Taumelscheibenmotoren sind Hubkolbenmotoren, deren Kolben nicht mit einer Kurbelwelle, sondern mit einer

Taumelscheibe verbunden sind, welche auf einer z-förmig gekröpften Welle gelagert ist, die sich im Zentrum der meist auf einem Kreis angeordneten Zylinder befindet. Die Kolben bewegen sich dadurch parallel zur Achse dieser Z- Welle. Im Gegensatz zum üblichen Hubkolbenmotor hat er also anstatt einer normalen Kurbelwelle eine sogenannte Z- Kurbelwelle mit der daran befestigten Taumelscheibe. Die Taumelscheibe macht dabei eine taumelnde Bewegung, welche durch die Lagerung und den Winkel auf der Z-Welle, sowie durch die Drehmomentstütze am Gehäuse, die oszillierende Bewegung der Kolben in eine rotierende der Z-Welle

umwandelt, die dann zum Antrieb benutzt werden kann.

Antriebe mit Taumelscheiben sind seit langem bekannt.

Der Entwicklung des Taumelscheibenantriebs für

Verbrennungsmotoren wurde seit langem keine Beachtung mehr geschenkt, da am Ende des ersten Entwicklungszeitraums vor dem zweiten Weltkrieg die Gasturbine insbesondere für den Antrieb von Flugzeugen an die Stelle eines möglichen

Taumelscheibenantriebs getreten ist. Die grundsätzliche Funktionsweise eines Taumelscheibenmotors ist daher einerseits aus der Literatur und

andererseits durch die in den dreissiger Jahren

entwickelten Taumelscheibenmotoren von Bristol und Almen als Zeugen der frühen Entwicklungen bekannt.

Bekannt sind auch Taumelscheiben-Aggregate, allerdings in umgekehrtem Sinne und zwar als Kompressoren, bei denen die Ausgangswelle (Z-Welle) angetrieben wird und die Kolben zur Verdichtung von Luft oder anderen Gasen dienen.

Taumelscheiben-Antriebe haben den Vorteil, dass sie sehr kompakt gebaut werden können und sich daher insbesondere als Antriebe für Flugzeuge eignen. Durch die kompakte Bauweise ist deren Gewicht auch im Verhältnis zur

gewonnenen Leistung klein. Bedingt durch die Taumelscheibe ergeben sich jedoch gravierende Konstruktionsänderungen üblicher Hauptbauteile eines Verbrennungsmotors. Um eine kompakte Bauweise zu erlangen und in der Herstellung einfach und kostengünstig zu bleiben, sind grosse

Anstrengungen bezüglich der Konstruktion sämtlicher für den Betrieb eines Motors nötigen mechanischen Organe notwendig. Die geringen Anforderungen der Luftreinhaltung durch Abgase aus Hubkolbenmotoren bei Flugzeug- und

Hubschrauberantrieben hat bisher dazu geführt, dass auf eine weitere zeitaufwendige Entwicklung von

Taumelscheibenmotoren verzichtet worden ist. Andererseits sind die herkömmlichen Verbrennungsmotoren wie sie heute z.B. in Autos, Motorrädern und Booten zur Anwendung gelangen, auf einen hohen Entwicklungsstand gebracht worden . Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Taumelscheibenmotor zu schaffen, der auf kleinstem Raum bei geringem Gewicht eine hohe Leistung ermöglicht und somit bei einer gegebenen Leistungsabgabe weit weniger Verbrennungsrückstände (Abgase) produziert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Taumelscheibenmotor gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1, 6 bis 10, 12, 14, 17, 18 und 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen des

Taumelscheibenmotors sind in den Unteransprüchen der unabhängigen Ansprüche definiert.

Durch eine gerade Anzahl der Zylinder können jeweils mit einer Nockenwelle die Ventile zweier benachbarter Zylinder betätigt werden. Zudem können mit der jeweils für zwei Zylinder zuständigen Nockenwelle auch gleichzeitig die Einspritzpumpen bei einem möglichen Pumpen-Düse-System (Pumpen-Düse = mechanische Einspritzpumpe) für die beiden Zylinder angetrieben werden. Mit einem einzigen Getriebe, welches die benötigte Untersetzung der Z-Wellendrehzahl ermöglicht, können sämtliche Nockenwellen unabhängig von der Zylinderzahl angetrieben werden. Im Falle einer

Viertakt-Brennkraftmaschine werden die Nockenwellen damit mit der halben Umdrehzahl der Z-Welle betrieben.

