DE2750694C3

DE2750694C3 - Vorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung

Info

Publication number: DE2750694C3
Application number: DE2750694A
Authority: DE
Inventors: Yves Jean Birmingham Mich. Kemper (V.St.A.)
Original assignee: Vadetec Sa Lausanne (schweiz)
Current assignee: Vadetec Sa Lausanne (schweiz)
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1977-11-12
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2750694B2; JPS5365508A; US4100815A; DE2750694A1

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (FR-PS 11 75 467) kann die Drehzahl der Welle nur in proportionaler Abhängigkeit von der Frequenz der Kolbenbewegung verändert werden, wodurch die Einsatzmöglichkeiten der bekannten Vorrichtung erheblich eingeschränkt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Unzulänglichkeiten der bekannten Vorrichtung zu vermeiden und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welcher die Drehzahl der Welle bzw. das Übersetzungsverhältnis des Reibungsgetriebes unabhängig von der Frequenz der Kolbenbewegung verändert und eine Ausgangsdrehzahl erzeugt werden kann, die in umgekehrten Verhältnis zui Hublänge bzw. Leistung der Kolbenbewegung, d. h. der Motorleistung, steht, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung an verschiedene an der Ausgangswelle vorhandene Lasten optimal anzupassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale a) bis e) des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei wird angemerkt, daß die Merkmale a), b), c) und teilweise d) ein Umlaufreibungsgetriebe beschreiben, wie es per se in der DE-PS 27 49 047 beansprucht ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann also allein durch die Verstellung der zwischen dem Träger und dem Taumelkörper angeordneten Lagereinrichtungen die Ausgangsdrehzahl in umgekehrtem Verhältnis zur Kolbenhublänge bzw. Motorleistung verändert werden, wodurch der Motorwirkungsgrad, z. B. beim Betrieb von Automobilen, optimiert wird.

Vorteilhafte, an sich bekannte Ausgestaltungen des epizyklischen Planetengetriebes, die verschiedene Abtriebe ermöglichen, sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angeführt.

Im nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch einen der Kolben der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

F i g. 4 eine weggebrochene perspektivische Ansicht eines Einstellelementes, das in der Vorrichtung der Fig. 1 eingebaut ist,

F i g. 5 ein schematisches Diagramm der geometrischen Parameter der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig.6 eine schematische Darstellung der Dimensionsbeziehung der Elemente, die in der Vorrichtung der F i g. 1 eingebaut sind,

H¹S F i g. 7 eine schematische Darstellung, die graphisch die Bestimmung eines Radius eines kegelförmigen Bauteils darstellt, und
F i g. 8 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausfüh-

rungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist ein innerer Verbrennungsmotor gezeigt mit einem Gehäuse 10, das eine Mehrzahl von Zylindern 12 mit Achsen 14 begrenzt, die symmetrisch in Kreisform um eine zentrale Motorsrhse 16 angeordnet sind. Die Achsen 14 der Zylinder 12 befinden sich daher im gleichen Abstand von der Achse 16 und sind im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zi- der zentraler Achse 16.

Jeder Zylinder 12 endet an einer Stirnseite 18, in welcher herkömmliche Einlaß- und Auslaßventile 20 eingepaßt sind und zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand synchron gedrehte Nocken 22 betrieben werden. In jedem Zylinder 12 ist ein Kolben 24 für eine Hin- und Herbewegung längs der jeweiligen Achse 14 angeordnet. Der Kolben 24 weist die gewöhnlichen äußeren Dichtungsringe 26 auf, welche mit der Innenfläche der Zylinder 12 sL'ömungsmittel-.dicht in Eingriff stehen. Jeder Kolben 24 endet in herkömmlicher Weise in einer Stirnseite 28, die gemeinsam mit der Zylinderstirnseite 18 eine ausdehnbare Kammer mit einem Volumen begrenzt, das verändert werden kann entsprechend der Hublänge der Kolbenbewegung längs der Achse 14.

