DE104580C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

EDUARD BUSS in ST. GALLEN. Schnelllaufender Kolbenmotor.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 2. August 1898 ab.

Die Erfindung bezweckt, die bei schnelllaufenden Kolbenmaschinen infolge des Beharrungsvermögens von Kolben und anderen Theilen auftretenden Schwankungen zu beseitigen oder doch bedeutend herabzumindern. Die Maschine ist wesentlich dazu bestimmt, als Motor, und zwar sowohl als Explosionsmotor, d. h. als Petrol-Benzin-Gasmotor u.s. w., als auch als Dampf- und Prefsluftmotor zu dienen. Besonders soll die Maschine zum Antriebe von Motorwagen Anwendung finden.

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dafs der Arbeitscylinder sammt den mit ihm verbundenen Theilen nicht mit dem Maschinengestell fest verbunden ist und sich während des Ganges der Maschine nicht in Ruhe befindet, dafs dieser Cylinder mit Zubehör vielmehr gezwungen wird, selbst hin- und hergehende Bewegungen auszuführen, welche einerseits mit den Bewegungen des Kolbens isochron und diesen entgegengerichtet sind und andererseits viel kürzere Weglängen als der Kolben durchlaufen, derart, dafs der Cylinder sammt den mit ihm verbundenen Theilen die hin- und hergehenden Massen, wie Kolben, Kolbenstange, Kreuzkopf und ein Pleuelstangenstück, ausbalancirt.

Angenommen, ein eincylindriger, horizontaler Kolbenmotor, beispielsweise ein Petrolmotor, sei an Pendeln derart aufgehängt, dafs der gesammte Motor sich in der Richtung der horizontalen Cylinderachse frei und beinahe reibungslos bewegen könrie und der Motor laufe leer, so dafs er nur seine eigene Reibung, die dabei in hohem Grade künstlich vermehrt sein mag, zu überwinden habe, so dafs am Maschinengestell in der Richtung der Cylinderachse keine anderen Kräfte, als das Beharrungsvermögen der bewegten Massen auftreten, dann bleibt bei schnellem Gange des Motors bekanntlich das Maschinengestell nicht in Ruhe, sondern vollzieht horizontale Schwingungen, die zeitlich mit den Kolbenbewegungen übereinstimmen, diesen entgegengerichtet und ihrer Länge nach so bemessen sind, dafs der gemeinschaftliche Schwerpunkt vom Maschinengestell einerseits und den hin- und hergehenden Massen andererseits an derselben Stelle bleibt, oder mit anderen Worten, dafs sich die Wege des Maschinengestelles zu den absoluten (um die Maschin engestell wege verkürzten) Wegen der hin- und hergehenden Massen umgekehrt verhalten wie die betreffenden Massen. Ist das Maschinengestell, statt sich frei und reibungslos bewegen zu können, an irgend einem nicht sehr steifen nachgiebigen Bau oder an einem nachgiebigen Fahrzeug befestigt, so wird der ganze Bau oder das Fahrzeug ebenfalls ähnliche störende Schwingungen von kürzeren Weglängen ausführen, die mit Hülfe des vorliegenden Motors ganz oder gröfstentheils beseitigt werden sollen.

Die vorliegende Maschine ist nun wesentlich dadurch charakterisirt, dafs die geometrische Achse der Maschinenwelle genau oder annähernd genau in den gemeinschaftlichen Schwerpunkt von Cylinder und Zubehör einerseits und von den hin - und hergehenden

Massen andererseits zu liegen kommt, oder mit anderen Worten, dafs Cylinder mit Zubehör Schwingungen vollzieht, die mit den Schwingungen der hin - und hergehenden Massen isochron und diesen entgegengerichtet sind.

Es sind danach im Wesentlichen zwei Bedingungen zu erfüllen: i. der Cylinder mit Fortsatz und Zubehör mufs vom Maschinengestell abgetrennt und mit Führungen versehen sein, welche ihm die schon angegebene schwingende Bewegung gestatten;

2. dem Cylinder sammt Fortsatz und Zubehör mufs von der Maschine aus die bezeichnete schwingende Bewegung ertheilt werden.