Die Nockenwellen liegen zwischen den Ventilstösseln, welche direkt von Kipphebeln angetrieben werden. Die nahe beieinander auf einem Kreis angeordneten Zylinder

ermöglichen einen geringen Aussendurchmesser des Motors. Die Konstruktion mit einer geraden Anzahl von Zylindern erfordert hingegen eine ungerade Zünd ( reihen- ) folge um einen ruhigen und vibrationsarmen Betrieb zu

gewährleisten. Mit einer ungeraden Zündreihenfolge ist die sich ändernde Winkeldistanz zwischen zwei

aufeinanderfolgenden Zündungen (zBsp. Beim Ottomotor die Zündung des Benzin-Luftgemisches, beim Dieselmotor die Einspritzung von Kraftstoff) von Zylindern gemeint.

Auf der Taumelscheibe sind Kugelköpfe aufgesetzt, an denen die Pleuel der Kolben angreifen. Die Taumelscheibe kann auf einem zwischen zwei parallel verlaufenden Abschnitten der Z-Welle in einem spitzen Winkel liegenden Abschnitt, in welchem die Z-Welle geteilt ist, eingefügt werden. Die benötigte Drehmomentstütze eines Taumelscheibenmotors erfolgt mittels zweier Zahnkränze wodurch die durch die Kolben über die Pleuel und Kugelköpfe erzwungene

Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine Drehbewegung an der Z-Welle umgesetzt werden kann.

Die Anordnung sowohl der Öl- und der Wasserpumpen direkt auf der Z-Welle ermöglicht es, auf geringstem Raum diese Aggregate anzuordnen und ohne entsprechende Antriebsritzel auszukommen .

Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele werden die

Erfindungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf mit

Sicht auf die Ventilsitze,

Figur 2 eine Aufsicht auf den Zylinderkopf über den

Ventilen und über den Nockenwellen, Figur 3 eine Seitenansicht einer Nockenwelle mit den

Ventilen und Kipphebel,

Figur 4 eine 3D Ansicht des Reduktionsgetriebes und einer Nockenwelle,

Figur 5 einen Axialschnitt durch einen Pleuel mit

Kolben und Befestigungskugel auf der

Taumel scheibe,

Figur 5.1 eine 3D Ansicht des unteren Teil eines Pleuels mit Befestigungskugel und Kugelführung,

Figur 6 eine Ansicht der Z-Welle vor der Montage,

Figur 7 Schema des Kühlkreislaufes,

Figur 8 Schema des Schmierkrauslaufes,

Figur 9 Phantomzeichnung des Motors,

Figur 10 schematisch zwei mögliche Zündfolgen bei einem

Sechszylinder-Taumelscheibenmotor und

Figur 11 eine 3D Ansicht der Taumelscheibe mit den

Zahnkränzen

In der Phantomzeichnung gemäss Figur 9 sind die

wesentlichen Elemente und deren gegenseitige Anordnung plastisch wiedergegeben. Unten ist das Abtriebsende der Z- Welle 7, welche das Gehäuse 3 überragt, sichtbar. Darüber ist die Taumelscheibe 33 mit den Kugelköpfen 35 gut erkennbar. Auf den Kugelköpfen 35 sind die Pleuel 37 und an deren oberen Ende die Kolben 39 sichtbar. Über den

Hubräumen der Zylinder 9 sind die Ventile 11 und darüber die Kipphebel 17 und die Nockenwellen 13 sichtbar. Auf der Z-Welle 7 sind, in der Darstellung in Figur 9 oberhalb der Kolben 39, die beiden Ölpumpen 59 und 61 sowie die Ölleitungen 63 dargestellt. Im Kopfbereich sind die

Kühlwasserleitungen und darunter das Planetengetriebe 27, welches die drei Nockenwellen 13 antreibt, sichtbar. In der Darstellung gemäss Figur 1 ist mit 3 das

Motorgehäuse bezeichnet, welches im Wesentlichen einen kreisrunden Querschnitt aufweist und auf seiner Oberfläche eine Vielzahl von Kühlrippen 5 trägt. Im Zentrum des Gehäuses 3 ist die Drehachse A der Z-Welle 7 angeordnet. Um die Z-Welle 7 herum sind im dargestellten Beispiel sechs Zylinder 9 auf einem konzentrischen Kreis mit

