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Einzylinder-Zweitakt-Umlaufmotor Die Erfindung betrifft Einzylinder-Verbrennungsmotoren,
die nach dem Zweitaktsystem mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeiten, und zwar als
Umlaufmotoren mit feststehender Kurbelwelle und sich drehendem Kurbelgehäuse und
Zylinder. Diese Motoren eignen sich besonders als Antriebsmotoren für Fahrräder
zum Einbau in eine Radnabe oder als Anlaßmotoren fürVerbrennungskraftmaschinenvon
großer Leistung, vor allem auf Luftfahrzeugen.
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Es ist bekannt, einen Zweitaktmotor mit einem umlaufenden Einlaßventil
auszustatten, das 'im wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle zusammenhängenden
und zu deren Achse konzentrischen Scheibe besteht, die eine Öffnung od. dgl. aufweist,
die mit einer in der Wandung des Kurbelgehäuses vorgesehenen Öffnung zusammenwirkt,
die entweder mit der Einlaßleitung (Patentschrift 627 654) oder mit einem zum Zylinderkopf
führenden Umgehungskanal (Patentschrift 351556)
verbunden ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter und vereinfachter Einzylinder-Zweitakt-Motor
mit Kurbelgehäuseverdichtung, der in erster Linie dadurch gekennzeichnet ist, daß
die wenigstens teilweise hohle Kurbelwelle der Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches
dient und eine auf dem Kurbelzapfen drehbare, mit der Pleuelstange verbundene durchbrochene
Ventilscheibe eine Auslaßöffnung
des Hohlraums der Kurbelwelle an
der Innenseite einer Kurbelwange bei ihrer Drehung abwechselnd freigibt und verschließt.
Vorzugsweise wird die Ventilscheibe elastisch gegen die Kurbelwange gedrückt.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß ein im Zylinderkopf
vorgesehenes Entlüftungsventil durch Federwirkung im Öffnungssinn beeinflußt wird,
jedoch im Betrieb bei überschreiten einer kritischen Drehzahl, die niedrig im Vergleich
zur Betriebsdrehzahl des Motors ist, unter Überwindung der Federwirkung durch Fliehkraftwirkung
geschlossen wird.
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Gemäß einem anderen Kennzeichen der Erfindung sind das Kurbelgehäuse,
der Zylinder und die anderen anhängenden Teile in ein zur Achse der feststehenden
Kurbelwelle konzentrisches Gehäuse eingeschlossen, das mit einer oder mehreren öffnungen
in der Nähe der Achse und mit weiteren Öffnungen am Umfang versehen ist, durch die
ein radialer Luftstrom im Gehäuse zur Kühlung des Motors durch die auf Fliehkraft
beruhende Pumpwirkung des Kurbelgehäuses und Zylinders erzeugt wird.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Zündeinrichtung als Magnetinduktor
einen feststehenden Feldmagnet öder Magnete und eine mit Eisenkern versehene Spule
umfaßt, die an dem Kurbelgehäuse so angeordnet ist, däß ihre Masse zur Auslastung
der Zylindermasse während der Drehung beiträgt, wobei der Kern der Spule Polschuhe
besitzt, die sich vor dem oder den Magneten drehen. Außerdem ist vorzugsweise der
Unterbrecherkontakt und ein Kondensator am Kurbelgehäuse angeordnet und wird der
Kontakt durch einen feststehenden Nocken betätigt.
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Erfindungsgemäß sind das Kurbelgehäuse und der Zylinder aneinander
mit Spannbolzen befestigt, die einerseits am Zylinderkopf und andererseits am Kurbelgehäuse
auf der dem Zylinder abgewandten Seite angreifen. Hierdurch wird erreicht, daß die
Zugbeanspruchung durch die Fliehkraft von den Spannbolzen aufgenommen und von dem
Zylinder und dem Kurbelgehäuse ferngehalten wird.
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Der Motor kann mit einem (Grenzregler ausgerüstet werden, der beim
Überschreiten einer bestimmten Höchstdrehzahl wirksam wird und die Zündung abschaltet.
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In der. Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Einzylinder-Zweitakt-Motors
nach der Erfindung in Anwendung auf ein Fahrrad od. dgl. Antrieb dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i einen Achsschnitt des in die Radnabe eingebauten Motors, Fig.