Ein Drehmomente übertragendes Bauteil oder eine erste Welle 30 in dem dargestellten inneren Verbrennungsmotor wird im Gehäuse 10 durch Lager 32 und 34 drehbar um die Achse 16 gelagert. Obwohl die Lager 32 und 34 einen unterschiedlichen Aufbau von dem in F i g. 1 gezeigten Aufbau aufweisen können, sind die Lager 32 und 34 in der weiter unten im einzelnen beschriebenen Weise ausgebildet, um nicht nur eine Drehung der Welle 30 um die Achse 16 zu ermöglichen, sondern auch eine axiale Bewegung der Welle 30 in bezug zum Gehäuse JO. In der dargestellten Ausführungsform bestehen die Lager aus zylindrischen Rollen, die eine axiale Relativbewegung der jeweiligen inneren und äußeren Laufringe, in welchen die Rollen gehalten werden, erlauben.

Im Gehäuse 10 ist außerdem ein außen gelagerter Träger 36 drehbar um die Achse 16 gelagert. Der Träger 36 ist im Gehäuse 10 in Rollenlagern 38 und 40 gelagert, die einen solchen Aufbau aufweisen, daß eine relative Axialbewegung des Trägers 36 und des Gehäuses 10 möglich ist. Der Träger 36 ist auch zur Welle 30 relativ drehbar und steht in Dreheingriff mit dieser Welle über eine Buchse 42, die als einstückige zylindrische Verlängerung einer Endplatte 43 dargestellt ist.

Die Buchse 42 weist eine rohrförmige Verlängerung 46 auf, die in Strömungsmitteldichter Verbindung mit einer festgelegten Leitung 48 über eine Laufteleskopdichtung steht. Die Leitung 48 ist im Ende des Gehäuses 10 eingebaut. Hierdurch kann ein Druc'csteuerströmungsmittel über die Leitung 48 und die rohrförmige Verlängerung 46 eingeführt oder abgezogen werden, unabhängig von einer relativen Drehung und begrenzten Axialbewegung der Verlängerung 46 und der festgelegten Leitung 48.

Der Träger 36 trägt einen zylindrischen Taumelkörper 58 mit einer Längst ' ·;.· ·' J. welche die Achse 16 in einem Schnittpunkt S und unter einem Winkel α schneidet. Der Taumelkörper 58 weist armförmige Verlängerungen 62 auf, die im wesentlichen eine Winkelhebelgestalt haben und einstückig an einem Ende 64 mit dem Ende des Taumelkörpers 58 verbunden sind und sich bis zu einer Ebene 66 zi'rückerstrecken, welche durch den Achsenschnittpunkt S und senkrecht zur

Achse 60 verläuft. Die Gestalt dieser Arme 62 ist derart, daß die vorspringenden, in der Ebene 66 liegenden Enden 68 ungefähr auf den Achsen 14 der Zylinder 12 angeordnet sind.

Wie aus Fig.3 hervorgeht, sind die vorspringenden Enden 68 eines jeden Arms 62 drehbar mit einem zugeordneten Kolben 24 über ein Universalgelenk 70 verbunden, das einen Drehpunkt aufweist, der in der Ebene 66 liegt Obwohl der Drehpunkt des Universalgelenkes 70 auch ungefähr auf der Achse 14 des Zylinders 12 angeordnet ist, ist das Gelenk 70, wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich wird, nicht immer auf der Achse 14 während der Hin- und Herbewegung der Kolben 24 zentriert. Das Gelenk verbindet das Ende 68 des Armes 62 mit einer Buchse 72, die eine querverlaufende Gleitbewegung im Verhältnis zum Kolben 24 ausführen kann, jedoch axial mit diesem Kolben beweglich ist als Ergebnis eines Gleiteingriffes eines Endabschnittes 74 hinter einem herabhängenden kopfartigen Vorsprung 76 an dem Kolben. Angesichts des in Fig.3 gezeigten Aufbaus ist klar, daß die Bewegung des Kolbens 24 längs der Achse 14 begleitet wird von einer gleichen axialen Bewegungskomponente des Universalgelenkes. Das Gelenk 70 kann jedoch auch eine Querbewegung unabhängig vom Kolben 24 durchführen.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird angemerkt, daß der zylindrische Taumelkörper 58 konzentrische Drehflächen aufweist mit einer ersten oder inneren Drehfläche 80 und einer zweiten oder äußeren Drehfläche 82, welche jeweils die inneren Laufbahnen der axial im Abstand angeordneten Rollenlager 84 und 86 bildet. Die äußere Zylinderfläche in Verbindung mit den Lagern 84 und 86 bildet einen Lagereingriff des