Der Cylinder mit Zubehör soll entweder zugleich gerade und parallel geführt werden, so dafs er sich nun parallel zu sich selbst in der Richtung seiner Achse bewegen kann, oder er mag zwar gerade, nicht aber zugleich parallel geführt sein, nämlich so, dafs er eine Bewegung ausführt, die mit derjenigen einer langen Pleuelstange mit relativ sehr kurzer Kurbel übereinstimmt.

Die schwingende Bewegung von Cylinder und Zubehör kann nun entweder von der rotirenden Motorwelle oder von den hin- und hergehenden Theilen (wie Kolben, Kolbenstange, Kreuzkopf und ein Pleuelstangenstück) aus abgeleitet werden.

Da der Cylinder mit Zubehör eine angenäherte Sinusbewegung ausführen soll, so wird diese, falls sie von der rotirenden Motorwelle abgeleitet wird, am einfachsten durch Kurbel oder Excenter hervorgebracht. Wird dagegen von den hin- und hergehenden Theilen, wie dem Kolben und seinem event. Fortsatz, die angenäherte Sinusbewegung des Cylinders mit Zubehör abgeleitet, so kann dies mit Hülfe irgend eines Zwischenmechanismus geschehen, der befähigt ist, die Kolbenbewegung umzukehren und zu verkleinern.

Unter den mannigfaltigen Ausführungsformen, die. sich auf diese Weise für den vorliegenden schnell laufenden Kolbenmotor ergeben, sind in den beiliegenden Zeichnungen vier bestimmte Constructionen herausgegriffen.

Bei Motor I (Fig. i, 2 und 3) und bei Motor II (Fig. 4, 5 und 6) wird die schwingende Bewegung des Cylinders mit Zubehör von der rotirenden Motorwelle abgeleitet, und zwar mit Hülfe von Excentern ee¹, welche der Kurbel ungefähr um i8o° gegenüberstehen; bei dem Motor III (Fig. 7) wird die oscillirende Bewegung von Cylinder und Zubehör ebenfalls von der rotirenden Motorwelle, und zwar mit Hülfe einer Kurbel r abgeleitet, die jedoch mit der Hauptkurbel einen von i8o° sehr verschiedenen Winkel bildet. Bei dem Motor IV (Fig. 8) ist es dagegen der Kreuzkopf, der mit Hülfe von übertragenden Zwischengliedern dem Cylinder mit Zubehör seine angenäherte Sinusbewegung ertheilt.

Die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Maschine ist bestimmt, trotz der unsymmetrischen Kolbenbewegung eine genaue Ausgleichung sowohl der rotirenden, als auch der hin- und hergehenden Massen zu bewirken.
. Die in Fig. 4, 5 und 6 dargestellte einfachere Ausführungsform der Maschine soll dagegen neben einer Ausgleichung der rotirenden Massen nur eine angenäherte, praktisch zwar meistens genügende Ausgleichung der hin- und hergehenden Massen bewirken.

Bei beiden Ausführungen sind Ein- und Austrittsrohr, Steuerung, Zündung und Regulator der Maschine weggelassen, weil alle diese Theile das Wesen der vorliegenden Maschine nicht beeinflussen.

Ferner ist für beide Ausführungstormen eine bestimmte Motorform gewählt worden, welche sich durch Doppelkurbel und directen Angriff der Pleuelstange am Kolben (d. h. durch Wegfall von Kolbenstange und Kreuzkopf) charakterisirt.

Die beiden mit dem Haupttheil. der Kurbelwelle concentrischen Zapfen ι % laufen in Lagern, die am festen Maschinengestell sitzen. Aufser diesen sind noch zwei weitere, und zwar excentrische Zapfen ee vorhanden, deren Excentricität mit der Hauptkurbel einen Winkel von etwa i8o° bildet.

Bei der Ausführungsform Fig. 1 bis 3 ist der Cylinder C sowohl gerade als parallel geführt, so dafs er sich nur parallel zu sich selbst in der Richtung seiner Achse bewegen kann. Es kann dies dadurch bewerkstelligt sein, dafs mit dem Cylinder C ein gabelförmiger Fortsatz C¹ verbunden ist, und dafs zwei mit dem Cylinder C bezw. zwei mit dem Fortsatz C¹ verbundene Gleitbacken c c bezw. c¹ c¹ in entsprechenden Nuthen oder Rinnen η η bezw. η¹ η¹ geführt sind.

