DE1273262B - Kolbenkraftmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

FOIb

Deutsche Kl.: 46 d-5/01

Nummer: 1273 262

Aktenzeichen: P 12 73 262.6-13 (W 37274)

Anmeldetag: 30. Juli 1964

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine mit einem expansionsfähigen Arbeitsmittel betriebene Kolbenkraftmaschine mit einer Anzahl von Kolben enthaltenden Zylindern, die symmetrisch zu einer gemeinsamen Achse verteilt angeordnet sind und deren Mittellinien im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der gemeinsamen Achse liegen, wobei ein Ventilmechanismus mit durch Nockenfolgerollen zur Steuerung der Zuführung des expansionsfähigen Arbeitsmediums an die Zylinder versehenen Ventilen vorgesehen ist.

Bei derartigen Kolbenkraftmaschinen bestehen wesentliche Probleme darin, die bewegten Massen möglichst gering zu halten. Zu den bewegten Massen, deren Massenausgleich relativ schwierig ist, gehören auch die Nockensteuerungen für die Ventile. Es ist bekannt, bei derartigen Kolbenkraftmaschinen die Pleuel der symmetrisch zu einer gemeinsamen Achse verteilt angeordneten Zylinder an einem Kurbelrahmen zu lagern, der seinerseits am Kurbelzapfen der Kurbelwelle liegt. Bei bekannten mit Ventilen arbeitenden Maschinen sind zur Ventilsteuerung jedoch entweder mit der Kurbelwelle formschlüssig angetriebene gesonderte Nockenwellen oder aber auf der Kurbelwelle selbst sitzende Nocken vorgesehen. Diese bekannten Anordnungen machen umfangreiche Ubertragungseinrichtungen entweder für die Antriebskraft zur Nockenwelle oder aber von den Nocken selbst zu den Ventilen erforderlich. Diese Antriebselemente stellen in der Regel schwer auszugleichende bewegte Massen dar, die außerdem einen nicht unerheblichen Teil der Antriebskraft für die Beschleunigung bei jedem Ventilhub benötigen. Außerdem ist bei der bekannten Anordnung der Nockenelemente an der Kurbelwelle selbst die entsprechende proportionale Ventilbewegung schwierig. Die Reibung zwischen den Leitkurven der Nocken und den Folgegliedern wird groß.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige Kolbenkraftmaschine zu schaffen, bei der wesentlich einfacher, betriebssicherer und kraftsparender eine sichere Steuerung in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein an sich bekannter Kurbelrahmen schwenkbar mit den Pleuelstangen der Kolben so verbunden ist, daß er eine Hin- und Herbewegung entlang einer Kurvenbahn ausführt, ohne sich vollständig um seine eigene Achse zu drehen, wobei der Kurbelrahmen mit Leitkurvensegmenten versehen ist, die im wesentlichen in der gemeinsamen Ebene in Verlängerung mit jeweils einer der Nockenfolgerollen zum Zusammen-Kolbenkraftmaschine

Anmelder:

Wilton Gabriel Lundquist,

Hohokus, N.J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,

Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:
Wilton Gabriel Lundquist,
Hohokus, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1963 (299 328)

wirken mit diesen angeordnet sind. Gemäß der Erfindung wird also die an sich gegebene Bewegung des Kurbelrahmens ausgenutzt, um gleichzeitig über entsprechend ausgebildete Leitkurven am Kurbelrahmen die Steuerung auszubilden. Bei der erfindungsgemäßen Steuerung sind vorzugsweise die Zylinder paarweise in einer Anzahl von Zylinderblocks zusammengefaßt, wobei jedes Zylinderpaar ein gemeinsames Ventil aufweist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung erfolgt eine Vergrößerung der Beaufschlagungsfläche bei gleichzeitiger Vergrößerung des Kurbelrahmens in jeder Richtung der durch die Pleuel übertragenen Kräfte. Die Leitkurvensegmente sind vorzugsweise relativ kurz und in Winkelabstand voneinander angeordnet, wobei die Kurvenbewegung der Segmente derart ist, daß im Augenblick der Berührung mit den Rollen und im Augenblick des Abhebens der Rollen von der Leitkurve die Nockensegmente im wesentlichen tangential zu der zugeordneten Folgerolle liegen. Um eine formschlüssige Führung des Kurbelrahmens sicherzustellen und eine günstige Kraftübertragung zu erreichen, kann der Kurbelrahmen auf Kurbelzapfenlagern wenigstens zweier Kurbelwellen mit gleichem Kurbelhub derart gelagert sein, daß der Rahmen auf einer Kurvenbahn verläuft, deren Radius gleich dem Kurbelhub der Kurbelwelle ist. Jedes der Ventile kann zwischen zwei Kolben in einem gemeinsamen U-förmigen Zylindergehäuse angeordnet sein.