Taumelkörpers 58 mit dem drehbaren Träger 36 in der Weise, daß die Neigung der Achse 60 im Verhältnis zur Achse 16 und somit der Winkel a. festgelegt ist. Um die Einstellung des Winkels α zu erleichtern, erfolgt der Lagereingriff des Taumelkörpers mit dem Träger 36 über einen exzentrischen Zylinder 88 mit einer inneren zylindrischen Drehfläche, welche von den äußeren Laufbahnen der Lager 84 und 86 gebildet wird, und äußeren zylindrischen Lagerflächen 90. Das Verhältnis der inneren und äußeren zylindrischen Flächen auf dem exzentrischen Zylinder 88 ist besonders deutlich in F i g. 4 dargestellt. Es wird insbesondere angemerkt, daß die zylindrische Drehfläche, welche von den äußeren Laufflächen der Lager 84 und 86 oder der inneren zylindrischen Fläche des exzentrischen Zylinders 88 bestimmt wird, konzentrisch zur Achse 60 des Taumelkörpers 58 verläuft. Die durch die äußeren Lagerflächen 90 bestimmte zylindrische Fläche ist jedoch konzentrisch zu einer Achse 92, die im Verhältnis zur Achse 60 um einen Winkel geneigt ist, welcher ungefähr der maximalen Veränderung des Achsenschnittwinkels α entspricht.

Eine relative Drehung zwischen dem exzentrischen Zylinder 88 und dem Träger 36 ändert den Wert des Winkels <x auf jeden besonderen Wert innerhalb eines von der Konstruktion vorgegebenen Bereiches. Um eine solche Relativdrehung zwischen dem exzentrischen Zylinder 88 und dem Träger 36 zu bewirken, ist eine ringförmige Strömungsmittelkammer 94 zwischen dem Träger 36 und dem exzentrischen Zylinder 88 vorgesehen, wie besonders deutlich aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht. Die ringförmige Kammer erstreckt sich axial zwischen Strömungsmitteldichtungen 96 und ist in Umfangsrichtung durch einen rippenartigen Dichtstab

97 begrenzt, der an der Außenseite des exzentrischen Zylinders 88 befestigt ist, und durch einen ähnlichen rippenartigen Dichtstab 98, der an dem Träger 36 befestigt ist. Die Kammer steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Drucksteuerströmungsmittel, das über die Leitung 48 und den im Träger 36 ausgebildeten Durchgangskanal 99 eingeführt oder abgezogen wird.

Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt, bewirkt die Übertragung eines Drehmomentes vom Taumelkörper 58 zu dem Träger 36 über den exzentrischen Zylinder 88 und damit die ringförmige Kammer 94 eine Vorspannung der Elemente 88 und 36 in einer Richtung, um die Umfangslänge der ringförmigen Kammer 94 zu vermindern. Dieser Drehmomentvorspannung kann der Strömungsmitteldruck entgegentreten, um genau die Winkelposition des exzentrischen Zylinders und des Trägers 36 und damit den Wert de* Winkels α einzustellen.

Angesichts des Aufbaus der im vorhergehenden beschriebenen Teile wird angemerkt, daß die Taumelbewegung des Körpers 58 dadurch, daß die Achse 60 sich auf einer doppeiförmigen Bahn um die Achse 16 bewegt, dem Träger 36 für jede Taumelumlaufbahn des Körpers 58 eine Umdrehung auferlegt. Aufgrund der Verbindung der Kolben 24 mit dem Taumelkörper 58 über die Arme 62 treibt die synchronisierte Hin- und Herbewegung der Kolben unter dem durch die Ausdehnung der Gase in den Arbeitskammern 12 entwickelten Antrieb den Taumelkörper in der oben erwähnten doppelkegelförmigen Bahn an mit einer resultierenden Übertragung des Antriebsdrehmomentes zur Drehung des Trägers 36 um die Achse 16.

