Bewegungsumwandlungsvorrichtung

Abstract

 Vorrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Be­wegung mindestens eines Kolbens (8) eines Verbrennungs­motors (4) in eine oszillierende Drehbewegung minde­stens einer Welle (10), wobei der Kolben (8) über ein flexibles Band (24) mit einem Aufspul- und Abspul­bereich (20) der Welle (10) verbunden ist. Die bei Drehbewegung der Welle (10) vorhandene Rotationsener­gie wird am Ende des Arbeitshubs des Kolbens (8) für ein Weiterdrehen der Welle (10) im gleichen Drehsinn genutzt, so daß das Band (24) anschließend im ent­gegengesetzten Wicklungssinn auf den Aufspul- und Abspulbereich (20) der Welle (10) aufgespult wird und dadurch der Kolben (8) durch das Band (24) zurückgezogen wird. Alternativ sind zwei Kolben (8) mit einer Verbindungsstange (16) dazwischen sowie Bänder (24, 24′) mit entgegengesetzten Wicklungsrich­tungen vorgesehen, so daß beim Aufspulen des einen Bandes das andere Band abgespult wird und umgekeht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Um­wandeln der hin- und hergehenden Bewegung mindestens eines Kolbens eines Verbrennungsmotors in eine oszil­lierende Drehbewegung mindestens einer Welle, wobei der Kolben über ein flexibles Band, das mit einem Aufspul- ­und Abspulbereich der Welle verbunden ist, mit der Welle gekoppelt ist.

[0002] Üblicherweise wird die hin- und hergehende Kolbenbewegung eines Verbrennungsmotors durch einen Kurbeltrieb, der im wesentlichen aus einer Pleuelstange pro Kolben und einer Kurbelwelle besteht, in eine Rotationsbewegung der Kur­belwelle umgesetzt. Insbesondere bei größerem Hub der Kolbenbewegung wird der übliche Kurbeltrieb sehr groß und damit schwer und teuer.

[0003] Man kennt bereits Vorrichtungen zum Umwandeln der hin- ­und hergehenden Kolbenbewegung in eine oszillierende Wellendrehbewegung unter Einsatz eines flexiblen Bands zwischen dem Kolben und einem Aufspul- und Abspulbereich an der Welle (US Patent Nr. 1,660,487 und deutsches Patent Nr. 118,435). Ein flexibles Band kann jedoch, da es zwar Zugkräfte aber keine Druckkräfte übertragen kann, den Kolben nicht zum Ausgangspunkt seines Arbeitshubs zurückdrücken. Deshalb ist bei der Bewegungsumwandlungs­ vorrichtung gemäß dem US Patent Nr. 1,660,487 eine Kur­belmechanik zu diesem Zweck vorgesehen. Bei der Bewe­gungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem deutschen Patent Nr. 118,435 ist eine Feder vorgesehen, die über ein ge­sondertes Band den Kolben zurückzieht. Die erstgenannte Lösung ist mechanisch kompliziert und verschleißanfällig. Bei der zweitgenannten Lösung stellt die Feder ein hoch belastetes Bauteil dar, welches insbesondere bei größeren Leistungen nur schwer mit der erforderlichen Lebensdauer bereitgestellt werden kann.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit flexi­blem Band arbeitende Bewegungsumwandlungsvorrichtung zu schaffen, die in einfacher und wenig verschleißanfälliger Weise die Zurückbewegung des betreffenden Kolbens zum Ausgangspunkt des Arbeitshubs leistet.

[0005] Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die bei der jeweiligen Drehbewegung der Welle vorhandene Rotations­energie für ein Weiterdrehen der Welle im gleichen Dreh­sinn beim Durchlaufen des Endes des Arbeitshubs des Kol­bens genutzt, so daß das Band anschließend im entgegenge­setzten Wicklungssinn auf den Aufspul- und Abspulbereich an der Welle aufgespult wird und dadurch der Kolben durch das Band zurückgezogen wird. Diese Rotationsenergie muß nicht allein aus der Rotationsenergie der eigentlichen Welle bestehen, sondern es kann auch die Rotationsenergie von sich mit der Welle drehenden Massen bzw. Bauteilen genutzt werden.

[0006] Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung sind zwei Kolben mit entgegengesetzten Arbeitshubrichtungen vorhanden, deren Bänder mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen an die Welle angeschlossen sind, so daß beim Aufspulen des einen Bandes das andere Band abgespult wird und umgekehrt. Durch eine Verbindungsstange zwischen den beiden Kolben wird jeweils durch den Arbeitshub eines Kolbens der andere in seine Ausgangsposition des Arbeits­hubs zurückgeschoben.

[0007] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zurückbezogenen Ansprüchen angegeben.

[0008] Gemessen an einer bestimmten, vom Kolben ausgeübten Längskraft hat ein zugbeanspruchtes Band einen wesentlich geringeren Querschnitt als ein wechselnd auf Zug und Druck beanspruchtes Pleuel. Außerdem ist kein wechselnd beanspruchtes Pleuellager, das - abhängig von der Kolben­längskraft - eine große Lagerfläche benötigt, vorhanden.

