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Triebwerk für Pumpen, Kompressoren oder Kraftmaschinen mit teleskopartig ineinander angeordneten Hohlzyinderkolben.
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der linken Hälfte einen Schnitt durch die linke Führungsbahn mit Ansicht auf das Kolbengehäuse. Fig. 9 zeigt einen Schnitt in der Richtung der Fig. 10 und Fig. 11 eine Drauf-
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einlass g ausgebildet ist. Von dort gelangt der Dampf durch die Schlitze i der Hohlwelle unter den halb ausgedrehten Stirnteil der Kolben, wodurch er diese anhebt.
Dadurch werden die durch Stehbolzen s mit je zwei gleichläufigen Kolben verbundenen elliptischen Führungsbahnen, und zwar A mit a und a', B mit b und b', C, D und E an die ihnen gegenüberstehenden kegelförmigen Rollen R gepresst, die ihrerseits in dem Armkreuz F gelagert und mit der Riemenscheibe S um das Hals- und Spurlager K drehbar sind. Die Führungsbahnen sind durch Nasen n, die in genau passenden Nuten der nächst grösseren Führungsbahn nach Art von Federkeilen auf und ab gleiten, gegen Drehung gesichert, da die Nase n der äussersten Führungsbahn in einer entsprechenden Nut des Gehäuses G gleitet.
Die Wellenform der Führungsbahnen ist in Fig. 3 einerseits durch die Schlussrast in (vgl. auch Fig. 8 und 12) und andrerseits durch die Form der Schultern p und p'gekennzeichnet. Bei allen Ausführungsformen sind die Führungsbahnen und Rollen gegenseitig so angeordnet, dass die Kolben abdichtend entweder auf der gegenüberliegenden Gehäusewand (/yin Fig. I) oder aber an der Stirnfläche des symmetrisch gegenüberliegenden Kolbens aufliegen (Fig. 4),
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Form der Schlussrast solange, bis der Nächstfolgende geschlossen hat. Dadurch wird der ständige Abschluss eines Wellenraumes während der in seinem Innern stattfindenden Zustandsänderung gewährleistet.
Die Schultern p und p'bewirken als schiefe Ebenen entsprechend der Drehbewegung von Rolle oder Führungsbahn unter dem auf dem Kolben lastenden Druck eine Axialbewegung des Kolbens und der mit ihm verbundenen Teile entweder von dem Wellenrad in weg oder in diesen hinein und gleichzeitig das Entstehen einer Tangentialkraft. Erstere Bewegung, in Fig. 3 entsprechend dem die Bewegung der Rollen kennzeichnenden Pfeil durch
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Schulter p'bewirkte Rückbewegung des Kolbens langsam und daher mit geringem Kraftaufwand erfolgt.
Die Winkelversetzung entweder der Rollen oder aber der Wellen der Führungsbahnen
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Versetzung der radial schraffierten Schlussrasten m) bewirkt nun eine phasenverschobene Hubbewegung der Kolben derart, dass z. B. in der Richtung des Halbmessers vom Mittel nach dem Umfang gesehen, die Fortschreitung der Wellenräume und damit auch die Strömung der eingeschlossenen Flüssigkeit in dieser Sehrichtung erfolgt, wenn die Relativdrehung des Teiles mit unversetzten Elementen (hier der Rollen) mit der in der Blickrichtung fortschreitenden Versetzungsrichtung der versetzten Elemente (hier der Wellen) zusammenfällt (siehe Pfeil für die
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die mit kleinerer Kolbenfläche Arbeit verzehrend in den Wellenraum zurückgedrängt werden.
Dieselben Gesetze gelten auch für die Blickrichtung radial vom Umfang nach dem Mitte) und
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äussersten Kolbens e'entstehenden Ringspalt in den Auspuffwulst des Gehäuses und durch den Auspuffstutzen h.
In der eine Verbrennungskraftmaschine zeigenden Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 ist immer je ein Teleskopkolben der Kompressionsraumgruppe (a, b, c. d, e, f) mit je einem
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die beide mit dem Rahmen I starr verbunden sind. Dieser ist rings um das Gehäuse G geschlossen und nimmt in seiner Verschraubung mit dem Fundament das gesamte Reaktionsdrehmoment auf.