Um die durch die synchronisierte Kolbenbewegung verursachte Taumelbewegung des Körpers 58 zu erleichtern und um insbesondere den Stoß der Kolben zu absorbieren, erstrecken sich zwischen dem Gehäuse 10 und dem Verbindungsteil der Arme 62 mit dem Taumelkörper 58 Schwenkeinrichtungen in Form von Druckarmen 100. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Arme 100 an gegenüberliegenden Enden jeweils mit einem Kugelkopf 102 und 103 versehen, die zur Ermöglichung einer Schwenkbewegung im Verhältnis zum Gehäuse mit Lagern 106 am Ende des Taumelkörpers 58 im Eingriff stehen. Aufgrund dieser Anordnung der Arme 100 kann der Kugelkopf 103 eines jeden Armes 100 um einen festgelegten Drehpunkt 108 geschwenkt werden, wohingegen der Kugelkopf 102 zusätzlich zur Schwenkbewegung im Lager 106 eine solche Bahn durchläuft daß der Mittelpunkt 110 des Kugelkopfs 102 einen Kreis entsprechend der Taumelumlaufbewegung der Achse 60 um die Achse 16 beschreibt

Obwohl der Drehpunkt 108 des Kugelkopfes 103 auf den Armen 100 oben als festgelegt im Verhältnis zum Gehäuse 10 gekennzeichnet ist, kann in Erwägung gezogen werden, die Position des festgelegten Drehpunktes 108 in einer Richtung parallel zur Achse 16 einstellbar zu machen, um entweder die Kolbenhublänge, den Ort der Kolbenbahn relativ zum Zylinderkopf 18 oder beide Parameter einzustellen. Obwohl die Wirkung einer solchen Einstellung weiter unten im einzelnen beschrieben wird, wird unter Bezugnahme auf F i g. 1 darauf hingewiesen, daß die Kugelköpfe 103 der Arme 100 in Lagern 112 verschwenkt werden können, die von einem Ring 114 getragen werden, der eine abgeschrägte untere Oberfläche aufweist die von keilförmigen Klemmstücken 116 unterstützt wird. Die Klemmstücke 116 sind derart angeordnet um durch Einrichtungen wie z.B. Einstellschrauben 118 nach innen oder außen verstellt werden zu können. Der Aufbau des Ringes 114 und der Klemmstücke 116 ermöglicht eine Einstellung der Position des Drehpunktes 108 des Schwenkarmes in einer Richtung parallel zur Achse 16. Zu diesem Zweck können jedoch auch andere Anordnungen verwendet werden.

Die Art und Weise, in welcher der in den F i g. 1 bis 4 gezeigte konstruktive Aufbau eine Veränderung der Hublänge der Kolben 24 bewirkt, kann unter Bezugnahme auf F i g. 5 verstanden werden. Obwohl in F i g. 5 der Betrieb von nur einem Kolben 24 gezeigt ist, ist klar, daß die gleichen Prinzipien für alle in dem Motor verwendeten Kolben, vorzugsweise drei oder mehr,

is zutreffen. In F i g. 5 ist der Betrieb des Kolbens für zwei verschiedene Werte des Winkels oc, nämlich <xi und 1x2 dargestellt. Wenn der Winkel zwischen den Achsen 16 und 60 auf den Winkel «i eingestellt ist, welcher der größere der dargestellten beiden Winkel ist, verursacht die Nutation bzw. Taumelbewegung des Körpers 58 eine Schwenkbewegung des Druckarmes 100 um den Drehpunkt 108 derart, daß die Längsachse des Armes zwischen den Punkten 108 und 110 einen Kegel mit einer kreisförmigen Basis ß, beschreibt und die vertikale Achse dieses Kegels durch den Achsenschnittpunkt Si verläuft. Da der Punkt 110 sich auf einem durch die Basis Bi bestimmten Kreis bewegt, bewirkt das Universalgelenk 70, welches das vorspringende Ende des Armes 62 mit dem Kolben verbindet, eine Bewegung des Kolbens über eine in F i g. 5 mit D\ gekennzeichnete Hublänge. Die Bewegung der Stirnseite 28 des Kolbens endet an einem Punkt in einem Abstand C, von der Stirnseite 18 des Zylinders.