Die Gerad- und Parallelführung kann übrigens ebensogut auch eine angenäherte sein, und die Bewegungsrichtung braucht nur annähernd in die Cylinderachse zu fallen, indem kleinere Abweichungen von der bezeichneten genauen Führung die richtige Ausgleichung der bewegten Massen fast gar nicht beeinflussen. So lassen sich bei der kurzen Weglänge die Gleitbacken und Nuthen durch geeignete Lenker ersetzen.

Mit dem Cylinderkörper C mag ein gabelförmiger Fortsatz C¹ verbunden sein, dessen gekrümmte Gabelarme um die Kurbelwelle herum bis nach der anderen Seite dieser Welle fortgesetzt sind. Zwei gleich lange Excenteroder Pleuelstangen pjp mögen dabei die beiden Kurbelzapfen e e mit den zum Cylinderfortsatz G¹ gehörigen Gabelarmen verbinden, der-

art, dafs die Excenter dem gerade und parallel geführten Körper C C¹ die schon bezeichneten Schwingungen ertheilen.

Die an der Kurbelwelle angebrachten, den beiden Kurbelarmen gegenüberliegenden Gewichte g g sind so bemessen, dafs sie die rotirenden Massen (Kurbel und ein Stück Pleuelstange) ausgleichen.

Zur Erzielung einer richtigen Ausgleichung auch der hin- und hergehenden Massen (des Kolbens und eines Stückes Pleuelstange) sind zwei Bedingungen zu erfüllen:

a) die Excentricität der beiden Zapfen e e hat sich zu dem Kurbelradius zu verhalten wie die hin- und hergehenden Massen zu der Masse des Körpers CC¹;

b) die Länge der Excenterstangen pp hat sich zu der Länge der Hauptpleuelstange P zu verhalten wie die Excentricität von e e zum Kurbelradius.

Durch Erfüllung der Bedingung b) wird erzielt, dafs der aus Cylinder C und Fortsatz C¹ bestehende Körper' ebenfalls eine der Kolben- . bewegung entsprechende unsymmetrische Gegenbewegung ausführt und daher zur genauen Ausgleichung der hin- und hergehenden Massen geeignet ist.

Bei der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist der Cylinder C nur gerade oder annähernd gerade, nicht aber auch parallel geführt. Hierbei ist zur Geradeführung ein Doppellenker Il gewählt, welcher leicht durch zwei Kreuzköpfe mit Linealen ersetzt werden kann.

Die beiden Pleuelstangen pp kommen hier in Wegfall und die zum Cylinderfortsatz C¹ gehörigen Gabelarme sind mit Lagern versehen, welche die excentrischen Zapfen e e umfassen, so dafs die genannten Gabelarme kürzer ausfallen und geradlinig gestaltet sein mögen.

Bei dieser Anordnung, vollzieht der Körper C C¹ die Bewegung einer relativ langen Pleuelstange. Bei der grofsen Masse dieses Körpers dient derselbe daher stets zur Ausgleichung eines Theiles der rotirenden Massen, so dafs die Gegengewichte im Allgemeinen viel kleiner ausfallen und in gewissen Fällen verschwinden. Ja es kann vorkommen, dafs der rotirende Theil des Körpers C C¹ bei dieser Anordnung die rotirenden Massen übertrifft, so dafs mit der Kurbel k gleichlaufende Gewichte , anzubringen sind.

Bei richtiger Wahl des Verhältnisses zwischen Excentricität der Zapten e e und Kurbelradius läfst sich bei der beschriebenen Anordnung zwar keine ganz genaue, wohl aber eine für die meisten Fälle der Praxis genügende Ausgleichung der bewegten Massen erzielen.

Bei den beiden Ausführungsformen Fig. 7 und 8 ist der Kolben q mit Kolbenstange und Kreuzkopf d versehen, und bildet der Fortsatz C¹ des Cylinders die Führung des Kreuzkopfes; ferner sind bei beiden Ausführungsformen Cylinder C saiiimt Fortsatz C¹ gleichzeitig annähernd parallel und g.erade geführt, und zwar mit Hülfe von je zwei an Cylinder und Fortsatz angreifenden Lenkern oder Lenkerpaaren I und I¹.

