mittleren Zahnrad 81 in Eingriff stehen, wodurch dafür gesorgt ist, daß die Boxermotore im Gleichlauf arbei¬ ten. Die Schwungscheibe 70 wird wie die Schwungscheibe 7 in Fig. 8 mittels zweier Kurbeln 82 und 83 im Motor¬ gehäuse 84 gelagert. Es wird betont, daß die form¬ schlüssige Verbindung zwischen den Zahnrädern 80 der Pleuelbolzen 16 und 79 anstelle eines mittleren Zahnra- des 81 auch durch Ketten- oder Zahnriementriebe reali¬ siert sein können. Fig. 9a zeigt eine schematische Seitenansicht der Schwungscheibe 70 für das Vierzylin¬ dermodell der Fig. 9, bei der beiderseits der Schwung- Scheibe je zwei Zylinder vorgesehen sind. Das mitt¬ lere Zahnrad 81 sorgt für die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Zahnrädern 80 der Pleuelbolzen 16 und 79.

In den Fig. 10 und 10a ist ein Achtzylindermodell dargestellt. Fig. 10 gleicht weitgehend der Fig. 9 mit den Zylindern 1, 2 und 71, 72, da die in gleicher Anordnung im Hintergrund liegenden vier Zylinder 85, 86 (Fig. 10a) und 87, 88 (nicht dargestellt) verdeckt liegen, sie sind in den Figuren in Klammern angeführt. Die schrägkreuzförmige Schwungscheibe 90 ist mit vier Kurbeln 91 bis 94 im Motorgehäuse 84 gelagert. Die Lagerachse 95 der Kurbel 92 könnte als Welle für den Abtrieb verwendet werden.

Fig. 11 ist eine ^• perspektivische Darstellung eines der in den Boxermotoren verwendeten Kolben mit Pleuelstange und zeigt die Anordnung der Seitenöffnung 35 und Kol¬ benkopföffnung 37, zwischen denen der Gasleitkanal 36 (Fig. 2) angeordnet ist. Die Pfeile kennzeichnen die mit der Längsbewegung des Kolbens verbundene Drehbewe¬ gung sowie die abwechselnde Strömungsrichtung der Frisch- und Abgase im Gasleitkanal. Die Figuren 11a bis 11g veranschaulichen die vielge¬ staltigen Möglichkeiten der Anordnung der Boxermotore in Reihen- oder Kreisform, wobei sich die jeweils erforderlichen Getriebe im wesentlichen nur durch spezielle Schwungscheiben unterscheiden, die konstruk¬ tiv aus kostengünstigen Stanzteilen bestehen können.

Die anhand der Figuren 1 bis 10 beschriebenen Boxermo¬ tore waren Viertakter. Es wird nun ausgeführt, daß wesentliche Merkmale der Erfindung die Konstruktion eines Boxermotors als Zweitakter gestatten, wie in Fig. 12, 12a und 13 dargestellt ist. Die in diesen Figuren abgebildete Ausführung des Boxermotors mit Umkehrspü¬ lung ist eine Abwandlung der in den Fig. 5 und 6 darge¬ stellten Ausführung mit schräg gelagertem Schwungrad. Das Schwungrad 100 (Fig. 12) schneidet mit seiner Achse 101 die gemeinsame Kolbenachse 102 mittig. Die Zylinder 104 und 105 sind mit einer verhältnismäßig großen Einlaßöffnung 107 und mehreren kleinen Auslaßschlitzen 108 (Fig. 12a) versehen und je mit einer seitlich angeordneten Zündkerze 110 ausgestattet. Die Kolben 111 und 112 (Fig. 12) sind, wie bereits mit Fig. 1 und Fig. 2 bei den Viertakt-Boxermotoren beschrieben und in Fig. 11 perspektivisch dargestellt, mit einer Seitenöffnung im mittleren Bereich des Kolbenmantels und mit einem Gasleitkanal zu einer Kolbenkopföffnung versehen. Bei der in Fig. 12 dargestellten Lage der Kolben im unteren Totpunkt (Gaswechsel) befindet sich die Seitenöffnung des Kolbens vollständig im Bereich der Einlaßöffnung 107, so daß das Frischgas einströmen und die verbrann¬ ten Gase durch die Auslaßschlitze 108 abgeführt werden können. In Fig. 13 stehen die Kolben im oberen Tot- - 1 5 -

