Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung von Linearbewegungen wenigstens eines Kolbens in eine umlaufende Drehbewegung einer Welle.

Derartige Vorrichtungen sind als Schubkurbelgetriebe bekannt, bei denen der Kolben schwenkbar mit einer Treibstange verbunden ist, deren freies Ende an einer auf der Welle angeordneten Kurbel drehbeweglich angelenkt ist. Die als Schubkurbel ausgebildeten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß durch das Ausschwenken der Treibstange aus der vom Kolben ausgeführten Bewegungsrichtung Druckkräfte auf eine den Kolben führende Führungsfläche, beispielsweise auf eine Zylinderwand ausgeübt werden. Die Druckkräfte bewirken eine Erhöhung der Reibung, die den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der bekannten Schubkurbelgetriebe nachteilig begrenzen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schubkurbelgetriebe besteht darin, daß einerseits die für die Kraftbeaufschlagung günstigste Stellung des Kolbens im Bereich seines oberen Wendepunktes liegt, aber andererseits das in dieser Kolbenstellung auf die Welle übertragbare Drehmoment aufgrund der gestreckten Stellung der Treibstange zur Kurbel maximal klein ist. Das hat zur Folge, daß die in den Kolben eingeleitete Antriebskraft nicht optimal auf die Welle übertragen wird, so daß dieser Nachteil maßgeblich zur Begrenzung der mit den Schubkurbelgetrieben erreichbaren Wirkungsgrade führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit der der Wirkungsgrad verbessert ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens eine Treibstange des Kolbens über eine quer zur Kolbenbewegung wirkende Geradführung mit dem freien Ende einer auf der Welle angeordneten Kurbel gelenkig verbunden ist. Die kinematischen Bewegungsabläufe entsprechen damit denen einer Kreuzschubkurbel.

Durch die einem Kreuzschubkurbeltrieb ähnliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Treibstange mit dem Kolben fest bzw. starr verbunden werden, woraus sich der Vorteil ergibt, daß bei entsprechender Führung der Treibstange, die konstruktiv, unkompliziert und einfach ausführbar ist, keine Seitenkräfte auf den Kolben einwirken. Dies führt zu verminderter Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand und somit zu entsprechender Verbesserung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß jede Kurbel eine auf der Welle exzentrisch angeordnete Scheibe ist. Die Scheibe ist auf einer geraden, durchgehenden Welle fest montiert, die über Lager in einem Maschinengestell abgestützt ist. Zur Befestigung der Scheibe auf der Welle weist die Scheibe eine exzentrische Bohrung auf. Die Kurbel ist somit in das als Scheibe ausgebildete Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung integriert. Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, daß mit jeder Scheibe und jeweils einem die Scheibe einfassenden Gehäuse ein Drehlager ausgebildet ist. Die Peripherie der Scheibe bildet den Innenring des Lagers aus oder trägt den Innenring. Das Gehäuse hat eine Aufnahme für die Scheibe, wobei die Innenfläche dieser Aufnahme den Außenring des Lagers ausbildet oder aufnimmt.

Die Übertragung vertikaler und/oder horizontaler Antriebskräfte auf die Scheibe erfolgt durch das beispielsweise als Mehreckscheibe ausgebildete Gehäuse, welches die Scheibe als Außenring des Lagers fest umklammert. Damit das Gehäuse die Exzenterbewegung der Scheibe nur soweit mitmacht, wie es zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems erforderlich ist, wird es über Zahnräder und Gleitachsen geführt. Jedes Drehlager ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Wälzlager. Wälzlager haben den Vorteil, daß sie vergleichsweise wartungsarm sind und mit geringer Reibung laufen. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen mit Gleitlagern möglich.

