AT148406B

AT148406B - Wechselläufer-Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: AT148406B
Authority: AT
Inventors: Julius Schatra
Original assignee: Julius Schatra
Priority date: 1935-07-01
Filing date: 1935-07-01
Publication date: 1937-01-25

Description

Wechselläufer-Brennkraftmaschine.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die im wesentlichen aus zwei Läufern und einem Ständer besteht. Da sich die beiden Läufer bei der Arbeit stets abwechseln, so wurde die Be- zeichnung ,,Wechselläufer" gewählt.

Aus dem Bestreben, den Kurbeltrieb bei den sonst üblichen Maschinen zu entfernen und einfache und verlässlich wirkende Dichtungen zu erhalten, entstand die Erfindung.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung dargestellt : es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der elektrischen Steuerung des Unterdruekventils (, : Fig. 2 einen Längsschnitt durch
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Fig. 7 eine schematische Darstellung der Schiebersteuerung : das Bild entsteht, wenn man sich eine Schnittfläche knapp an der Innenseite der Läufer so verlegt denkt, dass die Nasen des Schiebers, nicht
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fläche projizierte Bild in die Ebene aufgerollt wird : Fig. 8 eine schematische Darstellung der Brennstoffsteuerung ; Fig. 9 einen Schnitt durch den Pumpenstössel 70; Fig. 10 den Grundriss des Wechselläufers mit teilweisem waagrechtem Schnitt ;

Fig. 11 die Ansieht eines Kupplungsrades mit zwei Steuerbahnen 13 ; die Fig. 2-15 geben eine schematische Darstellung zur Erklärung der Wirkungsweise der Maschine.

Der Ständer 1 umfasst die beiden Läufer : 2 und : J, welche je einer in einen Tragring 4 (Fig. 5) gelagert sind. Die Tragringe 4 sind auf der Achse 5 aufgeschoben und werden mit der Mutter 6 eingestellt und am Entweichen gehindert. Die Tragringe sind an Verdrehung durch den Keil 7 gehindert.

Die Läufer 2 und 3 sind im wesentlichen Rotationskörper und unterscheiden sieh nur durch den Richtungssinn der Steigung der Steuerbahnen. Betrachtet man beide Läufer von der Innenseite, wie es Fig. 6 für den Läufer J gestattet, so fällt die Steuerbahn.' ? zur Brennstoffeinspritzung entgegen den Uhrzeigersinn und die Bahn 20 mit den Uhrzeigersinn ab. In geringem Abstand nebeneinander sind zwei Zähne'il,", 2 bzw. 21, 22 angeordnet. Der Raum zwischen zwei Zähnen wird als Ölkammer bezeichnet und ist durch das Schmierloch-H mit dem Innenraum der Maschine verbunden, der mit 01 erfüllt ist und so immer die Schmierung der Wände des Verbrennungsraumes bewirkt. Um das Abschleudern des Öles aus der Ölkammer beim Schlitz 11 zu verhindern, ist die Ölkammerdichtung 10 (Fig. 2) vorhanden.

Sie besteht aus Asbest, der nicht zu fest gepresst ist ; an den Rändern wird er durch Blattfedern an den Ständer gedrückt, so dass kein Öl direkt austreten kann. Anderseits darf auch der Asbest nicht hinausgepresst werden.

In Fig. 6 sieht man an jedem Zahn beiderseits Ansätze 34, auf welche die Zahnringe VII aufgesteckt werden. Diese Zahnringe sind ganz ähnlich gebaut wie Kolbenringe, nur besitzen sie einen grossen Schlitz, welcher durch einen Stift 50 (Fig. 2) veranlasst wird, an der Wandlung des Läufers zu verbleiben. An jener Stelle ist eine Dichtung überflüssig, da der Zahn mit dem Läufer eins ist.