Zentrum A angeordnet. Die im Beispiel jeweils zwei Ventile 11 pro Zylinder 9 sind derart ausgerichtet, dass die

Ventilpaare 11 jeweils zweier nebeneinander liegender Zylinder (z.B. Cyl.#l & #2) parallel zueinander liegen. Auf diese Weise lassen sich sämtliche Ventile 11 aller Zylinder 9 durch drei Nockenwellen 13 (Fig.9), welche jeweils sich zwischen den- beiden Zylindern 9 befinden, ansteuern .

In der Aufsicht auf den Ventiltrieb in Figur 2 sind die drei sternförmig angeordneten Nockenwellen 13 mit den stirnverzahnten Ritzel 31 sichtbar, über denen die von den Nocken 15 (Figur 3) angetriebenen Kipphebel 17 um eine rechtwinklig zur Z-Welle 7 liegende Kippwellenachse 19 schwenkbar gelagert sind. Die zweiarmigen Kipphebel greifen mit ihrem aussenliegenden Ende an den

Ventilschäften 21 an (vgl. auch Figur 3) . Dort sind auch die Ventilfedern 23 ersichtlich. In der Ansicht gemäss Figur 4 ist, unter Weglassung benachbarter Elemente, ein Ende der Z-Welle 7 dargestellt. Auf diesem sitzt, im vorliegenden Beispiel, koaxial ein Planetengetriebe 27, welches die Drehzahl der Z-Welle 7 soweit wie nötig verringert, um über das Ritzel 29, die drei stirnseitig auf den Nockenwellen 13 sitzenden Ritzel 31 anzutreiben. In Figur 4 ist nur eine Nockenwelle 13 dargestellt; die beiden übrigen um 120° versetzten

Nockenwellen 13 sind der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.

Aus der Darstellung in Figur 4 ist deutlich ersichtlich, auf welch kompakte Weise die Ventiltriebe einer

geradzahligen Anzahl von Zylindern, es können statt sechs auch eine andere geradlinige Anzahl sein, durch die Z- Welle 7 mit einem Planetengetriebe 27 mit einem einzigen Abtriebsritzel 29 antreibbar sind.

Figur 5 zeigt die an der Taumelscheibe 33 über die

Kugelköpfe 35 gelagerten Kolben 39 mit entsprechenden Pleueln 37. Die Anbindung der Kolben auf die Pleuel 37 erfolgt über eine sphärische Kontaktfläche 45, der

Kolbenpfanne. Diese Art der Kolbenlagerung wird bedingt durch den andersartigen Bewegungsablauf eines

Taumelscheibenmotors gegenüber herkömmlichen

Verbrennungsmotoren. Die Schmierung der Kontakt fläche 45 wie auch der Oberfläche der Kugel 35 erfolgt über die Taumelscheibe 33, welche über die Z-Welle 7 mit Oel versorgt wird. Das Oel erreicht unter Druck die Kugeln 35, gelangt von dort über mehrere Ölkanäle 36 in ein

Führungsrohr 38 innerhalb des Pleuels 37 und von dort zur Kontaktfläche 45. Das innerhalb des Pleuels liegende

Führungsrohr 38 ist so konzipiert, dass temperaturbedingte Längenunterschiede des Pleuels ausgeglichen werden. Die Kugelköpfe 35 können dabei wie in Figur 5 gezeigt als in die Taumelscheibe 33 (siehe Figur 11) verschraubbare , verpressbare oder verschweissbare Bauteile ausgelegt oder auch bereits Teil der Taumelscheibe sein.

Figur 5.1 zeigt die Führungen 41 an den Pleueln 37, welche dazu dienen, dass die Pleuel sich auf den Kugelköpfen 35 nur in einem bestimmten Winkel drehen können und ein

Verkanten der Pleuel somit verhindert wird.

