Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
STARTER MOTOR FOR AN ENGINE WITH A FREE FLOATING STEPPED PISTON
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1990/015231
Kind Code:
A1
Abstract:
In a starter motor for an axial-piston engine with a stepped piston (14), two variable-length belt elements (98, 100) pass around an exentric element (92, 94, 96). The belt elements are connected directly or indirectly to interspaced points (114, 116) on the stepped piston.

Inventors:
STELZER FRANK (IE)
Application Number:
PCT/EP1990/000867
Publication Date:
December 13, 1990
Filing Date:
May 31, 1990
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
STELZER FRANK (IE)
International Classes:
F02B71/02; F02B75/04; F02N11/00; (IPC1-7): F02B71/02
Foreign References:
US4372256A1983-02-08
US4803960A1989-02-14
EP0148078A21985-07-10
Attorney, Agent or Firm:
Stoffregen, Hans-herbert (Hanau, DE)
Download PDF:
Claims:
oPatentansprüche
1. Anlasser für einen einen freifliegenden Stufenkolben aufweisenden Motor. Anlasser für einen einen freifliegenden Stufenkolben (14) aufweisenden Motor umfassend ein um eine Achse (90) drehbares Exzenterelement (92, 94, 96), über das eine Translationsbewegung auf den Stufenkolben übertragbar ist, dadurch gekennze ichnet, daß von dem Exzenterelement (92, 94, 96) zumindest zwei im erforderlichen Umfang längenveränderbare Übertragungselemente (98, 100) ausgehen, die zu beiden Seiten der Achse (90) mittelbar oder unmittelbar mit dem Stufenkolben wechselwirken.
2. Anlasser nach Anspruch 1, dadu rch gekennze ichnet, daß die Übertragungselemente mit einem entlang des Stufenkolbens (14) hin und herbewegbaren Schlitten (74) verbunden sind, der seinerseits mittelbar oder unmittelbar mit dem Stufenkolben (14) wechselwirkt.
3. Anlasser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (98, 100) ein in einem Umfang nachgebendes Element ist, durch das die in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenterele¬ mentes (92, 94, 96) erfolgende Abstandsänderung zwischen den Verbindungs¬ punkten des Übertragungselementes am Exzenterelement bzw. dem Schlittenele ment (74) ausgleichbar ist.
4. Anlasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (98, 100) ein Riemen wie stahlbewehrter Riemen ist.
5. Anlasser nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennze ich n et, daß von dem Schlittenelement (74) sich entlang des Stufenkolben (14) erstreckende Kolben (110, 112) aufgenommen sind, die zur Übertragung der Translationsbewegung mittelbar oder unmittelbar auf den Stufenkolben einwirken.
6. Anlasser nach Anspruch 5, dadu rch gekennzeichnet, daß die Kolben (110, 112) zum Wechselwirken mit dem Stufenkolben (14) oder von diesem ausgehenden Abschnitten (114, 116) druckmittelbeaufschlagt sind.
7. Anlasser nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichn et, daß die Kolben (110, 112) von einem gemeinsamen Druckraum (118) ausgehen.
8. Anlasser nach zumindest Anspruch 6, d adurch gekennzeichn et, daß die Kolben (110, 112) entgegen der Druckmittelbeaufschlagung federbeauf¬ schlagt sind.
9. Anlasser nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (110, 112) eine Hubbegrenzung aufweist, die durch einen in dem Kolben verlaufenden Längschlitz oder kanal (122) mit in diesem (V eingreifendem von dem Schlittenelement (74) ausgehendem Anschlagelement (124) wie Bolzen gebildet ist.
10. Anlasser nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (98, 100) über Scheibenelemente (94, 96, 102, 104) geführt sind, von denen die an dem Schlittenelement (74) angeordneten zum Spannen der Übertragungselemente verstellbar ausgebildet sind.
11. Anlasser nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (110, 112) zum Entkuppeln des Anlassers in Ausgriff mit dem Stufenkolben bzw. den von diesem ausgehenden Abschnitten (114, 116) gelangen.
12. Anlasser nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente scheinbar dadurch verlängerbar sind, daß die zur Übertragung der Translationsbewegung von dem Stufenkolben (14) ausgehenden Abschnitte (36, 38) im erforderlichen Umfang elastisch und /oder federnd ausgebildet sind.
13. Anlasser nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (98, 100) um Scheibenelemente (94, 96, 102, geführt sind, die im wesentlichen unverdrehbar angeordnet sind.
14. Anlasser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement zumindest ein die Übertragungselemente (98, 100) führendes Scheibenelement (94, 96) aufweist, zu dem eine exzentrisch gelagerte Welle (92) drehbar ist. ß .
15. Anlasser nach vorzugsweise zumindest Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die dem Stufenkolben (14) durch den Anlasser aufgeprägte Linearbewe¬ gung ausschließlich durch abwechselnde Zugbeanspruchung der flexiblen Übertragungselemente (98, 100) hervorrufbar ist.
Description:
Beschreibung