[0009] Bei Beginn der Arbeitshubbewegung befindet sich der Kol­ben in seinem oberen Totpunkt, und am Ende seiner Arbeitshubbewegung befindet er sich in seinem unteren Totpunkt. Der untere Totpunkt des Kolbens kann, je nach räumlicher Anordnung des Kolbens bzw. des Verbrennungs­motors, geometrisch unterhalb, oberhalb oder seitlich vom entgegengesetzten, "oberen" Totpunkt sein. Bevorzugt ist ein Verbrennungsmotor eingesetzt, der bei jeder Kolbenbe­wegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt einen Arbeitshub hat, beispielsweise ein Zweitaktmotor oder ein Motor mit äußerer Verbrennung nach dem Stirling-­Prinzip, so daß das flexible Band bei jeder Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt unter Zugkraftbeaufschlagung vom Kolben her steht.

[0010] Bevorzugte Möglichkeiten des Eingriffs einer kolbenstan­genartigen Verlängerung des betreffenden Kolbens mit dem flexiblen Band sind in den Ansprüchen 3 bis 5 angegeben und weiter unten noch genauer beschrieben.

[0011] Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 6 bis 9 angegeben und weiter unten noch genauer beschrieben.

[0012] Es ist günstig, auf jeder Seite der kolbenstangenartigen Verlängerung des Kolbens ein Band vorzusehen und überdies diese beiden Bänder mindestens im wesentlichen in der Mittelebene der kolbenstangenartigen Verlängerung zu Aufspul- und Abspulbereichen an der Welle laufen zu lassen. Auf diese Weise läßt sich die kolbenstangenartige Verlängerung möglichst genau mittig in Längsrichtung be­lasten und lassen sich seitliche Führungskräfte für den Kolben und die kolbenstangenartige Verlängerung weitest­gehend vermeiden.

[0013] Das jeweilige Band hat vorzugweise eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm, was einen guten Kompromiß zwischen Längskrafttragvermögen und guter Aufspulbarkeit dar­stellt, und eine durch die zu übertragende Längskraft bestimmte Breite. Besonders bevorzugte Materialien für das Band sind Aramidfasern, Polyamidfasern, Kohlefasern, Stahlband, bandartige Zusammenfassung dünner Stahlseile oder entsprechender Metallgewebe.

[0014] Es ist ein Charakteristikum von Bewegungsumwandlungsvor­richtungen der erfindungsgemäßen Art, daß sich nicht un­mittelbar eine kontinuierliche Drehbewegung der Welle ständig in der gleichen Drehrichtung erzeugen läßt, sondern unmittelbar nur eine oszillierende Drehbewegung. Bei einer ganzen Reihe von Aufgaben kann man diese oszillierende Drehbewegung unmittelbar nutzen, beispiels­weise bei bestimmten Antriebsaufgaben. Häufig wird man es jedoch vorziehen, eine ständig im gleichen Drehsinn ro­tierende Antriebsquelle zur Verfügung zu haben. Um dies zu erreichen, kann man an die oszillierende Welle insbe­sondere einen mechanischen Freilauf oder eine intermit tierend greifende und lüftende Kupplung anschließen. Die Kupplung ist vorzugsweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch gesteuert. Es muß sich nicht um eine mecha­nische Kupplung handeln, sondern man kann auch beispiels­weise Magnetkupplungen oder ähnliches vorsehen.

[0015] Ein ganz besonders bevorzugtes Gebiet ist das Vorsehen der Bewegungsumwandlungsvorrichtung für einen Stromerzeu­ger, bei dem der Stromgenerator von der Welle oszillie­rend oder intermittierend in gleicher Drehrichtung dre­hend angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß gerade bei Stromgeneratoren diese Art des Antriebs trotz der auf den ersten Blick vorhandenen Kom­plikationen gut einsetzbar ist, insbesondere weil der er­zeugte Strom auf elektrische Weise "nachbearbeitet" werden kann, beispielsweise gleichgerichtet oder in seinem zeitlichen Verlauf geglättet werden kann.

[0016] Im Sinne einer besseren Leistungsausnutzung der Vorrich­tung kann für jede der beiden Drehrichtungen der Welle ein eigener, intermittierend angetriebener Generator vorgesehen sein, und zwar der eine für eine erste Dreh­richtung und der andere für eine entgegengesetzte, zweite Drehrichtung.