Überdies ist die Schleiffläche des Zahnringes der Oberfläche des Verbrennungsraumes angepasst. Um
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bahnen 30. 20 und. 39. 29. Die Steuerbahnen. 30, 20 betätigen die Pumpenstossel zur Brennstoffeinspritzung. Die Pumpenstössel 70 arbeiten im Pumpenkörper 71. der auch die Lagerung für die Nockenwelle 72 trägt. Die Nadel 7 ist nach den bekannten Prinzipien des Dieselmotors eingebaut. Die Druckfeder der Nadel drückt gegen den Pumpendeckel 74. Am Ständer ist ein rnterdruekventil angeordnet. Sein eigentliches Organ ist der Schieber- ? 7 (Fig. 1 und 2), der durch die Führung 52 und die Druckfeder : : gedichtet ist. Seine Steuerung kann mechanisch sowie elektrisch erfolgen.

Das eigentliche Steuerorgan, das einen mechanischen oder elektrischen Vorgang auszulösen hat, ist ein Kolben J-4 (Fig. 1).

(Die Unterbringung in der Maschine ist ersichtlich durch die Achse d-d. Fig. 2).

Die Dichtungen der Läufer gegen den Ständer und der Läufer untereinander erfolgen gleichfalls durch Ringe. Der Qttersehnitt dieser Ringe ist aus Fig. 5 zu ersehen. Ring 1 federt nach aussen, an Verdrehung gegen den Läufer. 3 durch Befestigung bei der Ölkammer des Läufers : J gehindert : Ring 11 federt nach aussen, an Verdrehung gegen den Läufer : 2 durch Befestigung bei der Ölkammer des Läufers 2 gehindert : Ring III federt nach innen, an Verdrehung gegen den Läufer : 2 durch Befestigung bei der Ölkammer des Läufers 2 gehindert : Ring IV federt nach innen, an Verdrehung gegen den Ständer durch Befestigung beim Schlitz 11 gehindert :

Ring Y federt nach innen, an Verdrehung gegen den Ständer durch Befestigung beim Schlitz 11 gehindert, und Ring VI federt nach innen, an Verdrehung gegen den Läufer 3 durch Befestigung bei der Ölkammer des Läufers 3 gehindert.

Die Ringe sind nur an einem Ende befestigt, u. zw. so, dass sie bei Drehung durch Reibung auf Zug beansprucht werden.
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der Welle mit.

Der Verbrennungsvorgang soll an Hand der Fig. 12-15 erklärt werden : Der vordere Läufer ist geschnitten und schwarz gezeichnet : ebenso Ständer und Schieber : der hintere Läufer erscheint weiss.

Fig. 12 : Die Zähne des weiss gezeichneten Läufers stehen beim Schlitz 11. Dem weissen Läufer werde Energie zugeführt oder er besitzt kinetische Energie, um das Luftvolumen im Raume B zu verdichten. Die Zähne des schwarz gezeichneten Läufers werden vorgeschoben, bis die schwarzen
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werden so heiss, dass eingespritzter Brennstoff verbrennt. In dem Augenblick, als die vordere Nase des weissen Läufers die hinteren Nasen des Schiebers S überholt, ist durch später zu erklärende Vorgänge dem schwarzen Läufer die Möglichkeit gegeben, unter dem Verdichtungsdruck vorwärts zu gehen. während es dem weissen Läufer nicht mehr möglich ist, zurückzugehen. Fig. 14 : Der weisse Läufer hat seine kinetische Energie durch die Verdichtung bereits verloren.

Kaum ist der schwarze Läufer in Bewegung geraten, so kann der Pumpenstössel der Brennstoffpumpe durch die auf dem Läufer befindliehe Steuerbahn Brennstoff einspritzen, welcher verbrennt. Die durch die Verbrennung entstehenden heissen Gase expandieren und treiben die Zähne des schwarzen Läufers vor. Das Ende der Expansion ist beim Schlitz 11. Fig. 15 : Während die Zähne des weissen Läufers den Verdichtungsvorgang durchführten, saugten sie durch den Schlitz 11 Frischluft nach, die wohl mit Abgasresten vermischt ist. was bei der Dimensionierung der Maschine zu berücksichtigen ist. Der Vorgang wiederholt sieh. nur dass an Stelle des weissen Läufers der schwarze tritt.

