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Einfach wirkende Kraftmaschine mit geschränktem Schubkurbeltrieb.
Die Erfindung hat eine einfach wirkende Kraftmaschine zum Gegenstande, bei der die Zylinder-oder Kolbenstangenachse nicht wie üblich durch den Kurbelmittelpunkt hindurchgeht, sondern den Kurbelkrois berührt, dessen Halbmesser weniger als ein Drittel, jedoch mehr als ein Viertel der Schubstangenlänge beträgt.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Kolbenhub mehr als das Doppelte der Länge des Kurbelhalbmessers beträgt, wobei zur Zeit, wenn der Kolben mit der Höchstgeschwindigkeit läuft, die auf den Kolben ausgeübte Kraft am günstigsten ausgenützt und die Zylinderreibung möglichst verringert wird. Weitere Vorteile ergeben sich noch in der
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geringeren Abmessungen der Maschine.
In der Zeichnung zeigt Fig. I einen Vertikalschnitt durch eine Viertaktmaschine mit geschränktem Schubkurbeltrieb, Fig. II einen Vertikalschnitt durch eine ähnlich eingerichtet !' Zweitaktmaschine. Fig. III das Schema einer Ausführungsform eines mit Kreu/kopf ver- sehenen Kurbeltriebes. Die Diagramme nach den Fig. IV-VI dienen zur Erklärung der Wirkungsweisen der zu vergleichenden Schubkurbdtriebe.
Das Maschinengestelle 2 trägt die Lager 2 für die Kurbelwelle 3, auf welcher das Schwungrad 4 und eine Kurbel 5 sitzen. Diese ist mittels Zapfen 8 und Schubstange 9 mit dem Zapfen 1u des Kolbens 12 verbunden. Der mit einem Wassermantel 26'versehene Zylinder 13 trägt einen Fortsatz 14, der in die durch einen Deckel. 25 abgeschlossene Kurbelkammer 7 ragt. Der durch ein Ventil 19 regelbare Einlasskanal 17 für Gas und
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Kolbenhubes geöffnet ist. Die Anordnung einer Hilfsauspufföffnung als solche ist bekannt.
Während diese jedoch gewöhnlich eine Verringerung des Arbeitshubes zur Folge hat, so dass dieser geringer als der doppelte Kurbelhalbmesser ist, kann nach vorliegender Erfindung die llilfsauspufföffnung derart angeordnet worden, dass der Kolben den vollen Arbeitshub, welcher dem doppelten Kurbelhalbmesser gleich ist, ausführt, bevor diese Auspufföffnung
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Kolbenhubes zur Verlängerung des Arbeitshubes ausgenützt und damit die Leistung der
Maschine erhöht werden.
In Fig. II bezeichnet 21 die Einströmöffnung, durch welche das Treibmittel, das während des KolI'cnrückganges (in Fig. 11 nach links) durch den Kanal 17 angesaugt wurde, ans dem Kurbelgehäuse 7 in den Zylinder 13 tritt.
Die Erfindung eignet sich insbesonders für Zweitaktmaschinen, bei welchen die
Auspufföffnung näher dem Ende des Arbeitshubes (wie die Entfernung ; zwischen der punktierten und vollen Linie bei der Auspufföffnung 18 in Fig. II erkennen lässt) an- geordnet ist, so dass die Expansionskraft des Gasos mehr ausgenützt wird. Ausserdem werden
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die Verbrennungsg & so bei der Maschine nach Fig. 11 infolge der durch die besondere Karbeleinrichtung verursachten langsamen Bewegung des Kolbens während der Auspuff- periode vollständiger entweichen und frische Gase vollständiger eingeführt werden. Dadurch kann die Leistung der Maschine erhöht und diese mit einer grösseren Geschwindigkeit als sonst betrieben werden.
Der Kolbenmantel besitzt einen Schlitz 23 (Fig. I) zum Durchgang der Schubstange 9,
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gegeben wird. Die infolge der besonderen Einrichtung dos Kurbeltriebes erzielte Verringerung in den Abmessungen der Maschine kann aus Fig. l ersehen werden, in der die punktierte Linie 25 die Länge des Maschinengestelles andeutet, welche erforderlich wäre, wenn das Kurbelgetriebe die übliche Einrichtung hätte.
Bei den Maschinen nach den Fig. I und 11 sind die Kurbel 5 und der Kolben 12 unmittelbar miteinander durch die Schubstange 9 verbunden ; die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei Maschinen nach Fig. III, bei welchen die Kurbel 26 durch eine Pleuelstange 27 mit einem Kreuzkopf 28 in Verbindung steht, der mit dem Kolben 30 parallel gleitend angeordnet und mit diesem durch die Kolbenstange 31 verbunden ist.