[0017] Es ist ein besonders wesentliches Charakteristikum der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß man den Verbrennungs­motor problemlos besonders langhubig auslegen kann, ins­besondere mit einem Kolbenhub, der größer als das 1,5-­fache oder sogar größer als das 2,0-fache des Kolben­durchmessers ist. Während bei herkömmlichen Verbrennungs­motoren eine derart langhubige Auslegung zu Problemen führen kann, insbesondere hinsichtlich der Seitenkräfte der Kolben auf die Zylinderwände und hinsichtlichen der maximalen Kolbengeschwindigkeit bei höheren Drehzahlen und hinsichtlich des Bauvolumens und Bauaufwands des Kurbeltriebs, steigt bei der erfindungsgemäßen Vorrich­tung der Bauaufwand mit Erhöhung des Kolbenhubs nur ge­ringfügig an und treten die genannten Probleme prinzip­bedingt nicht notwendigerweise auf. Die langhubige Bau­weise führt insbesondere zu hoher Leistungsdichte und gutem Verbrennungsablauf. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, daß bei herkömmlichen Verbren­nungsmotoren infolge des Kurbeltriebs die Bewegungsge­schwindigkeit des Kolbens über den Kolbenweg im wesent­lichen nach einer Sinusfunktion verläuft, während man bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einem wesent­lich gleichmäßigeren Verlauf der Kolbengeschwindigkeit über dem Kolbenhub kommt. Hier kann man sogar durch elek­tronische Steuerung des Generators für einen während des Kolbenhubs variablen Antriebswiderstand des Generators sorgen und auf diese Weise einen - naturgemäß mit Ausnahme der beiden Totpunkte - mit möglichst gleichmäs­sigem Verlauf der Kolbengesschwindigkeit über den Kolben­hub ablaufenden Bewegungsablauf erzwingen. Ferner wird besonders auf die Möglichkeit hingewiesen, für die Rück­bewegung des betreffenden Kolbens zum Ausgangspunkt seines Arbeitshubs den Antriebswiderstand des Generators möglichst weit herabzusetzen, damit diese Rückbewegung möglichst leicht vonstatten geht.

[0018] Besonders bevorzugt ist für die erfindungsgemäße Vorrich­tung ein nach dem Zweitaktverfahren arbeitender Verbren­nungsmotor, vorzugsweise mit Vorverdichtung auf der Kolbenstangenseite des Kolbens. Derartige Verbrennungs­motoren haben neben dem weiter vorn genannten Vorteil die Vorteile hoher Leistungsausbeute pro Gewichtseinheit und einfacher Bauweise.

[0019] Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Möglichkeit, den oberen Totpunkt durch den Generator zu steuern, ins­besondere in der Weise, daß das Ausmaß des Aufspulens des flexiblen Bandes auf die Welle gesteuert ist. Dies gibt die Möglichkeit, beispielsweise das Verdichtungsverhält­nis des Verbrennungsmotors zu ändern. In analoger Weise kann man auch den unteren Totpunkt des Kolbens steuern, so daß sich insgesamt die Möglichkeit der einfachen Hub­raumveränderung des Motors ergibt.

[0020] Wenn gewünscht wird, das insbesondere in den Kolbentot­punkten auftretende, elektrische "Leistungsloch" des Generators mehr oder weniger auszugleichen, kann man vor­zugsweise eine Vorrichtung mit mindestens zwei Zylindern und Kolben vorsehen, die zeitversetzt so arbeiten, daß die Totpunkte des einen Kolbens gerade zwischen den Tot­punkten des anderen Kolbens liegen. Eine weitere, bevor­zugte Möglichkeit besteht darin, zusätzlich einen Schwungradspeicher vorzusehen, der im Bereich des Lei­stungslochs unter Verlangsamung Strom abgibt und, bei­spielsweise mit etwa zwanzig Prozent der Vorrichtungs­leistung, elektrisch angetrieben drehend gehalten wird.

[0021] Wenn es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Verbren­nungsmotor mit äußerer Verbrennung nach dem Stirling-­Prinzip handelt, kann der auf das Band wirkende Kolben den sogenannten Arbeitskolben des Stirling-Motors dar­stellen und zusätzlich ein angetriebener Verdrängerkolben vorgesehen sein, der Arbeitsgasverschiebung von einem gekühlten Bereich zu einem beheizten Bereich und umge­kehrt unter zusätzlichem Vorsehen eines Wärmeregenerators leistet.

[0022] Als besonders bevorzugte Anwendungsgebiete von Stromer­zeugungsvorrichtungen, die mit der erfindungsgemäßen Bewegungsumwandlungsvorrichtung ausgestattet sind, kommen der elektrische Antrieb von Schiffen, Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen und Lokomotiven in Betracht, wobei die Vorrichtung flach zwischen den Achsen liegend vorgesehen sein kann.

[0023] Der Generator der Stromerzeugungsvorrichtung kann auch als Anlasser für den Verbrennungsmotor ausgebildet sein. Hierbei kommt insbesondere ein oszillierender oder ein intermittierender Antrieb des Anlassers in Frage. Vor­zugsweise ist der Generator mit einem Rotor mit möglichst geringem Gewicht bzw. Massenträgheitsmoment um seine Drehachse ausgebildet, was für die Ausführungsvariante mit in wechselnder Drehrichtung angetriebenem Generator besonders wesentlich ist.