Wenn der Winkel zwischen den Achsen 16 und 60 auf den in F i g. 5 gezeigten Winkel «2 reduziert wird, wird der Scheitelwinkel des von den Armen 100 beschriebenen Kegels verringert mit einer entsprechenden Verringerung des Durchmessers der Basis th. Die von dem Endpunkt 110 des Armes 100 beschriebene Kreisbahn bewirkt eine Bewegung des Universalgelenkes 70 und des Kolbens 24 über eine entsprechend verminderte Hublänge D₂.

Außerdem wird angemerkt daß wegen der Verschiebung der Basis B₂ in Richtung des Achsenschnittpunktes Si von der kreisförmigen Basis B\ weg der Punkt St zum Punkt S2 bei einer Veränderung des Winkels von a.\ zu CX.2 verschoben wird. Diese Verschiebung des Achsensehnittpunktes wird aufgenommen durch die axial verschiebbaren Lager 32, 34, 38 und 40, welche jeweils

so die Welle 30 und den Träger 36 unterstützen.

Wie aus F i g. 5 hervorgeht hat das Maß der Einstellbarkeit des festgelegten Drehpunktes 1Ο8 eines jeden Arms 100 in einer Richtung parallel zur Achse 16 eine Wirkung auf den Ort der Kolbenhubbewegung relativ zu den Zylinderköpfen 18. Die Einstellung des festgelegten Drehpunktes 108 ermöglicht daher die genaue Kalibrierung der Motorgeometrie, um einen veränderbaren Kolbenhub zu erzielen, während zur gleichen Zeit ein konstantes Kompressionsverhältnis aufrechterhalten wird, wenn dies gewünscht ist

Aufgrund der vorausgehenden Beschreibung ist klar, daß die durch die synchronisierte Hin- und Herbewegung der Kolben 24 erzeugte Leistung auf den Taumelkörper 58 über dessen zweite oder äußere zylindrische Fläche und die Lager 84 und 86 übertragen wird, um den Träger 36 anzutreiben. Der Hub der Kolben 24 in den Zylindern 12 verändert sich mit den Einstellungen des Winkels oc, welche durch Drehung des

exzentrischen Zylinders 88 relativ zum Träger 36 bewirkt werden. Die so erzeugte Leistung bzw. Energie manifestiert sich daher als Drehmoment im Träger 36. Zusätzlich wird die vom Motor erzeugte Leistung als Drehmoment über den Taumelkörper auf die Welle 30 übertragen als Ergebnis des Reibrolleingriffs der ersten oder inneren zylindrischen Fläche 80 des Taumelkörpers 58 mit einem Paar von entgegengesetzt konvergierenden kegelförmigen Bauteilen 120 und 122, die zur gemeinsamen Drehung mit der ersten Welle 30 mit dieser kerbverzahnt oder auf andere Weise verbunden sind.

Wie aus den Fig. 1, 6 und 7 hervorgeht, sind die Bauteile 120 und 122 symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des Achsenschnittpunktes S angeordnet und axial auf der Welle 30 längs der Achse 16 vom Punkt S weg unter der Vorspannung einer Feder 124 oder einer anderen geeigneten Vorspannkraft bewegbar, um an zwei Berührungspunkten P\ und P₂ mit der ersten oder inneren Fläche 80 des Taumelkörpers 58 in Reibrolleingriff zu kommen. Jedes der kegelförmigen Bauteile 120 und 122 ist mit einer äußeren Drehfläche 125 versehen, welche, wie weiter unten beschrieben wird, durch eine gekrümmte Erzeugende um die Achse 16 bestimmt ist, um einen effektiven veränderbaren Radius R₂ an den Eingriffpunkten P] und Pj der Flächen 126 mit der inneren zylindrischen Fläche 80 des Taumelkörpers zu bilden, wobei der Taumelkörper 58 einen konstanten Radius R] aufweist.

