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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbundmaschine (Explosions- oder Verbrennungskraftmasohine, Dampfmasohine usw.) mit konzentrischer Anordnung der Zylinder, und hat zum Zweck,. den Rauminhalt und die Oberfläche der zur Überströmung des Treibmittels aus dem Zylinder der höheren Stufe nach dem der niederen vorgesehenen Kanäle auf das denkbar geringste Mass zu bringen und die sonst durch Wirbelung und Reibung in diesen Kanälen hervorgerufenen Energieverluste zu vermindern.
Während bei den bisherigen Maschinen dieser Art die Überströmkanäle sehr lang sind, mehrfach ihre Richtung wechseln und eingebaute Steuerungsorgane enthalten, sind sie bei der neuen Maschine kurz und enthalten keine Steuerungsorgane. Erreicht ist dies dadurch, dass in der gemeinschaftlichen Wandung je zweier Zylinder Schlitze für die Überströmung des Treibmittels vorgesehen sind, die durch den gegenüber dem Kolben des Niederdruckzylinders in passendem Winkel voreilenden Kolben der nächsthöheren Stufe gesteuert werden. Da derartige Schlitze fast auf dem ganzen Umkreis der gemeinschaftlichen Zylinderwandung angeordnet werden können, so ist ein grosser Gesamtquerschnitt der Kanäle leicht erreichbar. Die Länge der Kanäle ist nicht grösser als die Dicke der (nach-Bedarf mit Wasserkühlung versehenen) Zylinderwand.
Es können mehr als zwei Zylinder konzentrisch umeinander angeordnet sein.
Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele der Maschine dar. Fig. 1 ist ein teilweise schematisch gezeichneter, senkrechter Längsschnitt und Fig. 2 ein wagrechter Längsschnitt der einen Ausführungsform der Maschine, Fig. 3 ein Querschnitt durch Fig. 1 nach der Linie A-B ; Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den Hochdruckzylinder an der Stelle der trberströmschlitze in grösserem Massstabe ; Fig. 5 zeigt einen teilweise schematisch dargestellten senkrechten Längsschnitt und Fig. 6 einen wagrechten Längsschnitt der zweiten Ausführungsform der Maschine mit dem Hochdruckkolben in der äusseren Totlage.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Maschine ist der Hochdruckzylinder 1 gleichachsig durch die Mitte des Niederdruckzylinders 5 hindurchgeführt und an der Eintrittsstelle in den Niederdruckzylinder mit Überströmschlitzen 4 für die Explosionsgase versehen.
In dem Zylinder 1 spielt der Hochdruckkolben 2, der durch seine Kolbenstange 38, den Kreuzkopf 26 und die Pleuelstange 9 an dem mittleren Kurbelzapfen 10 einer dreifach gekröpften Kurbelwelle 27 angelenkt ist. Der Niederdruckkolben 3 ist ringförmig ausgebildet und derartig bemessen, dass sein innerer Durchmesser dem äusseren Durchmesser des Hochdruckzylinders 1 entspricht. Der Kolben 3 steht mittels zweier an gegenüberliegenden Seiten befestigter Kolben-
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Der Kurbelzapfen 10 ist in bekannter Weise zu den Kurbelzapfen 12, 121 unter einem Winkel versetzt, der der erforderlichen Voreilung des Hochdruckkolbens 2 gegenüber dem Niederdruckkolben 3 entspricht.
Der aus dem Niederdruckzylinder 5 herausragende Teil des Hochdruckzylinders J, den der Kolben 2 von der Zündung, also vom Beginn des Arbeitshubes bis zum Beginn der Freigabe der Überströmschlitze 4 zu durchlaufen hat, liegt bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Maschine abgekehrt der Kurbelwelle 27 und ist an seinem Ende durch einen mit der Zuführungsleitung 29 für das Brennstoffluftgemisch versehenen Deckel 30 abgeschlossen. In dem Deckel 30 ist das Gemiacheinlassventil 5 und vor diesem in dem Zylinder 1
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so ein, dass er von dem Niederdruckkolben 3 kurz vor dem Ende des Arbeitshubes freigegeben wird. In der Stirnwand des Niederdruckzylinders 5 kann ausserdem noch ein gesteuertes Hilfs- auslassventil 6 vorgesehen sein.
Die Wandungen der Zylinder werden zweckmässig mit einer Kühlung versehen. Beispielsweise kann die Einrichtung so getroffen sein, dass die Überströmschlitze 4 als Kanäle durch die Wandung des Hochdruckzylinders 1 hindurchgeführt sind und die Zylinderwandung, wie Fig. 4 zeigt, zwischen den Schlitzen von Kanälen 14 durchzogen ist, durch die d s Kühlwasser hindurchgeleitet wird.