Die beiden Kolbengruppen sitzen auf dem Rohreinsatz g (Fig. 4), der in den die Wellenstummel tragenden Schilden k'und k"zentriert ist. Diese Schilde tragen ferner die Lageraugen l für die Bolzen der Schwinghebel und sind mit dem die eigentliche Welle bildenden Hohlzylinder k (Fig. 4) verschraubt. Dieser geht zwischen den Kolben, l'und a'dicht hindurch und hat in der Mitte Bohrungen < "für die Verbindung der durch ihn getrennten Wellenräume. Infolge dieser Anordnung drehen sich g. k', k", k die Schwinghebel samt Rolle und das Gehäuse G mit den Hohlzylinderkolben um eine gemeinsame Achse. Zur Ingangsetzung der Verbrennungskraftmaschine wird durch Drehen, z.
B. am Wellenstummel k' (Andrehkurbel oder Luftschraube), im Sinne des Pfeiles in Fig. 5 ein Fortschreiten der Wellenräume vom Mittel nach aussen und dadurch ein Ansaugen von Luft über die Schlitze i durch Rohr g bewirkt. Hierbei streicht die Luft über die Brennstoffdüse m, deren Znflussrohr in den Hohlraum des Wellenstummels k" hineinragt und sättigt sich mit Brennstoff. Beim weiteren Drehen wird das im innersten Wellenraum abgeschlossene Gemischvolumen in den kleinsten, von den Kolben a'bis f'gebildeten Wellenraum gedrückt und dort durch die im Kolben c'eingesetzte Zündkerze o gezündet.
Die Zündkerze erhält ihren Strom über die Zuleitung q und den Schleifring r mittels des Schleifkontakts t von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Zündmagnet, der auch die Regelung des Zündzeitpunktes bewirkt. Entsprechend der gezeichneten Anordnung erfolgen zwei Zündungen pro Umdrehung, wodurch sich für den Magnetinduktor gleiche Umdrehungszahl mit der Maschinenwelle ergibt. Das explodierte Gemisch expandiert beim weiteren Fortschreiten des Wellenraumes, bis dieser das von den Kolben a"bis/"'begrenzte Volumen erreicht, um schliesslich beim Öffnen des Kolbens '"durch den entstehenden Ringspalt zu entweichen.
Das hierbei zwischen den Rollen R und dem Umfang der Führungsbahnen Il entstehende Drehmoment wird durch Hohlzylinder k auf den Schild und Wellenstummel k'über- tragen, wo es durch eine Luftschraube oder dgl. abgenommen werden kann.
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mit ihnen sich drehenden Hohlwelle k aufgeschoben. Sie stecken mit derselben in einem aus zwei verschraubten Hälften bestehenden Gehäuse G, auf dem die Riemenlaufbahn Z angebracht ist. Jeder Kolben hat zwei diametral gegenüberstehende Rollenträger A, B, C, D, E. Diese Träger sind mit Ausnahme der geradlinigen C. C so abgebogen, dass sie mit ihren Rollen R auf die gemeinsame Führungsbahn F kommen.
Diese ist doppelseitig ausgeführt (Fig. 8) und an ihrer Rückseite laufen die Gegenrollen r, die das Anliegen der Rollen R auf der Führungsbahn zwangläufig sichern. Fig. 8 zeigt schematisch die Abwicklung der Führungsbahn mit den kennzeichnenden Stellungen der Rollen R und r, deren fester Mittelabstand die Form von F bestimmt.
Für die beiden symmetrischen und gegenläufigen Kolbengruppen sind zwei mit den feststehenden Endlagern 'und T ?" des Grundrahmens/starr verbundene, symmetrische Führungsbahnen angeordnet. Die Rollenträger A bis E treten durch entsprechende Schlitze der Stirnwände des Gehäuses G hindurch, wobei die linealartigen Zungen n, die die Rollen R mit den zugehörigen Rollen l'verbinden, gen au passend durch den Schlitz gehen und so das auf die Rollen wirkende Drehmoment an das Gehäuse übertragen bzw. von diesem ein am Umfang eingeleitetes Drehmoment abnehmen.