punkt, in dem die Zündung erfolgt. Der Kolben wird während eines Hubes um 180° gedreht, d. h. daß der Kolben während einer Umdrehung des Schwungrades 100 ebenfalls einmal gedreht wird.

In den Fig. 14 und 15 ist eine .weitere Ausgestaltung für einen Boxermotor als Zweitakter mit Querspülung dargestellt. In Abwandlung zu den Fig. 12 und 13 ist der Zylinder 113 genau gegenüber einer Einlaßöffnung 114 mit einer Auslaßöffnung 115 ausgestattet. Der Kolben 116 ist in Abwandlung zu dem in Fig. 11 darge¬ stellten Kolben mit zwei einander gegenüberliegenden Seitenöffnungen mit Gasleitkanal zu Kolbenkopföffnungen 117 versehen (Fig. 14a). Fig. 14 zeigt den Augenblick des Gaswechsels im unteren Totpunkt und Fig. 15 den Augenblick der Zündung nach 90° Drehung des Kolbens 116. Der Kolben wird während eines Arbeitsspiels um 180° gedreht. Das hat den Vorteil, daß das kühle Frischgas im Bereich des unetren Totpunkts abwechselnd durch beide Öffnungen und Gasleitkanäle im Kolben 116 strömt und das verbrannte Gas durch die jeweils gegen¬ überliegende Auslaßöffnung 115 drückt. Bei entsprechen¬ der Kolbenlänge können die Ein- und Auslaßöffnungen bzw. Schlitze parallel zur Kolbenachse breit gestaltet werden. Beide Kolbenöffnungen erhalten abwechselnd eine Kühlung durch das Frischgas und sorgen für eine günsti¬ ge Arbeitstemperatur des Kolbens.

Mit den Merkmalen der Erfindung für die Umsetzung der Hubbewegung eines Kolbens in einem Zylinder kombiniert mit einer gleichzeitigen Drehung des Kolbens bietet sich eine Anwendung dieser Funktion für die Konstruk¬ tion einer Kolbenpumpe oder eines Kolbenkompressors an. In Fig. 16 ist die in Fig. 4 angegebene Konstruktion abgewandelt dargestellt, indem der Zylinder 120 mit vier Ein- bzw. Ausgängen versehen und auf die Anordnung einer Zündkerze verzichtet wurde. Die Eingänge 121 und die Ausgänge 122 sind im mittleren Bereich des Zylin¬ dermantels auf gleicher Höhe gegeneinander abwechselnd um 90° versetzt angeordnet (Fig. 16a). In Fig. 16 ist der Kolben in seinem unteren Totpunkt dargestellt, und die Seitenöffnung des Kolbens befindet sich vor dem unteren Eingang 121. Nach einer halben Drehung des

Schwungrades 123 und der gleichzeitig erfolgten Drehung des Kolbens 124 um 90° steht der Kolben 124 in seinem oberen Totpunkt, und die Seitenöffnung des Kolbens 124 vor dem auf der Rückseite des Zylinders 120 befind- liehen Ausgang 122. Nach einer weiteren halben Umdre¬ hung des Schwungrades 123 und Drehung des Kolbens 124 um weitere 90° ist der Raum über dem Kolben 124 über die Seitenöffnung mit dem oberen Eingang 121 verbunden. Hieraus ist ersichtlich, daß bei zwei Umdrehungen des Schwungrades 123 und zwei Hüben des Kolbens 124 der