[0024] Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand mehrerer, schematisiert zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele von Stromerzeugungsvor­richtungen, die erfindungsgemäße Bewegungsumwandlungs­einrichtungen beinhalten, noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Stromerzeugungsvorrich­tung in Richtung der Achse des Generators (Blick­richtung I-I in Fig. 2), wobei ein Teil der Vor­richtung weggeschnitten ist;

Fig. 2 eine andere Seitenansicht der Stromerzeugungsvor­richtung von Fig. 1, und zwar gemäß Pfeil II in Fig. 1 und rechtwinklig zur Blickrichtung von Fig.1;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Stromerzeugungs­vorrichtung in einer Blickrichtung analog Fig. 2;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Stromerzeugungs­vorrichtung in einer Blickrichtung analog Fig. 1;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Stromerzeugungs­vorrichtung in einer Blickrichtung analog Fig. 1;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Stromerzeugungs­vorrichtung in Blickrichtung analog Fig. 1;

Fig. 7 und 8 abgewandelte Ausführungsformen eines Drehteils.

[0025] Die in Figuren 1 und 2 gezeigte Stromerzeugungsvorrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem einzylindrigen Verbrennungs­motor 4 ohne herkömmlichen Kurbeltrieb, einem Bandtrieb 6, der die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 8 des Verbrennungsmotors in oszillierende Drehbewegung einer Welle 10 umsetzt, einem Stromgenerator 12 und einer Dreh­moment-Übertragungsverbindung 14 zwischen der Welle 10 und dem nicht gesondert gezeichneten Läufer des Generators 12.

[0026] An dem Kolben ist eine Kolbenstange 16 starr befestigt, die durch eine Führung 18 an einem Stirnende des Zylinders führt und am freien Ende T-förmig verbreitert ist. Die Welle 10 erstreckt sich, in der Blickrichtung der Figur 2, rechtwinklig zur Kolbenstange 16 und oberhalb von dieser. Auf jeder Seite der Kolbenstange 16 ist auf der Welle 10 ein Drehteil 20 in Form einer zylindrischen Rolle be­festigt. Von dem T-Kopf 22 der Kolbenstange 16 führt auf jeder Seite der Kolbenstange 16 ein flexibles Band 24 zum Umfang der jeweils zugeordneten Rolle 20, wobei jeweils ein Ende des Bandes am Kopf 22 und das andere Ende des Bandes 24 an passender Stelle am Außenumfang der Rolle 20 befestigt ist. Der Durchmesser der Rollen 20 ist so bemessen, daß die Bänder 24 möglichst exakt in der Mittelebene der Kolbenstange 16 verlaufen. Der Durchmes­ser der Rollen 20 ist ferner so groß bemessen, daß eine dem Hub des Kolbens 8 entsprechende Bandlänge einlagig aufgespult werden kann.

[0027] Auf einer Seite der Kolbenstange durchsetzt die Welle 10 eine Federeinheit 26 und führt von dort in eine Freilauf­einheit 28. Das axial andere Ende der Freilaufeinheit 28 ist mit dem rotierbaren Läufer des Generators 12 dreh­fest verbunden.

[0028] Wenn der Kolben 8 im oberen Totpunkt steht, also ganz links in Figuren 1 und 2, sind die Bänder 24 auf der jweiligen Rolle 20 maximal aufgespult. Wenn dann verdichtetes Kraft­stoff-Luftgemisch im Zylinder 30 gezündet wird (Ottomotor) oder Kraftstoff in durch Verdichtung erhitzte Luft im Zylinder 30 eingespritzt wird (Dieselmotor), wird der Kolben in Richtung auf seinen unteren Totpunkt getrieben, also nach rechts in Figuren 1 und 2. Der Kopf 22 zieht die Bänder 24 abspulend von den Rollen 20 ab, wodurch die Welle 10 in einer ersten Drehrichtung in Drehung versetzt wird. Bei dieser ersten Drehrichtung überträgt die Frei­laufeinheit 28 das Drehmoment der Welle 10 auf den Läu­fer des Generators 12, der sich somit dreht und Strom erzeugt. In der Federeinheit 26 befindet sich eine Feder, die bei Drehung der Welle 10 in dem ersten Drehsinn zu­ nehmend gespannt wird.