2 eine Einzelheit im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 3, Fig. 3 eine Ansicht des
Motors in Richtung des Pfeils 3 in Fig. i bei abgenommener Seitenplatte des Nabengehäuses,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Pleuelstange mit der Ventilscheibe und Fig.5 einen
Längsschnitt dadurch flach der Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht
des Speichenrades mit dem Motor bei abgenommenem Getriebekasten.
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Wie insbesondere aus Fig. i hervorgeht, besitzt der Motor eine feststehende
Kurbelwelle mit hohlen Achsschenkeln 2o und 2r, Kurbelwangen 22 und einem Kurbelzapfen
23, wobei der Hohlraum des Achsschenkels 2i ein Sackloch darstellt. Die Achsschenkel
2o und 2.1 sind mit Lagern 24 versehen, auf denen däs Kurbelgehäuse 25 drehbar gelagert
ist. Die Drehrichtung ist durch den Pfeil in Fig. 3 angezeigt. An dem Kurbelgehäuse
ist der einzige Zylinder 26 befestigt, der den Kolben 27 enthält. Die Pleuelstange
28 weist ein Gegengewicht 29 für den Kolben, den Pleuelzapfen und die Pleuelstange
auf. Am Zylinder sind Umgehungskanäle 3o ausgebildet, die in Öffnungen 3s und 32
in der Zylinderwand enden. Der Zylinder 26 weist ferner Auslaßöffnungen 43 auf,
die zu Auspuffrohren 108 (Fig. 3) führen.
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Auf dem Kurbelzapfen 23 ist eine Ventilscheibe 33 drehbar, die durch
das Gegengewicht 29 der Pleuelstange mittels eines Vorsprungs 79 mitgenommen wird,
der in eine entsprechende Vertiefung im Gegengewicht eingreift (vgl. Fig.4 und 5).
Die Ventilscheibe weist einen Durchbruch 78 auf, der einmal je Umdrehung die Auslaßöffnung
des Hohlraums des Achsschenkels 2o an der Innenseite der Kurbelwange 22 freilegt
und wieder schließt.
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Die Ventilscheibe 33 wird gegen die Kurbelwange 22 durch zwei Federn
8o gepreßt, von denen die eine in einen Hohlraum im Gegengewicht 29 und die andere
in einem Becher 8a sitzt, dessen Flansch zwischen die Flansche des 1-Querschnitts
der Pleuelstange 28 paßt und auf dem Steg desselben aufliegt und dessen (Gehäuseteil
in einer der Ausbohrungen dieses Stegs sitzt (vgl. Fig. 4 und 5).
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Das Kurbelgehäuse 25 weist gegenüber dem Zylinder 26 für die Aufnahme
des Gegengewichts z9 eine Erweiterung auf, an der zwei eiserne Arme 38 befestigt
sind, die durch den Eisenkern 39 einer Spule 41 verbunden und magnetisch geschlossen
sind und Polschuhe 40 tragen; letztere drehen sich dicht um einen zweipoligen Ringmagnet
42, dessen magnetischen Kreis sie schließen und der konzentrisch zur Achse der Kurbelwelle
an einem Armkreuz 107 befestigt ist, das auf dem Achsschenkel 2l der Kurbelwelle
sitzt. Das Armkreuz io7 trägt ferner eine ringförmige Nockenplatte 82, die einen
einzigen Nockenvorsprung aufweist. Diese Nockenplatte wirkt auf einen Schaltarm
83 ein, der am Kurbelgehäuse drehbar ist und unter der Wirkung einer Feder 84 zwei
Kontakte geschlossen hält, die an dem Schaltarm 83. bzw. an einer isolierten Platte
85 sitzen, die am Kurbelgehäuse befestigt und durch eine Leitung 86 mit dem einen
Ende der Primärwicklung der Spule 41 verbunden ist, deren anderes Ende über eine
Leitung 87 und einen Kondensator 88 geerdet ist. Die Sekundärwicklung der Spule
41 ist durch ein Hochspannungskabel 89 mit einer Zündkerze 68 verbunden.
Um
dynamische Umwucht zu vermeiden. sind die Polschuhe 40 an der anderen Seite der
Symmetrieebene des Motors durch Blindschuhe 9o nachgebildet, die das gleiche Massenmoment
besitzen, jedoch aus urmagnetischem Werkstoff bestehen, um magnetische Ableitung
zu verhindern.