Nach einer anderen Weiterbildung ist jeder Kolben in einem Arbeitszylinder einer Kraftmaschine angeordnet. Als Kraftmaschinen sind alle Maschinen geeignet, die auf Kolben mit Hilfe eines erzeugbaren Expansionsdruckes Kräfte ausüben, die den Kolben im Arbeitszylinder verschieben und somit über die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Umsetzung dieser Linearbewegungen der Kolben in eine umlaufende Drehbewegung einer Welle ermöglichen. Mit besonderem Vorteil eignet sich als Kraftmaschine eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Otto- oder Dieselmotor. Durch Mehrfachanordnung erfindungsgemäßer Vorrichtungen mit wenigstens einer gemeinsamen Welle läßt sich auch ein Mehrzylindermotor realisieren.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen jedem Kolben und der ihm jeweils zugeordneten Geradführung wenigstens eine in Längsrichtung der Treibstange wirkende, eine Abstandsänderung zwischen Kolben und Geradführung ermöglichende Auszieheinrichtung angeordnet. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine, ermöglicht die Auszieheinrichtung die Verlegung des Zündzeitpunktes in den Arbeitszylindern auf eine solche Kurbelstellung, bei der ein im jeweiligen Arbeitszylinder anstehender Expansionsdruck in optimale Drehmomente umgesetzt wird. Die Mechanik der Auszieheinrichtung ermöglicht es mit Vorteil, die Zündpunkte vom höchsten Kolbenstand, bei dem sich Schubstange und Kurbel in gestreckter Stellung zueinander befinden, in den Bereich der Weiterdrehung der Kurbel zu verlegen, ohne daß der Kolben dieser Weiterbewegung der Kurbel folgt. Der obere Wendepunkt des Kolbens definiert die sogenannte O°-Stellung der Kurbel und folglich definiert der untere Wendepunkt des Kolbens die 180°-Stellung. Bezogen auf diese Definition ist ein maximales Drehmoment bei einer Kurbelstellung von 90°, also dann, wenn die Kurbel im rechten Winkel zum Hubweg des Kolbens steht, gegeben. Mit besonderem Vorteil schlägt die Erfindung vor, den Zündzeitpunkt in die 45°-Stellung der Kurbel zu legen. Die durch die Zündung entstehende Druckwelle wird von der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem auf die 45°-Stellung folgenden Drehabschnitt von etwa 90° bis auf die 135°-Stellung der Kurbel optimal auf die Welle übertragen. In einem nachfolgenden Drehbereich von etwa 90° bis auf die 225°-Stellung der Kurbel kann die Zündung eines nächsten Kolbens erfolgen, womit eine maximale Ausnutzung der Kolbenkräfte durch die Vorrichtung erreicht wird. Die vorbeschriebene 45°-Stellung der Kurbel, bei der die Zündung erfolgen soll, ist lediglich als bevorzugte Kurbelstellung innerhalb eines Bereiches von 0° - 90° zu sehen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist jede Auszieheinrichtung durch eine Teilung der zugehörigen Treibstange in wenigstens zwei gegeneinander längsverschiebbare Treibstangenabschnitte und durch mindestens eine dem zugehörigen Kolben zugeordnete Halteeinrichtung ausgebildet. Selbst¬ verständlich sind auch eine andere Ausgestaltungen der Auszieheinrichtung denkbar, mit denen eine Abstandsänderung zwischen Kolben und Geradführung gewährleistet ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die längsver- schiebbaren Treibstangenabschnitte als wenigstens eine Teleskopführung ausgebildet.

Die Halteeinrichtung, die zusammen mit den Treibstangenabschnitten die Auszieheinrichtung bildet, sorgt mit Vorteil dafür, daß der Kolben, nach Passieren seines oberen Wendepunktes, der durch die sich weiterdrehende Kurbel bewirkten Abwärtsbewegung, nicht sofort, sondern zeitverzögert folgt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Halteeinrichtung sieht vor, sie als eine Kulissenführung auszubilden, die wenigstens eine Gleitbahn und wenigstens einen entlang der Gleitbahn geführten Gleitstein aufweist. Der Kolben ist über den Gleitstein an der Gleitbahn abgestützt. Die Gleitbahn weist einen vorbestimmten Verlauf auf, der zur Steuerung der Auszieheinrichtung dient. Die Gleitbahn erfüllt die Funktion einer Steuerkurve. Der Kolben greift über den Gleitstein in die Gleitbahn ein, so daß der Kolben aufgrund der Steuerkurve nicht mehr unmittelbar der Bewegung des um die Welle exzentrisch bewegten Gehäuses folgt.