Anlasser für einen einen freifliegenden Stufenkolben aufweisenden Motor.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anlasser für einen einen freifliegenden Stufenkolben aufweisenden Motor umfassend ein um eine Achse drehbares

Exzenterelement, über das eine Translationsbewegung auf den Stufenkolben übertragbar ist.

Ein Motor mit freifliegendem Stufenkolben ist der DE-A-30 29 287 zu entnehmen. Dieser als "Stelzer"-Motor bekannte Motor ist konstruktiv einfach aufgebaut und besteht nur aus wenigen Einzelteilen. Daher ist ein universeller Einsatz möglich, wobei die bei der Verbrennung gewonnene Kraft unmittelbar durch die Kolbenstufen in Arbeit umsetzbar ist. Der Stufenkolben kann axial durchbohrt sein, um durch diesen z.B. eine Flüssigkeit zu pumpen.

Um den Stufenkolben in Schwingung zu versetzen, um also den Motor anzulassen, ist es bekannt, daß ein Bolzen in eine seitlich in einem Bereich des Stufenkolbens vorhandene Ausnehmung eingreift, wobei der Bolzen selbst von einer Exzenterscheibe ausgeht. Anlasser und Stufenkolben bilden folglich eine im wesentlichen starre Einheit, wodurch die Gefahr besteht, daß der Bolzen abreißt (s. z.B. DE-A-38 20 240).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Anlasser der eingangs beschriebenen

Art so weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau gewährleistet ist, daß der

Stufenkolben in die gewünschte Frequenz versetzbar ist, ohne daß die Gefahr eines Beschädigens oder Abreißens von ineinandergreifenden Teilen erwächst. Auch soll ein

leichtes Entkoppeln von Anlasser und Stufenkolben möglich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß von dem Exzenterelement zumindest zwei im erforderlichen Umfang längenveränderbare Übertragungselemente ausgehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Achse entweder mit einem entlang des Stufenkolbens hin- und herbewegbaren Schlittenele¬ ment verbunden sind, das seinerseits mittelbar oder unmittelbar mit dem Stufenkolben verbunden ist, oder unter Umgehung des Schlittenelements auf Abschnitte des Stufenkolbens zum Aufprägen einer Hin- und Herbewegung einwirken.

10

Dabei ist das Übertragungselement ein in einem Umfang nachgebendes Element, durch das die in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenterelementes erfolgende Abstandsänderung zwischen den Verbindungspunkten des Übertragungselementes am Exzenterelement und Sehlittenelement bzw. Stufenkolbenabschnitten ausgleichbar ist. 15 Vorzugsweise handelt es sich bei dem Übertragungselement um einen Riemen wie stahlbewehrten Riemen.

Erfindungsgemäß wird bevorzugterweise über die z.B. als Riemenelemente ausgebilde¬ ten Übertragungselemente eine von einem Exzenterelement wie Exzenterscheibe bzw. - 20 Scheiben übertragene Rotationsbewegung auf einen Schlitten übertragen, der ausschließlich entlang des Stufenkolbens hin- und herbewegbar ist. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Schlitten über parallel zu der Längsachse des Stufenkolbens verlaufende Lagerböcke festgelegt und somit nur entlang dieser hin- und herbewegt werden kann. -25

Die Exzenterscheibe kann auf einer Welle angeordnet sein, die ihrerseits exzentrisch von einer Scheibe ausgeht, die über z.B. einen Keilriemen oder durch formschlüssige Verbindung über z.B. einen Elektrostarter in Drehbewegung versetzbar ist. Die von dem Anlasser in Drehbewegung versetzte Scheibe mit der von dieser ausgehenden 30 Welle, von der ihrerseits die die Übertragungselemente führenden Scheiben ausgehen, können folglich als Art Kurbeltrieb bezeichnet werden, um die Drehbewegung mittels des ausschließlich axial entlang des Stufenkolbens bewegbaren Schlittens in eine Translationsbewegung umzusetzen, die ihrerseits auf den Stufenkolben übertragbar ist.