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Das äußere Ende des hohlen Achsschenkels 2o der Kurbelwelle ist mit
Gewinde für die Befestigung des Vergasers (nicht dargestellt) versehen. Der Zylinder
26 ist durch einen abnehmbaren Zylinderkopf 67 abgeschlossen, in dem die Zündkerze
68 sitzt und der innen eine Aussparung 69 aufweist, die durch einen Schraubstopfen
70 verschlossen ist und durch einen Kanal 71 mit äußerem Anschluß 72 entlüftet
wird. An der Austrittsöffnung der Aussparung 69 zum Zylinder ist ein Sitz
für ein Ventil 73 ausgebildet, dessen Schaft in dem Stopfen 70 geführt ist
und daß eine Feder 74 von seinem Sitz abzuheben sucht, wobei sein Öffnungshub durch
einen Stift 75 begrenzt ist, der in den Zylinderkopf 67 eingeschraubt ist. Wenn
die Maschine steht oder langsam läuft, wird das Ventil 73 durch die Feder 7,4 offen
gehalten und der Zylinderkopf durch den Kanal 71 und den Anschluß 72 entlüftet,
so daß die Verdichtung zurückgeht und das Anlassen erleichtert wird. Sobald die
Maschine angelaufen ist und eine bestimmte kritische Geschwindigkeit erreicht hat,
wird durch die Wirkung der Fliehkraft, der das Ventil 73 infolge der Drehung des
Zylinders um die Kurbelwelle unterliegt, die Kraft der Feder 74 überwunden und das
Ventil und damit der Entlüftungsweg 69, 71, 72 geschlossen, so daß die Verdichtung
in dem Zylinder 26 wieder ihren vollen Wert erreicht.
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Zylinder 26, Zylinderkopf 67 und Kurbelgehäuse 25 sind miteinander
durch lange Spannbolzen 187 verbunden, deren Köpfe am Zylinderkopf anliegen und
die das Kurbelgehäuse durchdringen und Spannmuttern 188 tragen, für die entsprechende
Auflageflächen an der dem Zylinder entgegengesetzten Seite des Kurbelgehäuses vorgesehen
sind. Auf diese Weise wird die Fliehkraft am Zylinder und Zylinderkopf durch die
Zugspannung der Spannbolzen aufgenommen, die das Kurbelgehäuse auf Druck beansprucht,
so daß der Zylinder, der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse von Zugbeanspruchung
entlastet sind (Fig. 3).
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Der Motor ist in ein Gehäuse 96, 97, 98 eingeschlossen, das die Nabe
des Rades bildet und mit Öffnungen io6 nahe dem Mittelpunkt sowie öffnungen io5
nahe dem Umfang versehen ist. Wenn sich das Kurbelgehäuse dreht, wird durch die
am Kurbelgehäuse sitzenden Teile, wie den Zylinder und den Zylinderkopf, eine zentrifugale
Pumpwirkung in dem INTabengehäuse ausgeübt und Luft durch die Öffnungen io6 angesaugt
und durch die Öffnungen io5 ausgestoßen, welch letztere außerdem die Auspuffgase
austreten lassen, die in das Innere des Nabengehäuses entleert werden. Der Luftumlauf
durch die Trommel, der durch die erwähnte Zentrifugalwirkung erzeugt und durch den
Ausstoß der Auspuffgase unterstützt wird, dient der Kühlung des Motors, wobei die
Wärmeabführung vom .Zylinder und Zylinderkopf durch gebräuchliche Kühlrippen unterstützt
wird. die in Fig. i und 3 zu erkennen sind.
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Die Kurbelwelle 2o, 21, 22 und 23 wird mit Hilfe von zwei Paaren von
Flächen 95 festgehalten, deren radialer und axialer Abstand mit den entsprechenden
Abmessungen einer normalen Fahrradachse übereinstimmt, so daß die Flächen in die
Aufnahmeschlitze einer normalen Radgabel passen. Die Enden der Kurbelwelle sind
mit Gewinde für die Aufnahme von Klemmuttern entsprechend den üblichen Achsmuttern
eines Fahrrades versehen.
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Das den Motor umschließende Nabengehäuse besteht aus einer Trommel
96 und Seitenplatten 97 und 98. Die Platte 97 weist einen Gewindestutzen 99 zur
Aufnahme eines Kettenrades (nicht dargestellt) für Pedalantrieb auf und ist mit
diesem Gewindestutzen mittels eines Lagers ioo auf dem Achsschenkel 21 der Kurbelwelle
drehbar gelagert. Die Seitenplatte 98 ist auf einem Fortsatz ioi des Kurbelgehäuses
25 mittels eines Lagers 102 drehbar gelagert. Das andere Ende des Kurbelgehäuses
weist keinen Fortsatz auf. Auf dem Fortsatz ioi sitzt ein Zahnritzel 103,
dessen als Büchse ausgebildete Nabe den inneren Laufring des Lagers io2 trägt. Ein
zum Ritzel 103 konzentrisches Zahnrad 104 ist an der Seitenplatte 98 befestigt.
