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Kraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einer Gruppe von nach einer
Kreislinie angeordneten Zylindern.
Es sind bereits Kraftmaschine, insbesondere Brennkraftmasehinen, bekannt geworden, die mit einer Gruppe von nach einer Kreislinie angeordneten Zylinder und einer Gruppe zugehöriger Kolben arbeiten, wobei entweder die Zylinder ununterbrochen kreisen und die Kolben gegenüber den Zylindern abwechselnd zurückbleiben und beschleunigt vorgeholt werden oder umgekehrt. Soll durch derartige Maschinen der höchste Wirkungsgrad erzielt werden, so muss die Kraft unmittelbar tangential auf die Achse übertragen werden, ohne dass das Getriebe, das dem absatzweise bewegten Teil die dem Zweck der Maschine entsprechende Relativbewegung gegenüber dem gleichförmig kreisenden Teil erteilt, an der Kraftübertragung beteiligt ist.
Die bisher bekannten Ausführungsformen haben aber noch den Nachteil, dass während des Stillstandes der Kolben die Zylinder mit den Kolben durch das Vorholgetriebe nicht zwangläufig, sondern kraftschlüssig (z. B. durch Einschaltung einer Feder) verbunden sind, damit das leerlaufende Vorholgetriebe trotz des Kolbenstillstandes seine kleinen Bewegungen noch vollführen kann.
Bei der Maschine nach vorliegender Erfindung ist das Vorholgetriebe so ausgebildet, dass es auch während des Stillstandes der Kolben die zwangläufige Verbindung zwischen Kolben und Zylinder aufrecht erhält, wobei vorausgesetzt ist, dass die Sperrung der Kolben gegen den Umlaufsinn dauernd und im Umlaufsinn während jedes zweiten Hubes durch besondere Vorrichtungen gesichert ist.
Hiedurch wird einem Stoss vorgebeugt, der sonst beim Übergang des Kolbens vom Stillstand zur Bewegung sich einstellen und durch eine Feder aufgenommen werden muss, wenn, wie es bei dem als Ausführungsbeispiel dargestellten Vorholgetriebe nach der älteren Ausführungsform der Fall ist, beim Beginn des Kolbenhubes das Vorholgetriebe bereits in einer Bewegungsstufe ist, die eine grössere Geschwindigkeit des Kolbens zur Folge hat. Überhaupt lässt sich dadurch, dass die zwangläufige Verbindung zwischen Kolben und Zylinder ununterbrochen, also auch während des Kolbenstillstandes, aufrechterhalten wird, die Beschleunigung des Kolbens beim Beginn seines Hubes nach einem beliebigen Gesetz, also auch so regeln, dass die Geschwindigkeitskurve den für einen stosslosen Betrieb günstigsten Verlauf hat.
Natürlich ist der Fortfall einer Feder auch deshalb wertvoll, weil bei schnellaufenden Maschinen die Mitwirkung von Federn überhaupt unerwünscht sei.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen erläutert. In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der älteren Art dargestellt. Danach besteht das Vorholgetriebe für jedes Kolbenpaar aus einem Planetenrad 4, das sich auf einem ortsfesten Zahnkranz 5 abwälzt und mit einer grösseren (etwa doppelt so grossen) Kurbelscheibe 8 verbunden ist, deren Kurbelgelenk 11 durch die Kurbelstange 9 mit einem Kolbenarm 6 in gelenkiger Verbindung steht. Durch Einschalten einer Feder 22 ist die Kurbelstange in der Längsrichtung nachgiebig. Der Kurbelgelenkpunkt 11 beschreibt eine Epizykloide mit radialen Schleifen. Wenn sich der Kurbelgelenkpunkt 11 auf diesen schmalen Schleifen bewegt, werden die Kolben des zugehörigen Kolbenpaares festgestellt, wobei die geringfügige Längsversehiebung der Kurbelstange durch die eingeschaltete Feder ausgeglichen wird.
Dieser Stillstand erfolgt während jedes zweiten Hubes, worauf dann die Kolben um das gesamte Kolbenspiel vorgeholt werden.