Ein wichtiges Steuerorgan zur Bewegung der Läufer in der beschriebenen Form ist der Schieber 9 (Fig. 7). Er besitzt vier Nasen : zwei sind für den Schieber 2 und zwei sind für den Schieber.) bestimmt. u. zw. 92, 94 für den Schieber 2 und 93, 95 für den chieber 3. Senkrecht zur Bewegungsrichtung der Läufer besitzt der Schieber noch zwei Anschläge (können auch Kegelrollen sein) 91, 97'. Mit den Nasen der Läufer bewegen sich auch ihre Steuerwandungen mit den entsprechenden Ausnehmungen :38 mit 41 von Läufer 3 und 28 mit 40 von Läufer 2.

Die Anschläge 0 verhindern ein zu weites hinausgleiten des
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Weg wird der Schieber unter dem Einfluss des auf den schrägen Flächen der Nasen.' ?.. 7 lastenden Verdichtungsdruckes durchführen. und die Nasen 9*j, 9, 5 zur Seite schieben. Die Nase 26 kann nicht mehr zurück, da ihr die Nase des Schiebers 94 den Weg versperrt. Wenn die Nase 26 beim Zurückgehen auf die Nase 94 stösst, so unterstutzt sie das Verschieben des Läufers durch die aufeinandertreffenden

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Hinter den Pumpenstösseln in Fig. 5 befindet sich der gesteuerte Einlass der Brennstoffzuleitung.

Gesteuert wird derselbe durch den Stössel 76 (Fig. 3), der auf einer Steuerbahn 9, J9 rollt ; wenn die Pumpe Brennstoff ansaugt, so steht er in der gezeichneten Stellung (Fig. 3), also offen.

Das Anlassen erfolgt von der Antriebswelle M. Durch eine ausrückbare Kurbel wird die Welle in verkehrter Richtung gedreht : es stehen die Zähne des weiss gezeichneten Läufers (Fig. 12) beim
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raum vorhandenen Gase gegen die Zähne des schwarz gezeichneten Läufers. Wird genügend hoch komprimiert und dann ausgedruckt, so kommt der weisse Läufer in Normalrichtung in Bewegung, nimmt Energie auf und komprimiert damit die Frischluft nach dem Schlitz 11 so weit, dass die Maschine in Gang kommt. Nach dem Loslassen wird auch etwas Brennstoff durch die Pumpe eingespritzt, der infolge der Anwesenheit von frischer Luft auch verbrennen wird.

Das Unterdruckventil 31 tritt dann in Tätigkeit, wenn die expandierenden Gase unter den Aussendruck sinken. Die Maschine würde sonst Verlustarbeit leisten, weil sie einen luftverdünnten Raum pumpen müsste. Bei Naschinen, die kaum in die Lage kommen, in diesen Druckgebieten zu arbeiten, kann dieses Ventil weggelassen werden. Öffnet sich das Ventil bei Unterdruck, so strömt Frischluft durch die Schlitze und gleicht den Druck aus. Es ist also bloss Leerlaufarbeit zu verrichten.

Die Steuerung dieses Ventils erfolgt nach Fig. l halb elektrisch. Eine mechanische Steuerung ist möglich, indem der Kolben. 54 mit einer Stange direkt auf einen Schwinghebel, auf den die Klinke JJ sitzt, wirkt.

Jedoch sind mechanische Steuerungen massiger als elektrische. Legt man jedoch Wert auf eine Anordnung ohne Elektrizität, so wird der Magnet durch Hebel und Gestänge zu ersetzen sein. Die grundsätzliche Wirkungsweise ist in Fig. 1 dargestellt. Ein eingeschliffener Kolben 54 mit einer Stange bewegt sich längst der Achse d, d. Der Kolben wird nach innen gedrückt durch eine Feder 57. Wird der Druck grösser, so wird die Feder zusammengedrückt und die Stange des Kolbens schliesst einen Kontakt.