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Um eine Überlastung zu vermeiden, kann jeder Kolben mit einem Überdruckventil und einer Einrichtung zum Öffnen dieser Ventile bei einem vorbestimmten Druck versehen sein.

Dabei ist vorzugsweise jedes dieser Überdruckventile ein Tellerventil, welches in der Ventilöffnung in der Mitte des Kolbenkopfes angeordnet ist und mit einem Entspannungsdurchgang in Verbindung steht, wobei das Tellerventil mit dem Kolben axial

Punkt die Leitkurve wieder bis zur Leitlinie Null bei 37 an der Stelle 39 absinkt.

Das Einlaßventil 45 ist im zugehörigen Zylinderblock zwischen den Zylindern 21 und 22 so angeordnet, daß seine Hubachse parallel zu den Hubachsen der Kolben liegt. Das Ventil 45 weist einen Schaft 46 auf, dessen oberes Ende in einer Bohrung im Zylinderblock^ gelagert ist, und dessen unteres Ende eine Ventilführungsplatte 47 verschiebbar durchsetzt, die

fluchtend durch zwei nach unten verlaufende Zapfen io zwischen einer Schulter 48 am Zylinderblock und

gehalten wird, die an der Kolbenstange anliegen, dem oberen Ende einer Büchse 49 gehalten ist. Die

wobei die Zapfen mit Langlöchern versehen sind, Büchse 49 ist in einer Bohrung im Zylinderblock

durch welche ein Sperrstift verläuft und wobei der durch eine Ringmutter 50 gehalten. Das untere Ende

Ventilteller in Schließstellung durch eine Feder vor- des Ventilschaftes 46 trägt eine Widerlagerscheibe 51

gespannt ist, die im Kolben festliegt, während ein 15 für eine Druckfeder 52, die sich gegen die Ventil-

Nocken am oberen Ende der Kolbenstange vorgesehen ist, um das Ventil im Bereich des unteren Totpunktes des Rückhubes zu öffnen und im Bereich des oberen Totpunktes des Rückhubes des Kolbens zu schließen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 teilweise im Axialschnitt eine Kolbenkraftmaschine gemäß der Erfindung,

F i g. 2 teilweise im Schnitt entlang der Zylinderachsen eine Stirnansicht der Maschine gemäß der Fig.1,

F i g. 3 einen Teilaxialschnitt durch einen Zylinder,

Fig.3A einen Teilschnitt
3^-3^4 in Fig. 3,

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie4-4 in Fig. 3,

Fig.4A eine Draufsicht auf die Ringfeder des Sicherheitsventils und

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2.

Die Maschine weist zwei Gruppen I und Π mit je

platte 47 abstützt und das Ventil 46 in Schließstellung vorspannt. Unterhalb des Ventilschaftes 46 ist ein Ventilstößel 53 mit einem Kopf 54 angeordnet, welcher sich gegen das untere Ende des Ventilschaftes anlegt. Die Abwärtsbewegung des Stößelkopfes 54 wird durch eine Schulter 55 in der Büchse 49 begrenzt. Am unteren Ende des Stößels 53 ist in einem Schlitz 57 eine Nockenfolgerolle 56 angeordnet, die auf dem zugeordneten Leitkurvensegment 37 abläuft.

25 Der Ventilschaft 46 und der Stößelkopf 54 sind mit einem Axialdurchlaß 58 zum Druckausgleich versehen. Das Arbeitsmittel wird dem Einlaßventil über die Einlasse 59 und 60 zugeführt, die bei geöffnetem Ventil mit den betreffenden Zylinderräumen 21 und entlang der Linie 30 22 über die Einlaßöffnungen 61 und 62 in Verbindung stehen. Die Ventile 45 sind mit auf Abstand stehenden Ventilkolben 63 und 64 versehen, die in den öffnungen 61 bzw. 62 gleiten. Aus F i g. 5 ist zu ersehen, daß das Arbeitsmittel in die Einlasse 59

und 60 an entgegengesetzten Seiten des Zylinderblocks durch die Einlaßkanäle 65 und 66 eingelassen wird.