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Der Kurbelgelenkpunkt 11 beschreibt die in Fig. 2 dargestellte Bahn. Diese Bahn besteht für den üblichen Fall, in dem wie bei der gewöhnlichen Kurbelmaschine die Arbeits- und Verdichtungshübe, im vorliegenden Fall also die Arbeits-und Nacheilhübe, gleich sind, aus zwei zeitgleiehen Abschnitten, dem Bogen 15-15 und der Kurbelschleife 15-33-15. Während des Durcheilens der Kurbelschleife sollen die Kolben stillstehen und gegen den feststehenden Teil der Maschine verriegelt sein.
Erfindungsgemäss wird die Bewegung des Vorholgetriebes für die Kolben zwangläufig so geleitet, dass sie genau die gewünschte Kolbenbewegung hervorruft. Eine derartig zwangläufige Steuerung des Vorholgetriebes entsprechend der gewünschten Kolbenbewegung an Stelle der elastischen Anpassung des Vorholgetriebes an die Kolbenbewegung hat noch den Vorteil, dass auch die Vorwärtsbewegung der Kolben nach Wunsch geleitet werden kann. In Fig. 3 ist in einem Geschwindigkeitszeit (c-t) diagramm der zweckmässige Verlauf der Kolbengeschwindigkeit während einer Periode dargestellt. Es bezeichne die Strecke 2s den Weg des Kolbens zwischen dem Beginn des ersten und dem Beginn des zweiten Spielwechsels und so fort.
Der halbe Wert dieser Strecke ist dann s und stellt den Hub der Maschine dar, ähnlich den Vorgängen in einer gewöhnlichen Kurbelmaschine. Während aller Hübe s sollen sieh die Zylinder mit der annähernd gleichen Geschwindigkeit v drehen. Die Kolbengeschwindigkeit soll dann während des ersten Hubes 0 sein, während des zweiten Hubes aber soll die Kolbenbewegung von 0 zu einem'Höchstmass allmählich beschleunigt und dann wieder allmählich auf O verzögert werden.
Die Werte dieser Geschwindigkeitskurve sind so geregelt, dass-immer unter der Voraussetzung, dass Arbeitsund Nacheilhübe wie bei der gewöhnlichen KurbelJl1aschine zeitgleich sind, was aber bei der Maschine nach der Erfindung nicht der Fall zu sein braucht-der Kolben in der Zeit, in der der Zylinder einen Hub s zurücklegt, die Strecke 2s zurücklegt. Mit andern Worten, nach je einem vollen Spielweehsel werden die-Kolben zu den Zylindern relativ stets dieselbe Lage haben. Auf diese Weise wird ein ruhiges Arbeiten der Maschine erreicht und ausserdem die Möglichkeit geschaffen, dass die materialteehnische Herstellbarkeit der Maschine keine Schwierigkeit bereitet.
Dieser Erfindungsgedanke, die Kolbenbewegung nach der gewünschten Kolbengeschwindigkeitskurve durch das Vorholgetriebe zwangläufig zu steuern, kann auf die verschiedenste Weise gelöst werden.
In Fig. 4 ist beispielsweise eine einfache Lösung angegeben : Der Kolben 2 wird durch die Kurbelstange 9 vorgeholt. Der Endpunkt 11 dieser Kurbelstange bewegt sieh 1. gleitend auf der rotierenden Kurbel 8, deren Bewegung irgendwie von der Zylinderhauptbewegung abgeleitet wird, 2. auf der Kurve 10, die fest am Zylinder sitzt und so geformt ist, dass der Kolben genau die vorgeschriebene Bewegung ausführt.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung der Vorrichtung zur zwangläufigen Steuerung der Kurbelstangenlänge nach der Kolbengeschwindigkeitskurve dargestellt. Wie schon erwähnt, beschreibt das Kurbelgelenk 11 Epyzikloiden mit radialen Schleifen nach Art der Fig 2. Durch Veränderung der Länge der Kurbelstange ist 1. vom Punkte 14 bis 15 und von 15 bis 13 die Verzögerung bzw. Beschleunigung vom Gesehwindigkeitszeitwert des Epizykloidengetriebes auf 0 bzw. von 0 bis auf den entsprechenden Geschwindigkeitszeitwert und 2. vom Punkte 15 über Punkt 33 nach Punkt 15 Stillstand der Kolben zu erreichen.