Fig. IV stellt die übliche Anordnung dar, bei welcher die den Kolben mit der Kurbel 33 verbindende Stange 34 fünfmal so lang als der Kurbelhalbmesser ist und der Kurbelmittelpunkt 36 in der Zylinderachse liegt. Zum Vergleich der gegenseitigen Lage der Schubstange und Kurbel 33 ist diese in dreizehn verschiedenen, um je 150 voneinander' abweichenden Stellungen gezeigt ; diese, sowie die zugehörigen Stellungen des einen Schubstangenendes sind mit 40-52 bezeichnet. Fig. V stellt die geschränkte Anordnung einer Kurbel 54 von gleichem Halbmesser, wie die Kurbel 33 dar, wobei die Länge der Schuhstange 55 das 33/8 fache des Kurbelhalbmessers 54 beträgt. Zum Vergleich mit der in Fig.
IV dargestellten Anordnung ist die Kurbel 54 ebenfalls in einer Reihe von Stellungen gezeigt, die mit 60-73 bezeichnet sind und denen die gleichbezeichnoten Stellungen des einen Schubstangenendes entsprechen. Der Punkt 60 liegt senkrecht unter dem entsprechenden Punkt 40 der Fig. IV.
Vergleicht man zunächst die beiden Längen der Kolbenhübe 60-73 und 40-52, so ergibt sich, dass erstere um zirka 50/0 grösser als der zweifache Kurbelhalbmesser ist.
Ferner erfordert der Rückgang des Kolbens von rechts nach links in Fig. IV eine Drehung der Kurbel 33 durch einen Bogen von 1800 (punktiert angedeutet), während für den
Rückgang des Kolbens bei dem um f10/0 grösseren Kolbenhub nach Fig. V der Kurbel- zapfen nur einen Bogen von 168¸0 (punktiert angedeutet) zu durchlaufen hat. Der Kolben Überträgt demnach die Kraft auf die Kurbel während eines grösseren Drehungswinkels, wobei der Kurbelweg beim Kolbenrückgang vermindert ist.
Wenn bei der in Fig. IV dargestellten Anordnung die Kurbel 3 die Stcllung , das ist die höchste Stellung der Schubstange einnimmt und der Kolben seine Höchstgeschwindigkeit unter dem Durchschnittsdruck besitzt, ist die Reibung des Kolbens im Zylinder am grössten. so dass die auf die Kurbel zu übertragende Kraft vermindert wird. Bei der in Fig. V gezeigten Anordnung liegt jedoch, wenn die Kurbel 54 die Stellung ÜJ, die Schubstange demnach die höchste Stellung einnimmt, der Kurbelzapfen in einer Linie mit der Kolbenachse, so dass die Zylinderreibung die geringste ist ; dieses günstige Verhältnis bleibt auch während dfs Teiles des Kolbenhubes, in welchem er seine Höchstgeschwindigkeit unter mittlerem Druck erreicht, aufrecht.
Vergleicht man weiter die bekannte Anordnung (Fig. IV) mit der vorliegenden Erfindung nach Fig. V, bei welcher der Kolbenhub um 5/o grösser ist, so ergibt sich, dass bei letzterer der Kolben nach Überschreiten jenes Punktes, der der Stellung 52 nach Fig. IV entspricht, noch einen Hin-und Rückweg bis zu diesem Punkte zurücklegt, der t-im'r Drehung des Kurbelzapfens von zirka 600 oder ein Sechstel des Kurbelkreisumfanges entspricht. An dieser Stelle erhält der Kolben eine etwas schleppende Bewegung.
Der grössere Kolbenweg beim Vorgang und der schleppende Gang des Kolbens in der äusseren Stellung 7 haben zur Folge, dass der Kolben mit grösserer Geschwindigkeit als sonst zurückgeht, wobei ter aber genügend Zeit lässt, um den Zylinder von den Verbrennungsrückständen zu reinigen und frisch zu beschicken. Ein wichtiges Ergebnis dieser schnellen Rückbewegung des Kolbens ist die rasche Verdichtung der inzwischen in den Zylinder eingetretenen Ladung von Luft und Gas, wodurch der Wärmeverlust durch Ausstrahlung geringer und der Nutzeffekt ver- gross ! art wird.
Die erwähnten Vorteile werden namentlich durch die Verkleinerung des Längen- verhältnisses zwischen der Schubstange und der Kurbel erzielt, was sich ohne weiteres aus
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Fig. IV gezeigten Verhältnisses derart angeordnet sind, dass der Kurbelkreis 77 von der Zylinderachse berührt wird ; der Kolbenhub reicht hiebei von der Linie 80 bis zur Linie 81.
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ist, dass der Kolbenhub von der Linie 80 bis zur Linie 82 reicht ; die Zunahme 81-ru9 ergibt sich aus der Verkürzung der Stange 55.
Die verkürzte Schubstange ist jedoch nur vorteilhaft in Verbindung mit einer Kurbel,
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zeigten Art würde die Anordnung einer verkürzten Schubstange aus bekannten Gründen ungünstig wirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einfach wirkende Kraftmaschine mit geschränktem Schubkurbeltrieb, wobei die Zylinderachse den Kurbelkreis berührt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (9) weniger als viermal, jedoch mehr als dreimal so lang als der Halbmesser des Kurbelkreises ist.