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Die Auspuffgase werden durch Rohre io,9 in als Schalldämpfer dienende
Expansionskammern io9 geleitet, die am Kurbelgehäuse durch Halter i io befestigt
sind, und aus diesen durch Rohrstutzen i i i in das Nabengehäuse tangential in einer
solchen Richtung ausgestoßen, daß sie die Drehung des Kurbelgehäuse durch Rückstoß
unterstützen. Die Rohrstutzen können - im Innern der Kammer i o9 verlängert sein
und in einer Öffnung in gewissem Abstand vor der Außenwand der Kammer enden, wie
rechts in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Eine Leitung i 12 verbindet den Auslaß
72 (Fig. 2) mit dem Innern des hinteren Schalldämpfers io9. Von dem von der Drehachse
am weitesten entfernt liegenden Punkt jeder Expansionskammer führt eine Düse 113
durch einen Schlitz 115 einer an der Seitenplatte 98 befestigten Ringplatte i 16
in den Ringkanal eines an der Seitenplatte ausgebildeten Ölsammelringes 11q., der
eine Anzahl kleiner öffnungen 117, 118 aufweist, die teilweise durch die Ringplatte
i 16 begrenzt sind.
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Die Trommel 96 des Nabengehäuses ist durch Drahtspeichen iig
mit einer Fahrradfelge i2o (Fig. 6) verbunden.
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Auf dem Schenkel 2o der Kurbelwelle sitzt eine feststehende Halteplatte
121, an dessen Rand eine Ringplatte 122 befestigt ist, an der eine innere Umfangsnut
123, für die Olaufnahme ausgebildet ist, die den Sammelring 114 (Fig. i) umgibt.
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Mit der Halteplatte 121 hängt ein zylindrischer Getriebekasten 125
(Fig. i) zusammen, der ein Untersetzungsgetriebe enthält, bestehend aus einem Zahnrad
125, das mit dem Zahnritzel 103 am Kurbelgehäuse im Eingriff steht, sowie
einem gleichachsigen Zahnritzel 128, das mit dem Zahnrad io4 am Nebengehäuse kämmt
und mit dem Zahnrad 125
durch eine Kupplung I33, 1,34 verbunden
werden kann.
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Die an den Flächen 95 angreifende Halterung der Kurbelwelle nimmt
nur das Motormoment (hohe Drehzahl) auf, während die Halteplatte I21, die auf nicht
dargestellte Weise festgehalten wird, das Nabenmoment (niedrige Drehzahl) aufnimmt.
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Die Halteplatte 121 weist Öffnungen 182 für den Zutritt von Luft zu
den Öffnungen 1o6 des Nabengehäuses zwecks Kühlung des Motors auf (Fig. i).
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Ferner ermöglicht eine Öffnung 183 (Fig. i) in der Ringplatte 122,
daß das in der Sammelnut 123 aufgefangene Öl zu den 'Zahnrädern im Getriebekasten
124 gelangt, an dessen tiefstem Punkt ein Abzug 184 zu einem Sumpf 185 vorgesehen
ist, der beispielsweise durch einen Federdrahtbügel (nicht dargestellt) lösbar befestigt
ist.
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Da das Schmieröl für den Motor vorzugsweise mit dem flüssigen Brennstoff
im Tank im richtigen Mengenverhältnis gemischt und im Schwebezustand im Brennstoff-Luft-Gemisch
dem Motor zugeführt wird, ist das verbrauchte Öl im Schwebezustand in den Auspuffgasen
enthalten, aus denen es in den Schalldämpfern ausgeschleudert wird, die es durch
die Düse 113 verläßt, die von dem am weitesten außenliegenden Punkt der Schalldämpfer
ausgehen. Das Öl gelangt in den Ringkanal des Sammelringes I 14, aus dem es durch
die Öffnungen I 17 oder i 18 auf die Ringplatte I22 austritt oder geschleudert wird;
es wird dann in der Sammelnut 123 aufgefangen, aus der es durch die Öffnung 1'83
entweicht, um die Zahnräder zu schmieren und sich schließlich im Sumpf 185 zu sammeln.