Die Verhältnisse der Radien R\ und R₂ bei sich verändernden Werten des Winkels α gehen aus der F i g. 6 hervor. Wie schematisch in F i g. 6 dargestellt ist, ergibt eine Veränderung des Wertes des Winkels « von α, zu Oi₂ mit einem Differenzbetrag von Δα eine Veränderung des Radius R₂, der sich die zylindrische erste oder innere Fläche 80 des Taumelkörpers 58 anpassen kann. Der Radius R₂ ändert sich von dem Wert R_2a zum Wert R₂b mit einem Differenzbetrag von AR₂ durch eine Gleitbewegung eines jeden der kegelförmigen Bauteile 120 und 122 auf der Achse 16 über eine Strecke AL. Unter der Voraussetzung, daß die Winkel <x\ und Λ2 den Minimalwert und Maximalwert des Winkels κ darstellen, der im Motor verwendet wird und dementsprechend der Winkel Δα. gleich der maximalen Veränderung des Winkels α ist, stellt die axiale Strecke AL die maximale Axialbewegung der kegelförmigen Bauteile 120 und 122 weg vom Punkt Sdar.

Wie in F i g. 7 gezeigt ist, wird der Radius r der gekrümmten Erzeugenden, weiche die äußere Fläche 126 eines jeden kegelförmigen Bauteils 120 und 122 Foctl*»(Tt Anrrh Hf»n ^rVinittniinW von T inipn hpQtimmt .—«-ο-, — j— —

die senkrecht zu einem Paar von Tangenten Ti und T₂ verlaufen, die sich in einem Punkt M schneiden, der auf der Mitte zwischen den Punkten C₁ und C₂ liegt, welche die senkrechten Schnittpunkte der Radiuslinien mit den jeweiligen Tangenten 71 und T₂ darstellen. Der Abstand zwischen den Punkten Q und C₂ ist gleich der Summe der axialen Erstreckung der äußeren Fläche der kegelförmigen Bauteile 120 oder 122 und der Strecke der axialen Bewegung AL, die jedes Bauteil 120 und 122 im Verhältnis zum Achsenschnittpunkt S durchläuft

Die Winkelgeschwindigkeit ώ der kegelförmigen Bauteile und damit der Welle 30 ist gleich ά, der Drehzahl der Taumelbewegung der Achse 60 um die Achse 16, minus der Funktion 0.R-[IR₂. Da der Bruch R]ZR₂ immer größer als Eins ist, ist klar, daß die Drehung der Welle 30 in einer Richtung erfolgt, die der Drehung des Trägers 36 entgegengesetzt ist und verändert

werden kann von einer Winkelgeschwindigkeit gleich und entgegengesetzt zu derjenigen des Trägers 36, wenn die Funktion R]IR₂ gleich 2 ist, bis zu einer Geschwindigkeit nahe Null, wenn R\IR₂ sich Eins nähert.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist die erste Welle 30 eine hohle oder rohrförmige Welle. Darüber hinaus verläuft die Gegenwelle 130 durch die rohrförmige Welle 30 zur direkten Verbindung mit dem Träger 36 über die Buchse 42. Die Wellen 30 und 130 sind unabhängig voneinander drehbar und über ein epizyklisches Planetengetriebe 132 mit einer Motorausgangswelle 134 verbunden. Bei der bevorzugten, in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform hat das epizyklische Planetengetriebe 132 zwei Momenieneingängc. Ein Eingang weist die Form eines Kegelzahnrades 136 auf, das rotationsmäßig mit der rohrförmigen ersten Welle 30 verbunden ist, und der andere Momenteneingang wird von einem Kegelzahnrad 138 gebildet, das rotationsmäßig mit der Gegenwelle 130 verbunden ist. Die Kegelzahnräder 136 und 138 kämmen gleichzeitig mit Planetenzahnrädern 140, welche drehbar in einem Planetenträger 142 gelagert sind, welcher rotationsmäßig mit der Ausgangswelle 134 verbunden ist. Hieraus folgt, daß das Kegelzahnrad 136 durch die rohrförmige erste Welle 30 mit einer Geschwindigkeit ώ angetrieben wird, die veränderbar ist entsprechend dem Verhältnis R]IR₂, das durch den Winkel α bestimmt wird, wohingegen das Kegelzahnrad 138 mit einer Winkelgeschwindigkeit ά angetrieben wird, welche gleich der Rotationsgeschwindigkeit des Trägers 36 ist. Entsprechend der bekannten Funktionsweise eines epizyklischen Planetengetriebes steht die Winkelgeschwindigkeit Θ der Ausgangswelle 134 zu den Geschwindigkeiten ώ und ά in folgender Beziehung:

Θ =

N... - i TV,
2 N_n

wobei Νω die Zähnezahl des Zahnrades 136 darstellt, Na gleich der Zähnezahl des Zahnrades 138 ist und N_p gleich der Zähnezahl der Planelenzahnräder 140 ist.