Dabei weisen die Übertragungselemente wie Riemen eine z.B. durch Elastizität bedingte Dehnbarkeit auf, so daß trotz der exzentrischen Bewegung der die Scheiben aufweisenden Welle und der dadurch bedingten Abstandsveränderung zu den Punkten des Schlittens, in denen die Übertragungselemente auf den Schlitten wirksam eingreifen, eine Zerstörung nicht erfolgt.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß sich die Scheiben im wesentlichen nicht drehen, sondern sich nur geringfügig in Abhängigkeit von der Position des Exzenter- elementes hin- und herbewegen.

Sind die Übertragungselemente vorzugsweise stahlbewehrte Riemen, so können Seile oder ähnliche Elemente gleichfalls zum Einsatz gelangen.

In besonders hervorzuhebender eigenerfinderischer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Wechselwirken zwischen dem Schlittenelement und dem Stufenkolben über von dem Schlittenelement ausgehende vorzugsweise druckmittelbeaufschlagte Kolben erfolgt, die z.B. über von dem Stufenkolben ausgehende Elemente die Translations¬ bewegung des Schlittenelementes übertragen. Dabei gehen die Kolben vorzugsweise von einem gemeinsamen Druckraum aus, der z.B. mit Hydraulikδl beaufschlagbar ist. Hierdurch werden die Kolben nach außen in Richtung auf die von dem Stufenkolben ausgehenden Elementen bewegt, um an diesen anzuliegen.

Um hierbei den Stufenkolben in die gewünschte Position zu dem Schlittenelement zu verschieben, weisen in weiterer Ausgestaltung die von dem Schlitten ausgehenden

Kolben Hubbegrenzungen auf. Diese werden durch in den Kolben vorhandene

Längsschlitze und in diese von dem Schlitten ausgehende Anschlagelemente gebildet.

Um ein Entkoppeln des Anlasser von dem Stufenkolben zu ermöglichen, sind die von dem Schlittenelement ausgehenden Kolben zurückziehbar. Damit das Entkoppeln möglichst schnell erfolgt, können auf die Kolben diese umgebende Schraubenfedem einwirken.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Freiflugkolbenmotors mit einer ersten Ausführungs¬ form eines Anlassers,

Fig. 2 eine Draufsicht des Anlassers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Freiflugkolbenmotor mit einer weiteren Ausführungsform eines Anlassers,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Anlassers und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung, teilweise geschnitten von wesentlichen Elementen des Anlassers gemäß Fig. 4.

In den Fig., in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist ein Freiflugkolbenmotor dargestellt, wie er der DE-A-30 29 287 zu entnehmen ist. Insoweit wird auf die diesbezügliche Offenbarung verwiesen. So weist der Motor (10) einen in einem Motorgehäuse (12) angeordneten Stufenkolben (14) mit äußeren Kolbenstufen (16) und (18) sowie einer inneren Stufe (20) auf. Die innere Stufe (20) ist innerhalb eines Vorverdichterraumes (22) bewegbar, von dem aus das vorverdichte¬ te Brennstoffgemisch über Kanäle (24) und (26) in Brennkammern (28) und (30) strömt. Vorverdichterräume (22) und Brennkammern (28) und (30) könnten selbstverständlich ausgetauscht werden. Die sich in den Kanälen (24) und (26) erstreckenden Kolbenmittelstücke (30) und (32) haben dabei gleichzeitig die Funktion eines Ventils.

Um einen entsprechenden Motor (10) zu starten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß von den äußeren Kolbenstufen (16) und (18) Abschnitte (36) und (38) ausgehen, die über Übertragungselemente (40) und (42) mit einem Zapfen (44) verbunden sind, der exzentrisch und drehbar gelagert in seinerseits drehbar gelagerten Wellen, die als Zylinderabschnitte (46) und (48) ausgebildet sein können, angeordnet ist. Der Zapfen (44) mit den Zylinderabschnitten (46) und (48) stellt folglich eine Art Kurbelantrieb dar, der seinerseits über einen nicht dargestellten Anlassermotor in Drehbewegung versetzt werden kann. Die Übertragungselemente (40) und (42) sind mit den Abschnitten (36) und (38) über von diesen ausgehende zylinderförmigen Elementen (50) und (52) verbunden. Wird nun der Kurbeltrieb (44), (46), (48) in Rotation versetzt, so wird diese Bewegung in eine Translationsbewegung umgesetzt, wodurch der Stufenkolben (14) in Schwingung versetzt wird. Dabei wird die Translationsbewe¬ gung selbstverständlich nur von dem Übertragungselement (40) bzw. (42) auf den Stufenkolben (14) übertragen, auf den mittels des Zapfens (44) eine Zugkraft einwirkt.