Bei der Ausfuhrungsform Fig. 7 ist an der Welle tv des Lenker- oder Hebelpaares / noch ein weiterer, schiefgestellter Hebel h angebracht, der durch Vermittelung einer Pleuelstange ρ von einer besonderen, an der Motorwelle sitzenden Kurbel r aus angetrieben wird, welch letztere am Gegenende der Welle sitzen oder durch Abkröpfung der Welle gebildet sein mag. Die Welle n> mit dem Lenkerpaar / wird auf diese Weise gezwungen, dem Cylinder mit Fortsatz die schwingende Bewegung zu ertheilen.

Während bei dieser Ausführungsform (Fig. 7) ein mit Kolbenstange und Kreuzkopf d versehener Kolben q zu Grunde gelegt wurde, ist es selbstverständlich, dafs der zur Hin- und Herbewegung des Cylinderkörpers C C¹ dienende Mechanismus r ρ hl V- ebensogut auch für einen Motor mit directem Angriff der Pleuelstange am Kolben und gleichzeitigem Wegfall von Kolbenstange und Kreuzkopf Anwendung finden kann.

Bei der Ausführungsform Fig. 8 wird die angenäherte Sinusbewegung vom Cylinder und Fortsatz von dem verlängerten Kreuzkopf aus abgeleitet.

Die Umkehrung und Verkürzung der Kolbenbewegung wird dabei durch einen zweiarmigen Hebel h I bewirkt, der durch eine Zugstange a vom Kreuzkopf d aus bezw. von einem Fortsatz m des Kreuzkopfes angetrieben wird, und der mit dem Zapfen O seines kurzen Hebelarmes / direct am Cylinderfortsatz C¹ angreift und diesen annähernd geradlinig führt und zugleich antreibt. Als zweite Führung von Cylinder und Fortsatz mag wiederum ein Lenker Z¹ dienen.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:
2. i. Schnelllaufender Kolbenmotor, dadurch gekennzeichnet , dafs der Cylinderkörper (C C¹J sammt Zubehör, statt mit dem Maschinengestell in fester Verbindung zu stehen, mit Hülfe von Führungen (n) oder Lenkern (I) annähernd in der Richtung des Cylinders gerade oder annähernd gerade geführt ist und dabei von dem Motor aus, sei es von der Motorwelle aus oder sei es von den hin- und hingehenden Theilen, wie Kolben u. s. w., aus, eine den Massenverhältnissen entsprechend grofse hin- und hergehende Bewegung erhält, derart, dafs
3. die Schwingungen des Cylinders sammt Zubehör zur Ausgleichung der bewegten Massen benutzt werden.
   Ausführungsform des Motors nach Anspruch ι , gekennzeichnet durch an der Kurbelwelle angebrachte Kurbeln oder Excenter (e e), die um ungefähr i8o° gegen die Motorkurbel versetzt sind und dem Cylinderkörper (C C¹J sammt Zubehör direct (ohne Zwischenglieder) oder vermittelst der Pleuelstange (pp) die bezeichnete Hin- und Herbewegung ertheilen.
   Ausführungsform des Motors nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, dafs Excenter oder Kurbeln (r) mit der Motorkurbel einen von i8o° wesentlich verschiedenen Winkel bilden und dem Cylinderkörper sammt Zubehör durch Vermittelung eines besonderen Zwischengliedes, wie namentlich eines Winkelhebels eine hin- und herschwingende Bewegung ertheilen.
4. 4. Ausführungsform des Motors nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen von den hin- und hergehenden Theilen, wie Kolben u. s. w., angetriebenen Doppelhebel (hl), der die empfangene Bewegung umkehrt, verkürzt und auf den Cylinderkörper (C C¹) überträgt.
5. 5. Ausführungsform des Motors nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, dafs der Cylinderkörper (C C¹) zwar annähernd gerade und in der Richtung der Cylinderachse, aber nicht zugleich parallel zu sich selbst geführt ist, sondern mit seinem Fortsatz (C¹) die Kurbeln oder Excenter (e e) umfafst und deshalb annähernd die Bewegung einer relativ langen Pleuelstange ausführt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.