Die Kurbelstange 9 ist im Lager 11 fest an der Kurbel 8 befestigt, am andern Ende trägt sie einen rahmenförmigen Ansatz 16. Auf dem Balken 17 dieses Rahmens ist das Zahnrad 18 gelagert, das in die ebenfalls in 17 gelagerten Zahnräder 19 eingreift. Die Zahnräder 19 sind mit zwei exzentrischen Scheiben 23 starr verbunden. Zwischen den Umfängen dieser exzentrischen Scheiben gleitet, in dem Rahmen 16 gelagert, das bewegliche Lager 25, das mit dem Zapfen 26 unmittelbar oder mittelbar an den Kolben 2 angelenkt ist. Mit dem Zahnrad 18 ist der Hebel 27 starr verbunden, dessen unteres Ende die Stange 28 trägt, die in dem drehbaren Lager 29 gleitend gelagert ist. Am freien Ende der Stange 28 befindet sich das Schiffchen 30, das in der Steuerkurve 31, die mit der Stange 9 verbunden ist, gleitet.
Durch das Auf-und Abschwingen der Stange 9 wird mit Hilfe der Stangen 28 und 27 dem Rade 18 und damit den Exzenterscheiben 23 eine Drehung gegeben, die eine hin und her gehende Bewegung des Punktes 26 im Rahmen 16 herbeiführen. Es ist nun kinematisch einfach, dem Steuermechanismus eine solche Form zu geben, dass genau die gewünschte Kolbenbewegung dadurch hervorgerufen wird.
In Fig. 6 ist eine Maschine nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die nach einer Kreislinie angeordneten Zylinder 1 sitzen auf Armen 12 und sind mit der Triebwelle 3 fest verbunden. An zwei der Arme 12 sitzt drehbar ein Planetenrad 4, das sich auf einem mit einem feststehenden Teil des Masehinengestelles starr verbundenen Zahnkranz 5 abwälzt. An den Armen 6, die von Ringen 37 ausgehen, sitzen die Kolben 2. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, dass die Zahl der Kolbenantriebe und der angetriebenen Kolben beliebig gewählt werden kann.
Die Ringe 37 können sieh um die feststehende Nabe 38 nur im Umlaufsinne drehen, da zwischen Ring und Nabe ein Rucksperrgetriebe mit einer mit den Zylindern verbundenen Kurvenbahn 40, einer mit den Kolben verbundenen Kurvenbahn 39 und mit am feststehenden Teil der Maschine um Bolzen 41 schwingbaren Klinkenhebeln 42 eingeschaltet ist, welches Gesperre die Kolben gegen den Umlaufsinn dauernd, im Umlaufsinn während jedes zweiten Hubes gegen den feststehenden Teil der Maschine sperrt. Zylinder und Kolben dieser
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Fig. 5 verbunden.
Das geschilderte Schubkurbelgetriebe lässt sich auch für andere Zwecke, insbesondere für die Bewegung der Werkzeuge von Werkzeugmaschinen, z. B. Schleifmaschinen, verwenden.
Auch bei der Maschine nach vorliegender Erfindung können die Rollen von Zylinder und Kolben vertauscht werden : ebenso ist die Erfindung auch für die Umkehrung der Kraftraschine, also für eine Pumpe oder einen Verdichter, anwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftmaschine. insbesondere Brennkraftmaschine, mit einer Gruppe von nach einer Kreislinie angeordneten Zylindern und einer Gruppe zugehöriger Kolben, wobe entweder die Zylinder ununterbrochen kreisen und die Kolben gegenüber den Zylindern abweehselnd zurückbleiben und beschleunigt vorgeholt werden oder umgekehrt ; gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Vorholgetriebes, dass Kolben und Zylinder auch während des Kolbenstillstandes miteinander zwangläufig verbunden
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