[0029] Wenn der Kolben 8 den Bereich seines unteren Totpunkts erreicht hat, ist die Kraft der gespannten Feder in der Federeinheit 26 so groß, daß sich der Drehsinn der Welle 10 in einen zweiten Drehsinn umkehrt. Beim zweiten Dreh­sinn unterbricht die Freilaufeinheit 28 den Drehmoment­fluß zwischen der Welle 10 und dem Generator 12. Die Bänder 24 werden von der Welle 10 bzw. den Rollen 20 her aufspulend nach links in Figuren 1 und 2 gezogen und nehmen über den Kopf 22 und die Kolbenstange 16 den Kolben 8 nach links mit zurück zum oberen Totpunkt. Bei dem Verbrennungsmotor 4 handelt es sich um einen Zweitakt­motor, so daß sich anschließend der gleiche Zyklus wie beschrieben wiederholt. Beispielsweise durch geeignete Steuerung der Erregung des Generators 12 läßt sich ge­wünschtenfalls erreichen, daß der Läufer des Generators 12 mindestens im wesentlichen gerade zum Stillstand ge­kommen ist, wenn der Kolben 8 im oberen Totpunkt ist. Dann kann die Freilaufeinheit 28 ohne Drehzahldifferenz einrasten. Es ist aber auch möglich so zu arbeiten, daß sich der Läufer des Generators 12 noch weiter dreht oder schon stillgestanden hat, wenn der Kolben 8 seinen oberen Totpunkt erreicht.

[0030] Es wird darauf hingewiesen, daß die Stromerzeugungsvor­richtung 2 nicht zwingend die Freilaufeinheit 28 auf­weisen muß. Die Federeinheit 26 kann auch so dimensioniert sein, daß sie sowohl die Zurückbewegung des Kolbens 8 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt leistet als auch in dieser Zeitspanne den Läufer des Generators 12 im zweiten Drehsinn (zurück)dreht. Während dieser Zeit könnte man gewünschtenfalls die Erregung des Generators 12 so min­dern, daß die Federeinheit 26 möglichst wenig Leistung zum Drehen des Läufers des Generators 12 im zweiten Dreh­sinn aufbringen muß.

[0031] Da der Generator 12, über die Zeit gesehen, nicht gleich­mäßig und ggf. mit wechselndem Drehsinn angetrieben wird, ergibt sich ein zeitlich ungleichförmiger Verlauf des erzeugten Stroms. Stromrichtungswechsel können beispiels­weise durch zyklische Umpolung eliminiert werden. An­sonsten kann man den zeitlichen Schwankungen, wenn erfor­derlich, beispielsweise durch Zusammenschalten mehrerer derartiger Stomerzeugungsvorrichtungen 2 begegnen.

[0032] Das Ersetzen eines Kurbeltriebs durch den beschriebenen Bandtrieb 6 hat ferner zur Folge, daß man in der Fest­legung des oberen und/oder des unteren Totpunkt des Kol­bens 8 weitgehende Freiheit hat. Dies kann man beispiels­weise für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors 4 oder für eine Änderung des aktiven Hubraums des Verbrennungsmotors 4 nutzen.

[0033] Die zweite Ausführungsform einer Stromerzeugungsvorrichtung 2 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der zuvor beschrie­benen, ersten Ausführungsform zunächst dadurch, daß der Verbrennungsmotor 4 zwei miteinander fluchtende Zylinder 30 mit jeweils einem Kolben 8 aufweist und daß die beiden Kolben 8 durch eine gemeinsame Kolbenstange 16 miteinander verbunden sind. Die Kolbenstange 16 ist mit zwei T-Ab­schnitten 22 und 22′ versehen. Zwischen den beiden T-Ab­schnitten 22 und 22′ ist die Welle 10 analog wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet, wobei jedoch keine Federeinheit 26 vorhanden ist. Von dem in Figur 3 rechten T-Abschnitt 22 führen die beiden Bänder 24 zu den beiden Rollen 20 der Welle 10 ganz analog wie bei der ersten Ausführungsform.Außderdem führen jedoch von dem in Figur 3 linken T-Abschnitt 22′ zwei weitere Bänder 24′ zu den Rollen 20, und zwar in Axialrichtung der Welle 10 bzw. der Rollen 20 gesehen jweils innen neben dem betreffenden Band 24. Wenn die Bänder 24 ziehend von den Rollen 20 ab­gespult werden, werden zugleich die Bänder 24′ auf die Rollen 20 aufgespult. Bei einer Bewegung der beiden Kolben 8 von links nach rechts in Figur 3, also einer Bewegung des linken Kolbens 8 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt und einer Bewegung des rechten Kolbens 8 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt werden somit die Bänder 24 abspulend gezogen, und bei der umgekehrten Be­wegung der beiden Kolben 8 werden die Bänder 24′ abspulend gezogen.

[0034] Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform ferner dadurch, daß an beiden Axialenden der Welle 10 jeweils eine Freilaufeinheit 28 und jeweils ein Generator 12 vorgesehen ist. Bei einer Bewegungsrichtung der beiden Kolben 8 greift die eine Freilaufeinheit 28, so daß der eine Generator 12 angetrie­ben wird. Bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung der beiden Kolben 8 greift die andere Freilaufeinheit 28, so daß der andere Generator 12 angetrieben wird.

[0035] Es ist alternativ möglich, auf die beiden Freilaufeinheiten 28 zu verzichten, so daß die beiden Generatoren oszillie­rend angetrieben werden. Es ist ferner alternativ möglich, mit nur einem Generator 12 und ohne Freilaufeinheit 28 zu arbeiten.