Das Loch 58 nach aussen dient nur zur Entlüftung. Sinkt der Druck unter eine bestimmte Grenze (Aussendruek), so drückt die Feder den Kolben so weit nieder, dass die Stange den Kontakt 59 abreisst. In demselben Augenblick zieht die Feder 60 den Schwinghebel vom Magnet zurück und die Klinke 56 geht in die Höhe und gibt den Weg für 66 zurück frei. Der Nocken 61 sitzt auf dem Läufer, so dass er den Nocken ? mitnimmt und das Unterdruckventil 51 schliesst, wenn die Kompression im Gange
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Um das Drehmoment gleichmässiger zu machen, können vier oder mehr Läufer auf eine Welle arbeiten. Es arbeiten immer zwei in der vorherbeschriebenen Weise zusammen. Jene angeflanschten Zahnräder 1s die unmittelbar nebeneinander auf einer Achse zu liegen kommen, werden dann innerhalb einer Winkeltoleranz durch Nocken oder ähnliches voneinander abhängig gemacht, so dass sich die Läufer nicht so überholen können, dass zwei Verbrennungen gleichzeitig beginnen. Diese Anordnung soll als gekuppelte Wechselläufermaschine bezeichnet werden.

Da in Gegenden niederer Drücke das Drehmoment wesentlich kleiner als am Anfang der Ex-
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maschine I ist normal gebaut : nur ist angesetzt eine Niederdruekmaseliine IL Sie stellt durch einen Schlitz S'mit der Hochdruckmaschine in Verbindung und besitzt ebenfalls einen Ständer und zwei Läufer. Die beiden Läufer der Maschine II sind nur in der Pfeilrichtung beweglieh ; nach rückwärts sind sie gesperrt. Der Schlitz S wie die jeweils zur Arbeit in Betracht kommenden Zähne der Niederdruckmaschine sind so lange zwischen den einzelnen Expansionen zu sperren, bis wieder ein Zahn der Hochdruckmaschine am Schlitz S vorbeigleitet. Der Schlitz S wird erst wieder gesperrt, wenn die Expansion beendet ist.

Die schwarz gezeichnete Zahngruppe der Maschine 7 bewegte sich infolge heisser gespannter Gase vorwärts, gleitet über den Schlitz S, ein Teil der Gase drückt sie weiter, der andere Teil drückt die weiss gezeichnete Zahngruppe der Maschine II vorwärts, die schwarze Zahngruppe von II kann er nicht wegdrücken. Bei voller Kraft wird die weisse Zahngruppe der Maschine II umlaufen. Beim Schlitz T ist die Expansion beendet. Die kinetische Energie des Läufers wird in komprimierter Luft abgebremst. Der Schlitz S ist eben geschlossen worden. Bei weniger als voller Kraft wird die Expansion früher beendet sein. Zuerst wird die Kompression geringer werden, bei noch geringerer Kraft könnte es geschehen, dass der arbeitende Zahn vor dem Schlitz T stehen bleibt.

So wird dann die zweite Expansion den Zahn wieder vorschieben. Bei sehr geringen Leistungen muss der Schlitz S dauernd gesperrt werden, da sonst der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Die Übertragung der Energie der Niederdruckmaschine auf die Antriebswelle erfolgt durch ein stetig eingreifendes Zahnrad, welches, wenn es schneller läuft als die Niederdruckmasehine. leer läuft.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kurbellose Brennkraftmasehine, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb der Läufer eine Achse (5) und ausserhalb der Läufer eine Welle (14) befindet.

Claims

2. Brennkraftmasehine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ständer, der gleichzeitig die äussere Wand des Verbrennungsraumes bildet, zwei Läufer in stets gleichem Drehsinn mit wechselnder Geschwindigkeit umlaufen.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachten Verschneidungslinien der kegelförmigen Dichtungsflächen der Läufer sowie des Ständers nicht mit der Mittellinie des Verbrennungsraumes zusammenfallen.

4. Brennkraftmasehine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, gekennzeichnet. dass der Ständer einen Schlitz (11) besitzt, durch welchen Auspuff und Ansaugen von Frischluft erfolgt.

5. Brennkraftmasehine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verbrennung sowie der Kompression auftretenden Axialdrücke durch eigene Stützringe (4) aufgenommen werden.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch l oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Läufer an der inneren Seite eine oder je eine Gruppe von Nasen zur Steuerung seiner Be- EMI4.1 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder parallel zu der Drehachse der Läufer ein Schieber od. dgl. verschiebbar ist, EMI4.2 Läufer zugeordnet ist.