In Figur 6 ist die Z-Welle 7 dargestellt, bevor die beiden Wellenabschnitte 7 ^Λ und 7" zusammengefügt werden. Auf der linken Seite ist der in den Figuren unten befindliche Abschnitt 7 ^Λ sichtbar, welcher die Ausgangswelle des

Motors bildet. Der zentrale, dazwischen liegende

Verbindungsbereich der beiden Abschnitte 7 ^λ und 7" nimmt die Taumelscheibe 33 auf (Taumelscheibe nicht

dargestellt) , welche dadurch in einem spitzen Winkel zur Drehachse A der Z-Welle 7 zu liegen kommt. Um den

Wellenabschnitt 1'' sind um die Achse A herum die Zylinder angeordnet. Die beiden Abschnitte 7 ^λ und 7" liegen, wenn die zentralen Abschnitte, die die Aufnahme der

Taumelscheibe bilden, über die Polygonprofilverbindung 8 an deren Ende zusammengefügt und mit einer Dehnschraube 57 verbunden sind, auf der gemeinsamen Drehachse A.

In Figur 8 ist schematisch der Schmierkreislauf des

Taumelscheibenmotors dargestellt. Über die Z-Welle 7 werden zwei Ölpumpen angetrieben. Die erste Ölpumpe 61 pumpt Schmieröl von einem externen Schmiermitteltank

(nicht dargestellt) über ein Druckregelventil 65 (PRV - Pressure Release Valve) und einen optionalen Filter 79 über entsprechende Ölleitungen (Bohrungen) 63 im

Motorgehäuse 3 in die zu schmierenden Stellen

(Nockenwellen 13, Planetengetriebe 27, Z-Welle 7,

Taumelscheibe 33, Kugelköpfe 35, Kolben 39) ; die zweite Ölpumpe 59 dient als Spülpumpe und saugt

Schmiermittelnebel aus der Nockenwellen- und der

Taumelscheibenkammer und führt diese Flüssigkeit wieder zurück ausserhalb des Motorgehäuses zu einem Luft- Schmiermittelseparator 75, einem Wärmetauscher 77 und schlussendlich zurück in den Schmiermitteltank. Zur

Steuerung des Öldrucks ist nach der ersten Ölpumpe ein Druckregelventil 65 integriert.

In Figur 7 ist schematisch der Kühlkreislauf des

Taumelscheibenmotors dargestellt. Die Kühlflüssigkeit fliesst von der Kühlwasserpumpe 69, die am Ende der Z- Welle sitzt, über die Kühlwasserrohre 67 zu den Zylindern 9 und wird dort in zwei unabhängige Ströme aufgeteilt. Ein Strom führt in einem inneren Kühlmantel entlang der

Zylinder 9 nahe der Z-Welle 7. Der andere Fluss wird in einem Kühlmantel auf der aussenliegenden Seite des

Motorgehäuses 3 geführt. Auf der Aussenseite des Motors 1 befinden sich für den Wärmeaustausch die Kühlrippen 5 (vgl. Figur 1). Anschliessend vereinigen sich die beiden Flüsse und führen zurück in den Bereich der Ventile 11 und von dort zurück zur Pumpe 69 (siehe Pfeile) . Das ganze Kühlwassersystem erstreckt sich kreisförmig angeordnet im Motorgehäuse . In der Figur 10 sind schematisch zwei Zündfolgen bei einem Sechszylinder-Taumelscheibenmotor aufgezeichnet. Dabei folgen sich die Zündungen der Zylinder 1 und 2 nach 60° Drehung, die Zündfolgen der Zylinder 5 und 6 nach 240° und 300°, die Zündfolgen der Zylinder 3 und 4 nach 480° und 540° und nach 720° wiederum die Zündung im Zylinder 1.

In der zweiten möglichen Ausführung sind die Zündfolgen 1, 3 und 5 jeweils nach 120° und bei den Zylindern 2, 4, 6 nach jeweils weiteren 120°. Die Zündung beim Zylinder 1 erfolgt dann wiederum bei 720°, d.h. bereits nach 60°. Selbstverständlich sind auch andere Zündfolgen möglich.

Figur 11 zeigt die an der Z-Welle (7) gelagerte

Taumelscheibe (33) mit Zahnkranz (71) als

Drehmomentenstütze. Dieser Zahnkranz greift in den am Motorgehäuse befestigten zweiten Zahnkranz (73) ein und verhindert ein Drehen der Taumelscheibe. Ebenfalls

ersichtlich 3 der 6 Kolben mit Pleuel (37) und Kugelköpf (35) , befestigt an der Taumelscheibe (33) .