Wie oben erwähnt worden ist, drehen sich die Wellen 30 und 130 in entgegengesetzten Richtungen. Die Welle 30 wird mit einer Winkelgeschwindigkeit ώ angetrieben, die gleich (aber mit entgegengesetztem Vorzeichen) ά ist, wenn R]IR₂ gleich 2 ist. Wenn sich der Bruch R]IR₂ Eins nähert, nähert sich die Geschwindigkeit ώ Null, wohingegen die Geschwindigkeit ix konstant bleibt für eine gegebene Motordrehzahl. Die mit der Ausführungsform gemäß F i g. 1 erzielten Ergebnisse können abgeschätzt werden, unter der Voraussetzung, daß Nw = NoC = 30, 2 Np = 30 und ά = 2000 U/min ist Die nachfolgenden Beziehungen bestehen dann zwischen R]IR₂, ώ und Θ:

R]IR₂	.:.U/min	«U/min
2	-2000	0
1,8	-1600	200
1,6	-1200	400
1,4	- 800	600
1,2	- 400	800
1	0	1000

Entsprechend der oben angenommenen Betriebsbedingung verändert sich der Winkel <x von seinem Maximalwert zu seinem Minimalwert, wenn die

Ausgangsgeschwindigkeit Θ sich von Null auf 1000 U/min verändert. Wie oben unter Bezugnahme auf F i g. 5 beschrieben worden ist, verändert sich in ähnlicher Weise die Kolbenhublänge oder der Zylinderinhalt von einem Maximalwert, wenn Θ gleich Null ist, auf einen Minimalwert, wenn θ gleich 1000 U/min ist. Es wird angemerkt, daß die angenommene Tabelle der relativen Werte mehr theoretisch als praktisch ist insoweit als der Winkel ca niemals Null sein wird, obwohl die Winkelgeschwindigkeit ώ tatsächlich Null wird, wenn sich der Bruch R\IRz einem Wert 1,05 nähert aufgrund von Schlupf zwischen den Flächen 80 und 126. In der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist die Ausgangswelle 134 mit den Wellen 30 und 130 über ein epizyklisches Planetengetriebe 132' verbunden mit einem Zahnkranz 143, der mit der Welle 30 verbunden ist, einem Sonnenzahnrad 144, das mit der Welle 30 verbunden ist, und Planetenzahnrädern 146, die wiederum über einen Planetenträger mit der Ausgangswelle 134 verbunden sind. Die Gleichung für diese Form eines epizyklischen Getriebes lautet unter Verwendung der besagten Geschwindigkeiten:

Θ =

Ν,ώ + N_s

N₁. + N_s '

wobei Ns die Zähnezahl des Sonnenzahnrades 144 und Nr gleich der Zähnezahl des Zahnkranzes 143 ist. Bei diesem epizyklischen Getriebe verändert sich der Wert Θ von einem Minuswert zu einem Pluswert über einen Nullwert bei Veränderungen der Geschwindigkeit ώ und entsprechender Werte des Bruches R\/Ri. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 kann die Ausgangswelle zum Antrieb der Räder eines Automobils verwendet werden, z. B. in »Rückwärts-«, »Leerlauf-« und »Vorwärtsstellung« bei veränderbaren Getriebedrehzahlverhältnissen.