[0036] Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die beiden Kolben 8 nicht unbedingt durch eine gemeinsame Kolbenstange 16 mit­einander verbunden sein müssen. Vielmehr können die beiden Kolben 8 mit jeweils eigener Kolbenstange 16 und jeweils eigenem Bandtrieb 6 derart auf eine gemeinsame Welle 10 arbeiten, daß die beiden Kolbenstangen in Axialrichtung der Welle 10 gegeneinander versetzt sind.

[0037] Bei den nachfolgend beschriebenen, weiteren Ausführungs­formes ist aus Übersichtsgründen jeweils der an die Welle 10 angeschlossene Generator 12 nicht eingezeichnet.

[0038] Die dritte Ausführungsform gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform sehr wesentlich da­durch, daß das Drehteil 20 die Außenumfangsgestalt einer zylindrischen Rolle mit einer Vertiefung nach Art der oberen Hälfte eines Herzes in einem Umfangsbereich hat. Dieses Drehteil wird daher im folgenden "Herzrolle 20" genannt. Im inneren Spitzende der Vertiefung 32 ist das drehteilseitige Ende des jeweiligen Bandes 24 befestigt. Ferner ist eine Umlenkrolle 34 für das jeweilige Band 24 vorgesehen, wodurch das Band 24 zunächst ganz analog wie bei der ersten Ausführungsform in der Sicht der Figur 4 in der Mittelebene der Kolbenstange 16 verläuft und dann, näher dem Zylinder 30, leicht nach oben abbiegt zum Außen­umfang der Herzrolle 20. Ein weiterer, besonders wesent­licher Unterschied zur ersten und zur zweiten Ausführungs­form besteht darin, daß die Herzrolle 20 derart vorgesehen ist, daß ihre Vertiefungsspitze 32 dann in Längsrichtung des bis zur Umlenkrolle 34 gestreckten Bandes 24 weist, wenn der Kolben 8 den unteren Totpunkt erreicht hat. Dieser Zustand ist bei der vierten und der fünften Ausführungs­form in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Dies hat zur Folge, daß das Band 24 bei der Bewegung des Kolbens 8 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt abspulend von der Herzrolle 20 gezogen wird, während sich diese in einem ersten Dreh­sinn dreht, und daß sich die Drehung der Herzrolle 20 in diesem ersten Drehsinn weiter fortsetzt, wenn dann der Kolben 8 vom unteren Totpunkt zum oberenTotpunkt zurück­geht. Das heißt also, daß hierbei das Band 24 sozusagen auf der umfangsmäßig anderen Seite der Vertiefungsspitze beginnend auf die Herzrolle 20 aufgespult wird. Erst bei der nächsten Bewegung des Kolbens 8 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt kehrt sich der erste Drehsinn der Herzrolle 20 in einen zweiten Drehsinn um, der wiederrum beibehalten wird, bis der Kolben 8 wieder zum oberen Tot­punkt zurückgekehrt ist.

[0039] Infolgedessen zeichnet sich die dritte Ausführungsform dadurch aus, daß die Welle 10, auf der die Herzrolle 20 befestigt ist, und damit auch der an die Welle 10 ange­schlossene, nicht gezeichnete Generator 12 bei Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens 8 nicht auf Drehge­schwindigkeit 0 verzögert und dann in entgegengesetztem Drehsinn beschleunigt wird, sondern daß diese Verzögerung und Beschleunigung nur im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens stattfindet. Die Rotationsträgheit insbe­sondere des Läufers des Generators 12 bzw. die bei Errei­chen des unteren Totpunkts des Kolbens 8 in diesem ge­speicherte Rotationsenergie holt also unter Zugbeaufschla­gung des Bandes 24 den Kolben 8 zum oberen Totpunkt zu­rück. Hierdurch sinkt die Drehzahl des Generators 12, so daß sich ein besonders funktionsgerechtes Zulaufen des Kolbens 8 zum oberen Totpunkt mit abnehmender Geschwindig­keit ergibt. Man kann sogar so weit gehen, die Erregung des Generators 12 in Abhängigkeit von der Rückbewegung des Kolbens 8 zum oberen Totpunkt so zu steuern, daß der Kolben 8 gerade mit einer Geschwindigkeit nahe Null zum oberen Totpunkt kommt.

[0040] Die Herzvertiefung mit abgerundetem Übergang in den rest­lichen, zylindrischen Umfang der Herzrolle 20 hält die Wechselbiegebeanspruchung des Bandes 24 in diesem Bereich klein trotz des wechselnden Aufspulens auf der einen Umfangsseite und der anderen Umfangsseite neben der Herz­vertiefung 32.

[0041] Mit dem Bezugszeichen 36 ist in gestrichelten Linien eine Lagerungsplatte angedeutet, die an den Zylinder 30 be­festigt ist und der Lagerung der Welle 10 und der Achse der Umlenkrolle 34 dient.