Die dargestellte Maschine arbeitet im Zweitakt. Ist der Kolben 2 auf seinem Aufwärtshub in der gezeichneten Stellung angekommen, so beginnt das Überströmen der verbrannten Ladung aus dem Hochdruckzylinder 1 in den Niederdruckzylinder 5 durch die Schlitze 4. Darauf öffner sielt das Ventil 8, durch das die verdichtete neue Ladung eintritt, die die noch vorhandenen
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Abgase ans dem Hochdruckzylinder J nach dem Niederdruckzylinder 5 hinüberechiebt, wahrend gleichzeitig der Hochdruckzylinder mit demlufrisehen Ckemisch gefüllt wird. Inzwischen beginnt
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des Niederdruckzylinders 5 selbständig, bis nach Freilegung des Kanals 13 durch den Niederdruckkolben 3 die Abgase durch diesen Kanal auspuffen.
Schliesst der Niederdrúckkolben 3 bei seinem Rückgange den Auspufikana113 wieder, so kann der Rest der Abgase, falls er nicht verdichtet weiden soll, durch das Ventil 6 austreten. Inzwischen wird die neue Ladung im Hochdruckzylinder 1 verdichtet, in bekannter Weise entzündet, und die Gase expandieren, bis in der gezeichneten Kolbenstellung der Arbeitsvorgang wieder von neuem beginnt.
Während bei der Ausführungsform der Verbundmaschine nach den Fig. 1 bis 3 der vom Beginn des Arbeitshubes bis nach Freigabe der Uberströmschlitze durchlaufene Teil der Kolbenbahn des Hoohdruckzylinders ausserhalb der Kolbenbahn des Niederdruckzylinders gelegen
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bis nach Freigabe der Uberstromschlitze durchlaufene Teil der Kolbenbahn des Hochdruckkolbens innerhalb der Bahn des Niederdruckkolbens. Der aus dem Niederdruckzylinder herausragende Teil des Hochdruckzylinders ist in diesem Falle der Kurbelwelle zugekehrt.
Der zweckmässig bis an das offene Stirnende des Niederdruckzylinders 32 hindurchgeführte Hochdruckzylinder 33 wird durch einen rohrförmigen Deckel 18 auf die passende Grösse gebracht, der die Zündvorrichtung und die erforderlichen Ein-und Auslassventile trägt. Auch diese Maschine arbeitet wie die in Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsform im Zweitakt.
Zur Umsetzung der Kolbenbewegungen in eine Umlaufbewegung ist nach den Fig. 5 und 6 ein Getriebe verwendet, durch das die Verwendung einer mehrfach gekröpften Kurbelwelle vermieden ist.
Der Niederdruckkolben 17 ist in der üblichen Weise durch zwei Kolbenstangen 16, 161, die Kreuzköpfe 34, 341 und die Pleuelstangen 35, 351 mit dem Kurbelzapfen 23 einer einfach gekröpften Kurbelwelle 25 verbunden. Zwischen dem Hochdruckkolben 19 und der Kurbelwelle 25 ist eine Schwinge eingeschaltet, die einerseits durch eine Gelenkstange 21, den Kreuzkopf 36 und die Kolbenstange 20 mit dem Hochdruckkolben 19 in Verbindung steht, andererseits durch eine Gelenkstange S ? mit dem Kurbelzapfen 23 gelenkig verbunden ist. Die um den Zapfen 37 drehbar gelagerte Schwinge ist z. B. aus zwei Teilen durch Bolzen miteinander verbundenen Teilen ausgeführt, von denen jeder aus einem unteren Arme 15 und einem im Winkel dazu gebogenen Arme 24 besteht.
An die Arme 24 ist die Stange 22 so angelenkt, dass sie in Verbindung mit der Schwinge den zur Erzielung der nötigen V oreilung des Hochdruckkolbens 19 erforderlichen
Antrieb sichert.
Die Kolben werden mittels dieses Getriebes in derselben Weise bewegt, wie bei der Ver- wendung einer dreifach gekröpften Kurbelwelle, bei der die Kurbeln der beiden Kolben unter dem der Voreilung des Hochdruckkolbens entsprechenden Winkel zueinander versetzt sind.
Die Maschine kann auch als Dampfmaschine oder Kompressor Verwendung finden.
Bei der Ausführungsform der Maschine als Kompressor hat der Hochdruckkolben gegen den
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The invention relates to a compound machine (explosion or internal combustion engine, steam engine, etc.) with concentric arrangement of the cylinders, and has for the purpose. to reduce the volume and surface area of the ducts intended for the overflow of the propellant from the cylinder of the higher stage to that of the lower ones and to reduce the energy losses otherwise caused by turbulence and friction in these ducts.
While the overflow ducts in previous machines of this type are very long, change direction several times and contain built-in control elements, they are short in the new machine and contain no control elements. This is achieved by providing slots in the common wall of two cylinders for the propellant to flow over them, which are controlled by the piston of the next higher level, which leads at an appropriate angle to the piston of the low-pressure cylinder. Since such slots can be arranged almost over the entire circumference of the common cylinder wall, a large overall cross-section of the channels can easily be achieved. The length of the channels is not greater than the thickness of the cylinder wall (provided with water cooling if required).
More than two cylinders can be arranged concentrically around one another.