Obwohl zahlreiche besondere Betriebsparameter bei einem Motor der vorliegenden Art möglich sind, erfolgt die Vereinigung der von den Wellen 30 und 130 übertragenen Drehmomente über das epizyklische Planetengetriebe 132 zur Erhöhung der Ausgangsdrehzahl gleichzeitig mit einer Erniedrigung der Kolbenhublänge oder des Zylinderinhaltes allein infolge einer Drehung des exzentrischen Zylinders 88 relativ zum Träger 36 Veränderung des Winkels oc. Als Folge der Verringerung des Kolbenhubes wird die vom Motor entwickelte Leistung mit ansteigender Drehzahl der Ausgangswelle derart verringert, um den Motorwirkungsgrad unter gewöhnlich beim Betrieb z. B. von Automobilen auftretenden Belastungen zu optimieren. Die vom Motor entwickelte Leistung wird auch durch die Frequenz der Kolbenbewegung oder Motordrehzahl sowie durch die Ausgangsdrehzahl beeinflußt.

Während die Motordrehzahl in herkömmlicher Weise durch Gasdrosselung gesteuert werden kann, können Verluste des Wirkungsgrades, die sich aus einer extremen Drosselung ergeben, im wesentlichen vermieden werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse gelagerten Welle um eine erste Achse, mit einem auf der Welle vorgesehenen Zentralkörper, mit einem vom Gehäuse getragenen Taumelkörper um eine zweite, mit der ersten Achse einen Winkel und einen Achsenschnittpunkt bildenden Achse, wobei der Taumelkörper mit mehreren hin- und herbewegbaren Kolben verbunden ist und der Taumelkörper und der Zentralkörper in Reibrolleingriff miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die beiden Körper (120, 122; 58) Drehrollbahnen jeweils um die e^rste und zweite Achse (16;60) aufweisen, die an zwei Punkten (P 1, P2) in Berührung stehen, die in gleichem Abstand auf entgegengesetzten Seiten des Achsenschnittpunktes (^angeordnet sind,

b) daß der Zentralkörper zwei kegelförmige Bauteile (120,122) aufweist, die drehfest mit der Welle (30) verbunden und axial zueinander verschiebbar sind,

c) daß ein im Gehäuse drehbar um die erste Achse gelagerter Träger (36) seinerseits den Taumelkörper (58) mit fest einstellbarem Schnittwinkel (a.) für dessen Bewegung mit einer doppelkegelförmigen Bahn in Umfangsrichtung um die erste Achse lagert, wobei der Scheitelpunkt der doppelkegelförmigen Bahn mit dem Achsenschnittpunkt zusammenfällt,

d) daß die zwischen dem Träger und dem Taumelkörper angeordneten Lagereinrichtungen (84, 86, 88) für den Taumelkörper zur Veränderung des Schnittwinkels zwischen der ersten und zweiten Achse verstellbar ausgebildet sind, um eine phasengleiche Einstellung des Hubs (D) der Kolben (24) und der Drehzahl (ω) der Welle zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert für eine gegebene Frequenz der Hin- und Herbewegung der Kolben zu bewirken, und

e) daß die Drehmomente der Welle (30) und des Trägers (36) durch ein epizyklisches Planetengetriebe (132, 132') so kombiniert werden, daß die Drehzahl (ω) der Welle für eine gegebene Frequenz der Hin- und Herbewegung der Kolben umgekehrt proportional zur Ausgangsdrehzahl (B^ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausgangsdrehmoment über den Planetenträger des epizyklischen Planetengetriebes abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomente der Welle (30) und des Trägers (36) jeweils mit unabhängig drehbaren Zahnrädern (136,138) gekoppelt sind, welche d^:e gleiche Größe aufweisen und mindestens ein Planetenzahnrad (140) einschließen, das im Planetenträger (142) gelagert ist und mit beiden unabhängig drehbaren Zahnrädern kämmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausgangsdrehmoment über den Planetenträger des epizyklischen Planetengetriebes abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das epizyklische Planetengetriebe (132') mindestens ein im Planetenträger gelagertes Planetenzahnrad (146), ein mit dem Planetenzahnrad kämmendes Sonnenzahnrad

(144) und einen ebenfalls mit dem Planetenzahnrad kämmenden Zahnkranz (143) aufweist, und daß der Träger (36) mit dem Sonnenzahnrad und die Welle (30) mit dem Zahnkranz (143) verbunden sind.