[0042] Es versteht sich, daß die dritte Ausführungform, wenn man sie in der Blickrichtung der Figur 2 betrachtet, insoweit analog zu der ersten Ausführungsform 2 Herzrollen 20 und zwei Bänder 24 aufweist. Entsprechend sind auch zwei Umlenkrollen 34 auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen. Es sind zwei Lagerungsplatten 36 jeweils axial außerhalb der beschriebenen Rollen 20, 34 vorhanden. Die Lagerungs­platten 36 können an dem dem Zylinder 30 abgewandten Ende weiter verlängert sein als in Figur 4 gezeichnet, und dort kann eine weitere Führung für den Kopf 22 der Kolben­stange 16 vorhanden sein. Eine Federeinheit 26 und eine Freilaufeinheit 28 sind bei der dritten Ausführungsform entbehrlich.

[0043] Die vierte Ausführungsform gemäß Figur 5 unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform im wesentlichen nur da­durch, daß am Kopf 22 der Kolbenstange 16 eine weitere Umlenkrolle 38 angeordnet ist, die das Band 24 um etwa 180° umlenkt. Das Ende des Bandes 24, das bei der dritten Ausführungsform am Kopf 22 befestigt war, ist bei der vierten Ausführungsform am Zylinder 30 oder einem anderen geeigneten Teil zwischen den beiden Lagerungsplatten 36 befestigt. Infolgedessen wird bei Bewegung des Kolbens 8 um eine Strecke x etwa ein Bandstück der Länge 2x ab­gespult oder aufgespult. Ansonsten ist der Bewegungsab­lauf der Herzrolle 20 in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens 8 so, wie bereits im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform beschrieben. Die (erste) Umlenk­rolle 34 in dem Bandbereich zwischen dem Kopf 22 und der Herzrolle 22 ist in Relation zur Kolbenstange 16 so an­geordnet, daß das Band 24 in Figur 5 gesehen oberhalb und unterhalb der Kolbenstange 16 in praktisch gleicher Winkellage zu der Kolbenstange 16 läuft, so daß die Kolbenstange 16 praktisch rein auf Druck beansprucht ist. Die vierte Ausführungsform hat ferner den Vorteil, daß man ohne Nachteile mit nur einem Band 24, nur einer Herzrolle 20 und nur einer (ersten) Umlenkrolle 34 arbeiten kann.

[0044] Die fünfte Ausführungsform gemäß Figur 6 unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, daß das­jenige Ende des Bandes 24, welches bei der vierten Aus­führungsform zu dem Zylinder 30 oder einem Befestigungs­teil zwischen den Lagerungsplatten 36 geführt war, zu einer zweiten Herzrolle 20 geführt ist, die symmetrisch zur ersten Herzrolle 20, in Figur 6 gesehen unterhalb der Kolbenstange 16, angeordnet ist. Es versteht sich, daß die zweite Herzrolle 20 ebenfalls auf einer Welle 10 sitzt und daß jede der beiden Wellen 10 mit einem eigenen Generator 12 verbunden ist. Wenn die beiden Generatoren 12 groß sind, kann einer in Figur 6 hinter der Zeichen­ebene und der andere in Figur 6 vor der Zeichenebene angeordnet sein. (Erste) Umlenkrollen 34 sind bei der fünften Ausführungsform entbehrlich, weil die Anordnung symmetrisch zur Kolbenstange 16 ist. Am günstigsten wird die Ausbildung so gewählt, daß sich die beiden Herzrollen 20 immer gegensinnig drehen.

[0045] In Figur 7 ist ein Modifikation dargestellt, bei der die Herzrolle 20 exzentrisch auf der Welle 10 sitzt, so daß der Abstand der Aufspul-Umfangsfläche der Herzrolle 20 von der Drehachse über 180° Aufspulwinkel immer größer wird, und zwar symmetrisch geltend für beide Drehrichtungen. Hierdurch kann man erreichen, daß sich die Drehgeschwin­digkeit der Welle 10 infolge eines sich sozusagen ändern­den Übersetzungsverhältnisses im Verlauf des Hubs des Kolbens 8 ändert, auch wenn sich der Kolben 8 mit gleich­bleibender Geschwindigkeit bewegt. Es sind auch andere, für die jeweiligen Anforderungen günstige Änderungen des Abstands der Aufspulfläche des Drehteils 20 von dessen Drehachse über den Umfangswinkel möglich.

[0046] Die in Figur 8 gezeichnete Modifikation des Drehteils 20 besteht darin, daß das Bandende nicht unmittelbar am eigentlichen Drehteil 20 befestigt ist, sondern an einem zylindrischen Zwischenteil 40, das seinerseits um seine Achse drehbar an dem Drehteil 20 gelagert ist. Auf diese Weise läßt sich eine Biegewechselbeanspruchung des Bandes 24 beim Übergang vom Abspulen auf der einen Umfangsseite vom Zwischenteil 40 zum Aufspulen auf der anderen Umfangs­seite vom Zwischenteil 40 praktisch ganz eliminieren.