Die Hohlwelle A mündet in die Stopfbüchse S, durch die im Falle der Verwendung der Vorrichtung als Kraftmaschine, das Treibmittel einströmt und durch die Schlitze i unter die Kolben gelangt und bei 'wieder austritt, während im Falle der Verwendung als Kompressor bzw. Vakuumpumpe über die Stopfbüchse Luft in den damit verbundenen Raum gedrückt bzw. aus diesem abgesaugt wird, wenn der Antrieb durch einen auf der Riemenbahn L aufgelegten Riemen geschieht.
Ein letzter möglicher Fall wäre der, dass in dem mit der Stopfbüchse S verbundenen Raum ein ständiges Vakuum erhalten und dadurch eine Drehung der Vorrichtung unter Fortschreiten der Wellenräume vom Umfang nach dem Mittel erzielt wird,
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bis e'mit den die Rollen R tragenden Rahmen verbunden, und zwar a mit Rahmen A, b mit B, c mit C, dund d'mit D, eund e'mit E, a'mitA', b'mit B'und c'mit C'. Die Verbindung ist in Fig. 9 und 10 so gezeichnet, als ob die Kolben und Rahmen ein Stück wären. Die drehbar gedachte Kolbengruppe sitzt wieder auf der sich mitdrehenden Hohlwelle k, die einerseits in der Stopfbüchse S und andrerseits in dem Lager K'in radialer und axialer Richtung gelagert ist. S und K' sind durch entsprechende Lagerständer mit der Grundplatte I starr verbunden.
Die eine Seite der Wellenräume ist durch die Scheibe g abgeschlossen, die sich mit der Welle k fest verbunden dreht und eine Widerlage für das dichte Anliegen der abschliessenden Kolben bildet. Rahmen A wird durch einen Vierkant n auf der Welle k mitgenommen, wodurch auch die weiteren Rahmen bis E infolge des genauen Aufeinanderpassens ihrer Seitenflächen mitgenommen werden,
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Scheibe F zentrisch gelagert sind. Die Stellhebel können mittels ihrer in die Kerben o der Scheibe F einfallenden Stellklinken (Fig. 11) in beliebiger Lage festgehalten werden. Mit der Scheibe F starr verbunden, z. B. aus einem Stück, sind die Führungsbahnen f für die Rollen der Rahmen D, E.
A', B'und C'. Sämtliche Führungsbahnen haben wieder Wellenform (Fig. 10 und 12) und die Schlussrasten 11l und mit ihnen alle anderen Teile der Bahnen/sind um einen unveränderlichen und die der Bahnen L, P und Q um veränderliche Winkel versetzt. Dies bewirkt sinngemäss entsprechende Phasenverschiebungen der Hubhewegung der Kolben. Tritt das Treibmittel (Dampf oder Pressluft) durch die Stopfbüchse S in den Hohlraum der Welle'k und von da durch die Schlitze i unter die Kolben, so wirkt die Vorrichtung in der bisher beschriebenen Weise'als Kraftmaschine, jedoch mit dem Unterschied, dass sich entsprechend der aus Fig. 11 ersichtlichen Stellung der Führungsbahnen L.
P und Q, deren Versetzungswinkel gleich Null ist, die Kolben a, b, c ganz phasengleich, so wie ein Kolben bewegen. Bei ihrem Ab- schluss gegenüber der Wand g wird das unter dem Einströmdruck stehende Treibmittel in dem von den Kolben c, d, e. a', b'begrenzten Wellenraum abgeschlossen, der grösser ist, als es der von den normal phasenverschobenen Kolben a, b, e, d, e begrenzte Wetlenraum wäre (grösserer mittlerer Durchmesser, abgesehen von der sinngemäss mit der grösseren Entfernung vom Mittel zunehmenden Dicke). Hierbei wird die Füllung und damit die Arbeitsleistung der Maschine eine grössere, der Expansionsgrad jedoch durch das verkleinerte Verhältnis zwischen grösstem Wellen-
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einer normalen Dampfmaschine.