Um in Abhängigkeit von der Stellung des Zapfens (44) die Längenveränderung der Übertragungselemente (40) und (42) zu den Abschnitten (50) und (52) aufzunehmen, sind erstere im gewissen Umfang elastisch ausgebildet. Daher eignen sich insbeosndere stahlbewehrte Riemen. Seile oder ähnliches sind selbstverständlich auch möglich. Selbstverständlich können die Übertragungselemente (40) und (42) auch starr ausgebildet sein. In diesem Fall müssen die Abschnitte (50) und (52) oder die unmittelbar von den äußeren Kolbenstufen (16) und (18) ausgehenden Abschnitte (36) und (38) im gewissen Umfang elastisch ausgebildet sein. Letztere können dabei vorzugsweise Federstäbe sein.

In Fig. 3 ist eine besonders hervorzuhebende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. So setzt der aus dem Zapfen (44) und den Zylinderabschnitten (46), (48) bestehende Kurbeltrieb einen Schlitten (54) in Translationsbewegung, der hydraulisch oder pneumatisch betätigte Zylinder (56) und (58) trägt, deren Kolben (60) und (62) mit den Abschnitten (36) und (38) der äußeren Kolbenstufen (16) und (18) wechselwirken.

Im Ausführungsbeispiel sind die Kolben (60) und (62) ausgefahren, liegen also an den innenliegenden Flächen der Abschnitte (36) und (38) an. Wird nun der Kurbeltrieb (44), (46) und (48) in Drehbewegung versetzt, so wird der Schlitten (54) in eine parallel zur Längsachse des Stufenkolbens (14) verlaufende Hin- und Herbewegung versetzt, die auf den Stufenkolben (14) selbst übertragen wird. Hierdurch wird der Motor gestartet. Sodann kann durch Zurückziehen der Kolben (60) und (62) ein Entkoppeln des Anlassers erfolgen, so daß der Stufenkolben (14) freifliegend ist.

Erfindungsgemäß könnten selbstverständlich die Kurbeln (46) und (48) zum Abgriff der durch die Verbrennung gewonnenen Arbeit genutzt werden. Mit anderen Worten wird von diesen in eine Rotationsbewegung umgesetzte Translationsbewegung des Stufenkolbens (14) abgegriffen.

In den Fig. 4 und 5 ist eine besonders hervorzuhebende Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Anlassers für einen Freiflugkolbenmotor dargestellt, der gleichfalls einen prinzipiellen Aufbau wie der Stelzer-Motor aufweisen kann. Auf Abschnitten (66) und (68) des Motors sind parallel zu dem angedeuteten Stufenkolben (14) verlaufende Lagerböcke (70) und (72) angeordnet, entlang der ein Schlitten (74) hin- und herbewegbar ist.

Der Schlitten weist einen zylinderförmigen Grund- oder Basiskörper (76) auf, von dem die Lagerböcke (70) und (72) umgebende Lageraugen (78) und (80) ausgehen. Im Ausführungsbeispiel oberhalb und in bezug auf den Schlitten (74) ortsunveränderlich ist eine Antriebseinheit (82) angeordnet, mittels der eine Rotationsbewegung in eine von dem Schlitten (74) auszuübende Linearbewegung umgesetzt wird, die wiederum auf den Stufenkolben (14) übertragen wird.

Die Antriebseinheit (82) geht gleichfalls von einem Motorblockabschnitt (84) aus und wird von den Lagerböcken (70) und (72) durchsetzt. Die Antriebseinheit (82) weist eine mittels eines Elektrostarters (84) über einen Keilriemen (86) in Drehbewegung zu versetzende Scheibe (88) auf, die um eine Achse (90) drehbar ist. Exzentrisch hierzu geht eine Welle (92) aus, die Scheibenelemente (94) und (96) trägt, von denen Übertragungselemente in Form von vorzugsweise flexiblen stahlbewehrten Riemen (98)

und (100) ausgehen, die um Scheibenelemente (102) und (104) geführt werden. Die Scheibenelemente (102) und (104) gehen von Abschnitten (106) und (108) des Schlittens (74) aus. Die Scheibenelemente (102) und (104) üben quasi eine Taumelbewegung in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenterelementes (92), (94) und (96) aus. Die flexiblen Verbindungselemente (98) und (100) drehen sich nicht. Sie werden von den Scheibenelementen (94) und (104) bzw. (96) und (102) geführt. Die Scheibenelemente (94), (96) sind gegenüber dem Wellenstumpf (92) drehbar, d.h. der Wellenstumpf dreht sich gegenüber den Scheibenelementen (94) und (96), damit diese in ihrer Position verharren.