The drawing shows two exemplary embodiments of the machine. FIG. 1 is a partially schematically drawn, vertical longitudinal section and FIG. 2 is a horizontal longitudinal section of one embodiment of the machine, FIG. 3 is a cross-section through FIG. 1 along the line A-B; 4 is a cross-section through the high-pressure cylinder at the location of the overflow slots on a larger scale; FIG. 5 shows a vertical longitudinal section, shown partially schematically, and FIG. 6 shows a horizontal longitudinal section of the second embodiment of the machine with the high-pressure piston in the outer dead position.
In the embodiment of the machine shown in FIGS. 1 to 3, the high pressure cylinder 1 is coaxially passed through the center of the low pressure cylinder 5 and provided with overflow slots 4 for the explosion gases at the point of entry into the low pressure cylinder.
In the cylinder 1, the high-pressure piston 2 plays, which is articulated by its piston rod 38, the cross head 26 and the connecting rod 9 on the central crank pin 10 of a three-cranked crankshaft 27. The low-pressure piston 3 is annular and is dimensioned such that its inner diameter corresponds to the outer diameter of the high-pressure cylinder 1. The piston 3 is by means of two piston fastened on opposite sides
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The crank pin 10 is offset in a known manner to the crank pin 12, 121 at an angle which corresponds to the required advance of the high pressure piston 2 with respect to the low pressure piston 3.
The part of the high-pressure cylinder J protruding from the low-pressure cylinder 5 and which the piston 2 has to pass through from the ignition, i.e. from the beginning of the working stroke to the beginning of the release of the overflow slots 4, is in the embodiment of the machine shown in FIGS. 1 to 3 facing away from the crankshaft 27 and is closed at its end by a cover 30 provided with the supply line 29 for the fuel-air mixture. The room inlet valve 5 is in the cover 30 and in front of it in the cylinder 1
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so that it is released by the low-pressure piston 3 shortly before the end of the working stroke. In addition, a controlled auxiliary outlet valve 6 can be provided in the end wall of the low-pressure cylinder 5.
The walls of the cylinders are expediently provided with cooling. For example, the device can be designed so that the overflow slots 4 are passed as channels through the wall of the high pressure cylinder 1 and the cylinder wall, as FIG. 4 shows, is traversed between the slots by channels 14 through which the cooling water is passed.
The machine shown works in a two-stroke cycle. When the piston 2 has reached the position shown on its upstroke, the burnt charge begins to flow from the high-pressure cylinder 1 into the low-pressure cylinder 5 through the slots 4.Then the valve 8 opens, through which the compressed new charge enters the still existing
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Exhaust gases are pushed over from the high-pressure cylinder J to the low-pressure cylinder 5, while at the same time the high-pressure cylinder is filled with the air mixture. Meanwhile begins
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of the low-pressure cylinder 5 automatically until after the channel 13 has been exposed by the low-pressure piston 3, the exhaust gases are exhausted through this channel.
If the low-pressure piston 3 closes the exhaust duct 113 again when it is retreating, the rest of the exhaust gases can exit through the valve 6 if they are not to be compressed. In the meantime, the new charge is compressed in the high-pressure cylinder 1, ignited in a known manner, and the gases expand until the working process begins again in the piston position shown.
While in the embodiment of the compound machine according to FIGS. 1 to 3, the part of the piston path of the high pressure cylinder passed through from the beginning of the working stroke until after the overflow slots have been released is located outside the piston path of the low pressure cylinder
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part of the piston path of the high-pressure piston traversed within the path of the low-pressure piston until after the overflow slots have been released. The part of the high pressure cylinder protruding from the low pressure cylinder faces the crankshaft in this case.
The high-pressure cylinder 33, which is expediently passed through to the open end of the low-pressure cylinder 32, is brought to the appropriate size by a tubular cover 18 which carries the ignition device and the required inlet and outlet valves. Like the embodiment shown in FIGS. 1-3, this machine also operates in a two-stroke cycle.
To convert the piston movements into a rotary movement, a gear is used according to FIGS. 5 and 6, by means of which the use of a crankshaft with multiple crankings is avoided.
The low-pressure piston 17 is connected in the usual way by two piston rods 16, 161, the cross heads 34, 341 and the connecting rods 35, 351 to the crank pin 23 of a single cranked crankshaft 25. Between the high pressure piston 19 and the crankshaft 25 a rocker arm is connected, which is connected to the high pressure piston 19 on the one hand by a joint rod 21, the crosshead 36 and the piston rod 20, and on the other hand by a joint rod S? is articulated to the crank pin 23. The rocker mounted rotatably about the pin 37 is z. B. made of two parts connected to one another by bolts, each of which consists of a lower arm 15 and an arm 24 bent at an angle thereto.
The rod 22 is articulated to the arms 24 in such a way that, in connection with the rocker, it provides the necessary advance of the high-pressure piston 19 to achieve the necessary advance
Drive secures.
The pistons are moved by means of this gear mechanism in the same way as when using a three-cranked crankshaft, in which the cranks of the two pistons are offset from one another at the angle corresponding to the advance of the high-pressure piston.
The machine can also be used as a steam engine or compressor.
In the embodiment of the machine as a compressor, the high pressure piston has against the
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