Die sich bei verschiedenen Kombinationen der Verdrehung der Führungsbahnen ergebenden Verhältnisse sind in den Fig. 12 und 13 für vier kennzeichnende Fälle A, B, C, D klargelegt. Fig. 13 zeigt hierfür schematische Schnitte durch den Kolbenteil der Ausführungsform nach
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sicht halber nur die Abwicklung einer Wellenbahn gezeichnet und durch die Zylindererzeugenden a bis e bzw. a'bis e'die Relativlage des Rollenmittels jedes einzelnen Kolbens gegenüber seiner Führungsbahn bei einer bestimmten Winkelstellung der Rahmen durch Anführung der bezüglichen Buchstaben in einer Zeile versinnlicht.
Im Falle A sind nun die Führungsbahnen L, P, Q entsprechend den bisher beschriebenen
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stellung aï sind sämtliche Rollen um den Versetzungswinkel und damit der Wellenraum um eine Kolbenbreite weitergerückt. Er ist dadurch grösser und der Druck des eingeschlossenen
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V'zeigt eine Zwischenstellung zwischen r und I, um die Phase knapp vor Abschluss des Kolbens a sinnfällig zu machen.
Im Falle B erscheint die Führungsbahn L des Kolbens a den unverrückt gebliebenen Führungsbahnen P und Q um den Betrag x (Fig. 12) nachgedreht, was ungefähr der Lage l'des Stellhebels I entspricht. In der Winkelstellung B-I (Fig 13) hat gerade wieder der Kolben a geschlossen und ergibt der unmittelbare Vergleich der Fig. A#I und B-I, dass nunmehr der Wellenraum zwar annähernd gleichen mittleren Durchmesser, aber grösseren Querschnitt hat und die Füllung durch diese Verdrehung der Führungsbahnen tatsächlich eine grössere wurde.
B#II bis B#V zeigen wieder Phasen, die einem Fortschreiten um den Versetzungswinkel entsprechen, wogegen V'eine Zwischenstellung ist.
Im Falle C ist durch Nachdrehen von L der Versetzungswinkel gegenüber P auf Null vermindert, wodurch die Kolben a und b sich phasengleich, so wie ein Kolben bewegen. Sie erreichen
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leren Durchmessers wieder grösser als B#I und A- ! ist. Stellhebel befindet sich hierbei in der Stellung l'' (Fig. n). C-1I bis C-V'stellen die entsprecheden Phasen dar, wie die gleiche Winkelstellungen der Fälle A und B.
Im Falle D sind die Führungsbahnen L und P gemeinsam um den Betrag x (Fig. 12) der Führungsbahn Q nachgedreht, was den Lagen '"bzw. p'der Stellhebel /und p in Fig. 11 entspricht. Winkelstellung D-I zeigt wieder grösseren Querschnitt und damit grösseres Volumen
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Führungsbahnen L und P der Führungsbahn Q soweit nachgedreht sind, dass sie mit ihr den Versetzungswinkel Null haben und daher die Kolben a, b, c vollkommen phasengleich laufen.
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Die grösste bei der vorliegenden Anordnung erreichbare Füllung ergibt sich durch Nachdrehen aller drei Führungsbahnen L, P und Q bis zum Versetzungswinkel Null gegenüber der festen Führungsbahn/', wobei dann die Kolben a, b, c, d phasengleich laufen.
Die vorstehend beschriebene Anordnung verdrehbarer Führungsbahnen kann in ähnlicher Weise auch bei den anderen Ausführungsformen entweder zur Füllungsänderung oder aber, wie in der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7, bei der Verwendung als Kompressor zur Änderung des Kompressionsgrades verwendet werden, indem z. B. zu den dort gezeichneten Kolben noch zwei oder drei weitere aussen hinzu gefügt und für diese eigene, verdrehbare Führungshahnen angebracht werden.