Mit besonderem Vorteil sind der Kolben und der ihm zugehörige Gleitstein über einen der Treibstangenabschnitte miteinander verbunden. Vorzugsweise ist der Kolben mit dem Treibstangenabschnitt verbunden, der am Kolben fest bzw. unbeweglich angeordnet ist. Dabei ist der jeweils verbleibende Treibstangenabschnitt mit seinem freien Ende an der Geradführung angeordnet, bzw. bildet sein freies Ende ein Teil der Geradführung aus.

Um eine besonders effektive Wirkungsweise der Auszieheinrichtung zu erreichen, ist jede Gleitbahn etwa parallel zur zugeordneten Geradführung und etwa quer zur zugeordneten Treibstange ausgerichtet und an dem Gehäuse angeordnet.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist jedem Arbeitszylinder ein die Verbrennungsluft vorverdichtender Parallelzylinder zugeordnet. Diese Zuordnung eines Parallelzylinders hat den Vorteil, daß der Arbeitstakt des Arbeitszylinders zeitgleich mit dem Ansaugtakt des Parallelzylinders verläuft, während der Verdichtungstakt des Parallelzylinders zeitgleich mit dem Ausschubtakt des Arbeitszylinders verläuft. Durch jeden parallel zum Arbeitskolben mitbewegten Parallelkolben, der vorzugsweise kleiner als der Arbeitskolben ist, kann die angesaugte Luft komprimiert werden, und über einen Mechanismus, der beispielsweise als Ventilmechanismus ausgebildet ist, in den Arbeitszylinder etwa bei höchster Stellung seines Kolbens überströmen. Entsprechend der kleineren Luftmenge kann mit einem reduzierten Kraftstoffverbrauch dennoch nach Zündung der gleiche Druck im Arbeitszylinder im Vergleich zum Kurbelwellenmotor erreicht werden.

Die nach der Erfindung gestaltete Verbrennungskraftmaschine ermöglicht es, ein vorbestimmtes Volumen eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches auf mehrere Arbeitszylinder aufzuteilen, die einer einzigen Kurbel zugeordnet sind.

Statt eines vorverdichtenden Parallelzylinders kann eine Vorverdichtung auch auf andere Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise mit einem Kompressor.

Auch dem jeweiligen Parallelzylinder ist in gleicher Weise, wie dem Arbeitszylinder, eine Auszieheinrichtung zugeordnet, welche ebenfalls die Abstandsänderung zwischen dem Kolben und der Geradführung ermöglicht. Selbstverständlich ist auch wieder eine Kulissenführung für die Steuerung der Auszieheinrichtung vorgesehen. Jedem Gehäuse können mehrere Kolben zugeordnet sein, von denen jeder einmal pro Umdrehung der Welle mit Expansionsdruck durch eine Zündung beaufschlagt wird. An einem Gehäuse lassen sich somit auch mehrere Bauformen üblicher Verbrennungsmotore verwirklichen, beispielsweise Boxermotor, Sternmotor usw.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere jeweils aus Scheibe und einfassendem Gehäuse bestehende Drehlager hintereinander auf einer Welle anzuordnen. Damit läßt sich auch die Bauart eines Mehrzylinderreihenmotors verwirklichen und mit Vorteil ist die Möglichkeit gegeben, Verbrennungskraftmaschinen in Modulbauweise herzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Umsetzung von Linearbewegungen in eine umlaufende Drehbewegung einer Welle

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Verbrennungskraftmaschine in einer Schnittansicht quer zur Welle, und

Fig. 3: eine Teilansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 in einem Längsschnitt.