Raum über dem Kolben 124 zweimal mit den Eingängen 121 und Ausgängen 122 des Zylinders 120 verbunden sind. Die beschriebene Konstruktion einer Kolbenpumpe oder eines Kompressors kann anstelle eines Schwungrades 123 auch vorteilhaft mit einer Schwungscheibe gemäß den Figuren 8 bis 10 ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraft¬ maschine, deren Kolben über eine Pleuelstange mit einem Kurbeltrieb verbunden ist, der mit einem Schwungrad ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das triebseitige Ende der Pleuelstange (12) am Schwungrad (5) dreh- und schwenkbar exzentrisch zur Schwungradachse (18) gelagert ist, die in einer Ebene parallel mit der Kolbenachse (6) verläuft, wobei der Abstand der beiden Achsen so gewählt ist, daß die Achse (16a) der Lagerung des Pleuelbolzen (16) im Schwungrad (5) im oberen Totpunkt des Kol¬ bens (3) im Zylinder (1) in Richtung der Kolbenachse (6) zu liegen kommt und daß ein Arbeitsspiel der Maschine durch zwei Schwungradumdrehungen abläuft, wobei durch Drehung des Kolbens (3) um seine Läng¬ sachse die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (32, 33) des Zylinders mit einer Öffnung im Kolben (3) mit dem Brennraum verbunden sind.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Gleichtakt als Boxermotoren arbeitende Maschineneinheiten, deren Zylinderachsen mitein- ander fluchten, wobei die Pleuelstangen (12, 13) an einem gemeinsamen exzentrisch im Schwungrad (5) gelagerten Pleuelbolzen (16) angelenkt sind.

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (5) aus zwei gleichen spiegelbildlich angeordneten und miteinan¬ der verbundenen Schalen (5a und 5b) besteht, deren gemeinsame Bohrung (26) für die Lagerung des Pleuel- bolzens (16) beidseitig der aneinanderliegenden

Verbindungsflächen der Schalen Aussparungen (23) für einen mittig angeordneten Führungsbund (20) des Pleuelbolzens (16) aufweisen.

4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche des Schwungrades (5) ein Abtriebzahnkranz (29) zum Anschluß weiterer Boxermotoren und eines Getriebes befestigt ist.

5. Hubkolbenmaschine mit zwei Zylindern in Boxeranord¬ nung von gegenläufigen Kolben, die mit je einer Pleuelstange mit einem Kurbeltrieb verbunden sind, der mit einem Schwungrad ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (40 und 41) einan¬ der gegenüberliegend versetzt mit parallelen Zylin¬ derachsen an₍einem Schwungradgehäuse (42) angeordnet sind, in dem auf einem schräg zu den Zylinderachsen liegenden Schwungradträger (44) das Schwungrad (43) mit einem Abtriebzahnkranz (45) gelagert ist, wobei die Schwungradachse (46) in der Ebene der Zylinderachsen liegt und daß die triebsei- tigen Enden der Pleuelstangen (48) im Schwungrad (43) dreh- und schwenkbar diagonal und exzentrisch gelagert sind. -

6. Hubkolbenmaschine mit zwei Zylindern in Boxeranord¬ nung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder fluchtend auf einem Schwungradgehäuse (61) angeordnet sind, in dem auf einem schräg zu den Zylinderachsen liegenden Schwungradträger (62) ein Abtriebzahnrad mit zwei symmetrisch angeordneten Schwungradteilen (65, 66) dreh- und schwenkbar diagonal und exzentrisch gelagert sind.

7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben ein Gasleitkanal (36) von einer Kolbenkopföffnung (37) zu einer Seitenöff¬ nung (35) im mittleren Bereich des Kolbenmantels führt und die Seitenöffnung zwischen oberen und unteren Kolbenringen angeordnet ist, und daß in

Nuten federnd gelagerte und parallel zur Kolbenachse angeordnete Dichtleisten (39) die Seitenöffnung (35) beidseitig gegen den Zylinderraum abdichten.

8. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringe (38) an ihrem in Drehrichtung des Kolbens vorlaufenden Ende in der Kolbenringnut beweglich eingespannt sind. 20

9. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (32) für das Frischgas und die Auslaßöffnung (33) für das Abgas um 90° versetzt auf gleicher Höhe am Zylinder angeordnet sind.

10. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das

Schwungrad (5) in Gestalt einer an mindestens zwei Kurbeln (9) gelagerten und kreisförmig schwingenden Schwungscheibe (7) realisiert ist, wobei eine zur. gemeinsamen Kolbenachse (6) der Kolben (3; 4) parallel liegenden Achse (16a) des Pleuelbolzens (16) derart auf einem Kreisbogen geführt ist, daß in der oberen Totlage der Kolben (3; 4) in den Zylindern (1; 2) die Pleuelkolbenachse (16a) mit der Kolbenachse (6) fluchtet und daß die Kurbeln (9) im Maschinengehäuse (19) gelagert sind und eine Kurbellagerwelle (21c) als Abtrieb dient.

11. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwei oder mehrere Boxermotore mit ihren Pleuelbolzen (16, 79) in der Schwungscheibe (7, 70, 90) gelagert sind, wobei jeder Pleuelbolzen (16, 79) mit einem Zahnkranz (80) ausgestattet ist, die formschlüssig miteinander verbunden sind.

12. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Zahnkränze (80) durch ein mittle¬ res Zahnrad (81, 84) miteinander formschlüssig verbunden sind.

13. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbeln (9, 82, 83, 91 bis 94) mit Massenausgleichsgewichten (24) ausgestattet sind.

14. Hubkolbenmaschine mit zwei Zylindern in Boxeranord¬ nung mit gegenläufigen Kolben, die mit je einer Pleuelstange mit einem Kurbeltrieb verbunden sind, der mit einem Schwungrad ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (104, 105) fluch¬ tend auf einem Schwungradgehäuse angeordnet sind, daß das Schwungrad (100) in einem schräg zu den Zylinderachsen liegenden Schwungradträger gelagert ist, wobei die Achse (101) des Schwungrades (100) die gemeinsame Kolbenachse (102) mittig schneidet, daß sich die Seitenöffnung der Kolben (111, 112) im unteren Totpunkt im Bereich der Einlaßöffnung (107) befindet und der Kolbenkopf gleichzeitig mehrere im Zylindermantel in gleicher Höhe angeordnete Auslaß¬ schlitze (108) freigibt, und daß die Seitenöffnung der Kolben im oberen Totpunkt vor einer seitlich im Zylinder angeordneten Zündkerze (110) steht.

15. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Zylinder (113) diametral gegenj- über einer Einlaßöffnung (114) eine Auslaßöffnung (115) aufweist, daß der Kolben (116) mit zwei KolbenkopfÖffnungen (117) mit je einem Gasleitkanal zueinander gegenüberliegenden Seitenöffnungen derart versehen sind, daß die Seitenöffnungen im unteren Totpunkt vor den Einlaß- bzw. Auslaßöffnun¬ gen (114 bzw. 115) und im oberen Totpunkt nach o einer Drehung um 90 vor einer Zündkerze stehen.

16. Hubkolbenmaschine für die Verwendung als Pumpe oder Kompressor, dessen Kolben über eine Pleuelstange mit einem Kurbeltrieb verbunden ist, der mit einem Schwungrad bzw. einer Schwungscheibe ausgestattet ist, wobei das Schwungrad mit einer Umdrehung einen Hub des Kolbens mit gleichzeitiger Drehung um 180° veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (120) im mittleren Bereich des Zylindermantels mit vier auf gleicher Höhe gegeneinander abwechselnd um 90° versetzt angeordneten Ein- bzw. Ausgängen (121 bzw. 122) versehen ist, so daß sich die Seitenöff¬ nung des Kolbens (124) bei der Bewegung vom oberen zum unteren Totpunkt abwechselnd vor den beiden Eingängen (121) und bei der Bewegung vom unteren zum oberen Totpunkt abwechselnd vor den beiden Ausgängen (122) befindet.