In weiterer Folge können ähnlich der Ausführungsform nach den Fig. 9 bis 11 für jeden der Kolben eigene, ringsum drehbare Führungsbahnen angebracht und z. B. bei Stillstand der Maschine durch ein geeignetes Stellwerk so verdreht werden, dass sich die Versetzung sämtlicher
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sprechend den erwähnten Gesetzen über den Zusammenhang der Strömungs-und Versetzungsrichtungen seine Drehrichtung umkehren.
Die Hauptvorzüge des Triebwerks nach der Erfindung sind folgende : i. Wegfall einer nicht einfachen und in der genügenden Festigkeit nur schwer herstellbaren, mehrfach gekröpften Kurbelwelle und ihrer Lagerungen ; 2. die Hubzahl der Kolben wird entsprechend der gewählten Anzahl der Wellenberge und Wellentäler der Führungsbahnen ein beliebiges ganzes Vielfaches
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meidung von Zahnrad-oder sonstigen Getrieben den Vorteil einer niedrigen Umlauf zahl mit dem der schnellaufenden Kolben ; 3. durch entsprechende Formgebung der Führungsbahnen (Fig. 3) kann bei Verwendung der Vorrichtung als Verbrennungskraftmaschine die Expansion mit grösserer Geschwindigkeit als bei Kurbelgetrieben, also unter geringerem Wärmeverlust, an die Umschliessungswände durchgeführt werden ;
4. die verdrehbaren Führungsbahnen gestatten während des Ganges mit einfachsten Mitteln eine feinstufige Änderung der Füllung bei Maschinen bzw. eine ebensolche Änderung des Kompressionsverhältnisses bei Kompressoren, was besonders für Flugmotoren für die Anpassung an die veränderliche Luftdichte in verschiedenen Höhen wichtig ist ; 5. die Vorrichtung gestattet bei Verbrennungskraftmaschinen die Anwendung nur weniger Zündkerzen bei Erzielung verstärkter Mehrkerzenzündung ; 6. der Zündmagnet und seine Verteilervorrichtung werden einfach und sein Antrieb wegen der gegenüber der Umdrehungszahl stets grösseren Hubzahl der Kolben für Erzielung stets genügender Spannung
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Die durch dieses Triebwerk mögliche Wahl von Hohlzylinderkolben, die sich um ihre Achse drehen, ergibt ferner : 7. Einen Schutz vor Verölen oder Verschmutzen der Zündkerzen, indem anhaftende Teile durch die Fliehkraft abgeschleudert werden ; 8. selbsttätiges Spannen und gleichmässiges Anliegen der Kolbenringe infolge der Fliehkraft, wodurch sie schwächer und damit der ganze Kolben leichter ausgeführt werden kann ; 9. die Wirkung der sich drehenden Kolbenmassen als Schwungrad und dadurch ein gleichförmiges Drehmoment und federnder Gang der Maschine ohne totes Schwungradgewicht ; 10. einfachste und wirksamste Zentrifugalschmierung aller Teile, unterstützt durch die Schleuderwirkung der gleichzeitig auch hin und her gehenden Kolben ;
11. leichte und mechanisch vorteilhafte Lagerung der Hauptwelle, möglichst in Kugellagern, da keine Explosionsstösse hineinkommen ; 12. bei Wahl symmetrisch angeordneter und gegenläufiger Kolbengruppen vollkommen erschütterungsfreier Lauf, da die hin und her gehenden Massen genau gleich gross und auch in der Bewegungsphase gleich sind ; 13. infolge Fehlens von Seitenkräften auf die Kolben keine Kippmomente und Ausschaltung der durch einseitiges Anliegen der Kolben gegebenen Gefahr des Verreibens.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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angeordneten IIohlzylinderkolben, dadurch gekennzeichnet, dass die nur axial hin und her gehende oder auch gleichzeitig drehende Bewegung der Kolben durch eine um die Kolbenachse sich drehende oder feststehende Gruppe von Rollen erzwungen wird, die sich auf den Wellenbergen und-tälern mehrerer geschlossener, mit den Kolben verbundenen Kurvenbahnen abwälzen, wobei entweder die Rollen oder die Wellen der Kurvenbahnen im Winkel gegeneinander versetzt sind.