In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Umsetzung von Linearbewegungen in eine umlaufende Drehbewegung einer Welle 1 dargestellt. Der Welle 1 ist eine Kurbel zugeordnet, die als auf der Welle 1 exzentrisch angeordnete Scheibe 2 ausgebildet ist. Mit jeder Scheibe 2 und mit jeweils einem die Scheibe 2 einfassenden Gehäuse 3 ist ein Drehlager 4 ausgebildet. Jedes Drehlager 4 ist ein Wälzlager mit Wälzkörpern 5. In Fig. 1 ist angedeutet, daß das Gehäuse 3 eine Anzahl von vier Geradführungen 6, 6', 6", 6'" aufweist. Jede Geradführung 6, 6', 6", 6'" besteht aus einer Führungsstange 7, 7', 7", T" und einem an der jeweiligen Führungsstange längsverschiebbar gehaltenen Kloben 8, 8', 8", 8'". Nachfolgend noch näher erläuterte Kolben von im Maschinengestell 9 angeordneten Arbeitszylindern einer Kraftmaschine greifen mit ihren Treibstangen an einem jeweils zugeordneten Kloben 8, 8', 8", 8'" an. Das Maschinengestell 9 dient auch der Abstützung der Welle 1.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bei einer Verbrennungskraftmaschine. In dem Maschinengestell 9 sind Arbeitszylinder 10, 10', 10", 10'" angeordnet. In jedem Arbeitszylinder ist ein Kolben 11 , 11', 11 ", 11 "' hubbeweglich geführt. Jeder Kolben 11 , 11 ', 11 ", 11 '" weist eine Treibstange 12, 12', 12", 12'" auf. Die freien Enden jeder Treibstange sind über die jeweils zugeordnete Geradführung 6, 6', 6", 6'" mit der auf der Welle 1 angeordneten Kurbel gelenkig verbunden, die hier als auf der Welle exzentrisch angeordnete Scheibe 2 ausgebildet ist. Zwischen jedem Kolben 11 , 11 ', 11 ", 11 '" und der ihm jeweils zugeordneten Geradführung 6, 6', 6", 6'" ist eine in Längsrichtung der Treibstange 12, 12', 12", 12'" wirkende, eine Abstandsänderung zwischen Kolben und Geradführung ermöglichende Auszieheinrichtung angeordnet. Jede Auszieheinrichtung ist durch eine Teilung der ihr zugeordneten Treibstange 12, 12', 12", 12'" in zwei gegeneinander längsverschiebbare Treibstangenabschnitte 13, 13', 13", 13'" und 14, 14', 14", 14'" und durch mindestens eine dem zugehörigen Kolben 11 , 11 ', 11 ", 11 '" zugeordnete Halteeinrichtung 15, 15', 15", 15'" ausgebildet. Die längsverschiebbaren Treibstangenabschnitte 13, 13', 13", 13'" bzw. 14, 14', 14", 14'" liegen hier in Form einer Teleskopführung vor.

Jede Halteeinrichtung 15, 15', 15", 15'" ist eine Kulissenführung, die eine Gleitbahn 16, 16', 16", 16'" und einen entlang der Gleitbahn geführten Gleitstein 17, 17', 17", 17'" aufweist. Die Kolben 11 , 11', 11 ", 11"' sind über die ihnen jeweils zugeordneten Gleitsteine 17, 17', 17", 17'" an den Gleitbahn 16, 16', 16", 16'" abgestützt. Die Kolben 11 , 11', 11 ", 11 "' und die ihnen jeweils zugeordneten Gleitsteine 17, 17', 17", 17'" sind über die Treibstangenabschnitte 13, 13", 13", 13'" miteinander verbunden.

Jede Gleitbahn 16, 16', 16", 16'" ist etwa parallel zur zugeordneten Geradführung 6, 6', 6", 6'" und etwa quer zur zugeordneten Treibstange 12, 12', 12", 12'" ausgerichtet und an dem Gehäuse 3 angeordnet.

Jedem Arbeitszylinder 10, 10', 10", 10'" ist ein die Verbrennungsluft vorverdichtender Parallelzylinder 18, 18', 18", 18'" zugeordnet. Zwischen jedem, dem jeweiligen Parallelzylinder 18, 18', 18", 18'" zugeordneten Kolben 19, 19', 19", 19'" und der ihm jeweils zugeordneten Geradführung 6, 6', 6", 6'", ist eine in Längsrichtung der Kolbenstange 20, 20', 20", 20'" wirkende, ebenfalls die Abstandsänderung zwischen dem Kolben 19, 19', 19", 19'" und der Geradführung 6, 6', 6", 6'" ermöglichende Auszieheinrichtung angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Ausführung gemäß Fig. 2 in einem Längsschnitt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Fig. 3 läßt erkennen, daß mehrere jeweils aus einer Scheibe 2, 2' und einem einfassenden Gehäuse 3, 3' bestehende Drehlager 4, 4', hintereinander auf der Welle 1 angeordnet sind.