[0047] Statt der vorstehend bei einigen Ausführungsformen be­schriebenen Freilaufeinheit 28 kann auch eine intermit­tierend greifende und lüftende Kupplung vorgesehen sein, die praktisch die gleiche Funktion erfüllt.

[0048] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch ohne den jeweiligen Stromgenerator 12 gebaut sein. In diesem Fall läßt sich die Drehbewegung der Welle 10 als mechanische Leistungsquelle nutzen.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Bewegung eines Kolbens (8) eines Verbrennungsmotors (4) in eine oszillierende Drehbewegung mindestens einer Welle (10), mit:

(a) einem Aufspul- und Abspulbereich (20) an der Welle (10);

(b) einem flexiblen Band (24), das mit einem Ende an dem Aufspul- und Abspulbereich (20) befestigt ist;

(c) einer kolbenstangenartigen Verlängerung (16) des Kolbens (8), die derart mit dem flexiblen Band (24) in Eingriff ist, daß das Band (24) durch den Arbeits­hub des Kolbens (8) von dem Aufspul- und Abspulbe­reich (20) ziehend abgespult wird; und

(d) einer Auslegung mit derartiger Rotationsträgheit der Welle (10), daß sich die Welle (10) am Ende des Arbeitshubs im gleichen Drehsinn weiterdreht, wo­durch das Band (24) im entgegengesetzten Wicklungs­sinn aufgespult und der Kolben (8) durch das Band (24) zurückgezogen wird.

2. Vorrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Bewegung zweier Kolben (8) eines Verbrennungsmotors (4) in eine oszillierende Drehbewegung mindestens einer Welle (10), mit:

(a) einem Aufspul- und Abspulbereich (20) an der Welle (10);

(b) einem ersten flexiblen Band (24), das mit einem Ende an dem Aufspul- und Abspulbereich (20) befestigt ist;

(c) einem zweiten flexiblen Band (24′), das mit einem Ende an dem Aufspul- und Abspulbereich (20) befestigt ist;

(d) einer Verbindungsstange (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (8), die derart mit dem ersten flexiblen Band (24) in Eingriff ist, daß das erste Band (24) durch den Arbeitshub des ersten Kolbens (8) von dem Aufspul- und Abspulbereich (20) ziehend ab­gespult wird, und derart mit dem zweiten flexiblen Band (24′) in Eingriff ist, daß das zweite Band (24′) durch den Arbeitshub des zweiten Kolbens (8) von dem Aufspul- und Abspulbereich (20) ziehend abgespult wird; und

(e) entgegengesetzten Arbeitshubrichtungen der beiden Kolben (8), so daß das ziehende Abspulen des ersten Bandes (24) mit einem Zurückdrücken des zweiten Kol­bens (8) unter Aufspulen des zweiten Bandes (24′) einhergeht und das ziehende Abspulen des zweiten Bandes (24′) mit einem Zurückdrücken des ersten Kol­bens (8) unter Aufspulen des ersten Bandes (24) einhergeht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Band (24) mit dem anderen Ende an der kolben­stangenartigen Verlängerung (16) des Kolbens (8) be­festigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Band (24) mit dem anderen Ende ortsfest festgelegt ist und über eine Umlenkrolle (38) an der kolbenstangenartigen Verlängerung des Kolbens (8) geführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Band (24) mit dem anderen Ende an einem Aufspul- ­und Abspulbereich (20) einer weiteren Welle (10) be­ festigt ist, von dem es beim Arbeitshub des Kolbens (8) abgespult wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch eine Umlenkrolle (34) für das Band (24), so daß eine Teillänge des Bandes (24) im wesent­lichen parallel zu der kolbenstangenartigen Verlängerung (16) des Kolbens (8) verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufspul- und Abspulbereich (20) einen herzförmi­gen Außenumfang hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Band (24) mittels eines relativ zu dem Aufspu- ­und Abspulbereich (20) drehbaren Zwischenteils (40) an diesem Bereich (20) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Abstand zwischen dem Außenumfang des Auf­spul- und Abspulbereichs (20) und der Drehachse der Welle (10) längs des Außenumfangs ändert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (10) über mindestens einen Freilauf (28) an mindestens ein drehend anzutreibendes Element ange­schlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (10) über mindestens eine intermittierend greifende und lüftende Kupplung an mindestens ein drehend anzutreibendes Element angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie Bestandteil eines Stromerzeugers (2) ist, bei dem ein Generator (12) von der Welle (10) antreibbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jede der beiden Drehrichtungen der Welle (10) ein eigener Generator (12) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator (12) auch als Anlasser für den Verbren­nungsmotor (4) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator (12) mit einem gewichtsminimierten Rotor ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbrennungsmotor (4) langhubig ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbrennungsmotor (4) ein Zweitaktmotor ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbrennungsmotor (4) ein Motor mit äußerer Ver­brennung ist.

Zeichnung