Mit anderen Worten sind die in bezug auf das Scheibenelement (88) exzentrisch gelagerten Scheibenelemente (94) und (96) relativ zu den Umlenkscheiben (102) und (104) verschiebbar, wobei der Abstand von der Stellung des Scheibenelementes (88) veränderbar ist. Diese Längenveränderung wird durch die Übertragungselemente (98) und (100) selbst kompensiert. Hierzu sind diese in einem Umfang elastisch ausgebildet, daß die Abstandsveränderung ohne die Gefahr einer Zerstörung ausgeglichen werden kann.

Durch die Lagerung der Schlittens (74) auf den entlang des Stufenkolbens (14) verlaufenden Lagerböcken (70) und (72) wird folglich die Drehbewegung der Scheibe (88) in eine Translationsbewegung, also eine Hin- und Herbewegung des Schlittens (74) umgesetzt und zwar stets durch Zugbeanspruchung eines der Übertragungselemen¬ te (98) bzw. (100).

Diese Bewegung wird ihrerseits über in dem quaderförmigen Basiskörper (76) des

Schlittens gelagerte Kolben (110) und (112) auf von dem Stufenkolben (14) ausgehende Elemente (114) und (116) übertragen.

Hierzu sind die Kolben (110) und (112) aus dem Basiskörper (76) in Richtung der Abschnitte (114) und (116) nach außen verschiebbar. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Kolben (110) und (112) von einem Druckraum (118) ausgehen, der über eine Leitung (120) mit einem Druckmittel wie z.B. Hydrauliköl beaufschlagbar ist.

Um sicherzustellen, daß auch bei einer ungleichmäßigen Hubbewegung der Kolben (110) und (112) der Stufenkolben in bezug auf den Schlitten die gewünschte Position einnimmt, sind Hubbegrenzungen vorgesehen, die durch in den Kolben (110) und (112) verlaufende Län^schlitze oder Längskanäle (122) gebildet werden, in die von dem Schlitten (74), vorzugsweise von dem Basiskörper (76) ausgehende Bolzen oder Schrauben (124) eingreifen. Hierdurch bedingt gelangen beide Kolben (110) und (112) in die gewünschte ausgefahrene Endstellung, wobei gleichzeitig durch Wechselwirken mit den Abschnitten (114) und (116) der Stufenkolben (14) in die gewünschte Position verschoben wird.

Um ein Entkoppeln des Anlassers, also ein Zurückfahren der Kolben (110) und (112) möglichst schnell durchführen zu können, sind die Kolben (110) und (112) von Federelementen wie Schraubenfedem (126) und (128) umgeben, die eine Kraft entgegen der von dem Druckmittel hervorgerufenen Kraft erzeugen. Hierdurch kann das Druckmittel aus dem Druckraum (118) beschleunigt herausgedrückt werden, sofern das Druckmittel selbst nicht mehr druckbeaufschlagt ist. Dies wiederum führt zu einem schnellen Zurückfahren der Kolben (110) und (112).

Um die Spannung der Übertragungselemente (98) und (100), also der Riemen einstellen zu können, sind die die Umlenkscheiben (102) und (104) aufnehmenden Abschnitte (106) und (106) des Schlittens (74) über z.B. Imbusschrauben (130) ortsveränderlich.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die mit den Abschnitten (114) und (116) des Stufenkolbens (14) wechselwirkenden äußeren Stirnflächen der Kolben (110) und (112) mit stoßabsorbierenden Elementen wie Gummidämpfern (132) und (134) versehen sein können.

Gehen die die Translationsbewegung des Schlittens (74) auf den Stufenkolben (14) übertragenden Abschnitte (114) und (116) vorzugsweise von den Stirnflächen der äußeren Stufen des Stufenkolbens (14) aus, so können selbstverständlich entsprechende mit den Kolben (110) und (112) wechselwirkende Abschnitte auch von Seitenflächen des Stufenkolbens (14) ausgehen. Andere Arten der Übertragung der Linearbewegung

von dem Schlitten (74) auf den Stufenkolben (14) sind gleichfalls denkbar.

Auch sei erwähnt, daß die Übertragungselemente nicht notwendigerweise Riemen sein müssen, die allerdings zu einer nahezu geräuschfreien Betriebsweise führen, sondern auch andere flächige Elemente sein können.