8. Brennkraftmasehine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber Flächen zum Festhalten des gerade in Ruhe befindliehen Läufers aufweist.

9. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese Flächen an den Nasen selbst angeordnet sind.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahnen auf den beiden Läufern spiegelgleich sind.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Steuerbahnen (20 und, 30) (Fig 5 und (i) so ausgebildet ist, dass sie in Zusammenarbeit mit den Pumpenstösseln (70) (Fig. 5 und 3) die Brennstoffeinspritzung so erfolgen lässt, dass die Verbrennung bei isothermischer Expansion erfolgt (Fig. 8).

12. Brennkraftmasehine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpweg des Pumpenstössels (70) durch einen um eine feststehende Achse drehbaren Nocken (72) verkürzt werden kann (Fig. 8 und 3).

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie eines Läufers auf ein auf der Welle (14) leerlaufendes Zahnrad (1 : J) übertragen wird, das an der Seite einseitig wirkende Klauen trägt (Fig. 11 und 10).

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das leerlaufende Zahnrad ausser den Klauen noch Steuerbahnen (17, 18) (Fig. 10 und 11) trägt.

15. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (19) Nasen (81, 82) od. dgl. trägt, welche durch die Steuerbahnen (17, 18) im geeigneten Augenblick angehoben werden. <Desc/Clms Page number 5>

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Nasen der Steuerhülse (81, 82) sowie die Erhebungen der Steuerbahnen (17 und 18) einander in gleichen Winkelabständen auf verschiedenen Radien folgen.

17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Steuerhülse (19) an der Drehung der Welle nicht teilnimmt, dagegen das umlaufende Klauenrad (15) (Fig. 10) in der Längsrichtung verschieben kann.

18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Übertragung der Energie angewendete Klauenkupplung bei betriebsmässiger Verlangsamung der Winkelgeschwindigkeit der Läufer selbsttätig ausgerückt und im Augenblick des Beginnes der Energieabgabe der Läufer wieder selbsttätig eingerückt wird.

19. Brennkraftmaschine nach Anspruch l oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl zur Schmierung des Arbeitsraumes durch die Kammer, die zwei Zähne eines Läufers bilden (Ölkammer), eintritt.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung des Arbeitsraumes gegen die äusseren Räume durch federnde Ringe (I-V11) (Fig. 5) erfolgt, die in ihrer Lage zu dem Teil, dem sie zugeordnet sind, festgehalten sind und einerseits die Form von einem Sektor der bisher üblichen Kolbenringe haben, mit dem Unterschiede, dass sie an einem Ende gegen Verdrehung festgehalten und an der Gleitfläche der Form des Arbeitsraumes angepasst sind, und anderseits als Abdichtung zwischen Ständer und Läufern bzw. zwischen den beiden Läufern so ausgebildet sind, dass ihre Dichtungsflächen in einer scharfen Kante aufeinander treffen.

21. Brennkraftmaschine-nach Ansprucli oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Augenblick, als der Druck im Arbeitsraum unter einem bestimmten Druck kommt, ein gesteuertes Ventil (51) den Zutritt von Aussenluft in den Arbeitsraum gestattet.

22. Brennkraftmasehine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Kolben (54) (Fig. 1), der einerseits unter Federdruck, anderseits unter dem Druck des Arbeitsraumes steht, die Steuerung des Unterdruekventils besorgt wird.

23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Anzahl von Läufern, die zu je zweien zusammen arbeiten, durch geeignete Bauteile zueinander phasenabhängig gemacht werden und somit ihre Arbeit an eine gemeinsame Welle gleichmässig abgeben können.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Augenblick, als die Verbremmngsgasdrücke klein werden, ein zweiter Arbeitsraum zugeschaltet wird (Fig. 4, Niederdruekmaschine 11).

25. Brennkraftmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus dem zweiten Arbeitsraum mittels Zahnkranzes auf die Welle (W) übertragen wird, der bei Stillstand der Niederdruckmaschine an derselben leer läuft.

26. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckmaschine zwei Läufer besitzt, die nur in einer Richtung drehbar sind.