Jedes Leitkurvensegment 36 befindet sich mit der zugeordneten Folgerolle über ungefähr 90° der Kur

vier Zylinderblöcken A, B, C und D auf, die an einem

Kurbelgehäuse 20 angebracht sind. Zum Kennzeich- 40 berwellendrehung in Arbeitsberührung, während in nen der sich auf bestimmte Zylinderblöcke beziehen- der restlichen Winkelbewegung der Ventilstößel auf den Teile ist das für alle Zylinderblöcke geltende Be- der Schulter 55 ruht. Die Kurbelwellen 30-31 und der zugszeichen durch den den betreffenden Zylinder- Rahmen 27 gehen vom Punkt 38 des Leitkurvensegblock kennzeichnenden Buchstaben ergänzt. Jeder ments in Pfeilrichtung etwa 45° und bei Fortsetzung Zylinderblock weist zwei Zylinderbohrungen 21 und 45 der Bewegung, bis die volle Öffnungsbewegung ein-22 auf, in denen Kolben 23 und 24 mit Kurbelstan- setzt. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß der Ventilgen 25 bzw. 26 liegen. Die Kurbelstangen sind am stößel 545 auf dem betreffenden Sitz 55J? ruht und unteren Ende an einem Kurbelrahmen 27 gelagert daß das Einlaßventil 45 B geschlossen ist. Das Leit-(F ig. 1, 2 und 3), der auf den Kurbelzapf en 28 und kurvensegment 36 B ist von der zugeordneten Rolle 29 zweier zur Symmetrieachse ^45 der Maschine 50 56 B vollständig abgehoben und verbleibt in diesem paralleler Kurbelwellen 30 und 31 gelagert ist. Der Zustand, bis der Kurbelrahmen 27 das betreffende Kurbelrahmen 27 verbindet die Kurbelwellen so mit- Segment 36 B beim nächsten Umlauf zum Eingriffseinander, daß diese sich in einer Parallelbewegung punkt 38 herumführt.

drehen, d. h. jeder Punkt des Rahmens einen echten Jede Zylinderbohrung (Fig. 2 und 3) ist mit meh-

Kreis beschreibt, dessen Radius gleich dem Hub der 55 reren Auslaßschlitzen 70 am Umfang der Zylinder-Kurbel ist; der Kurbelrahmen 27 läuft daher in einer wandung versehen. Diese Auslaßschlitze führen zu Kreisbahn um, dreht sich jedoch nicht um die eigene einer Auslaßleitung 71, die bei der vorliegenden AusAchse, führungsform das Arbeitsmittel in das Kurbelgehäuse Am Kurbelrahmen 27 sind Nocken 36^4, 36B, leitet, aus dem das Arbeitsmittel in die Umgebungs-36 C und 36D entsprechend den Zylinderblöcken A, 60 luft abgelassen wird. Die Auslaßschlitze 70 werden B, C und D angeordnet. Diese Segmente sind durch im Bereich des unteren Totpunktes frei.
Ausschnitte 35 getrennt, in denen die Pleuellager lie- Wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt, ist im Boden gen. Die Leitlinie Null, bei der kein Hub erfolgt, ist jedes Kolbens 23 und 24 ein Ventilsitz 72 vorgesehen, bei 37 dargestellt. Die volle Länge des Leitkurven- der mit dem Inneren des Kolbens über mehrere segments verläuft von 38 bis 39, wobei die Leitkurve 65 Durchlässe (F i g. 3) in Verbindung steht. Der Sitz 72 des Leitkurvensegments an der Leitlinie Null bei 40 nimmt den Ventilteller 76 auf, der an einem in einer beginnt, wo die Öffnung des Ventils beginnt, während Bohrung 77' gelagerten Ventilschaft 77 sitzt. Der bei 41 die größere öffnung erfolgt, von welchem Schaft 77 ist mit zwei nach unten gerichteten, auf

Abstand stehenden Zapfen 78 versehen, die beiderseits des Kopfes 79 des Pleuels 25 liegen und die Nadellagerringe 80 festlegen. Die Zapfen 78 sind mit Langlöchern 81 versehen, die einen Spielraum für einen Kolbenbolzen 82 bilden und das Ventil führen. Das obere Ende des Pleuels ist mit einem Nocken 83 versehen, der zum Anheben des Ventiltellers gegen die Kraft einer Ringfeder 84 (F i g. 4 a) dient, deren freies Ende in einer Öffnung an einem der Zapfen 79 liegt und deren Ring in einer Nut 85 im Kolbenhals durch einen Sprengring 86 gehalten ist. Zu Beginn jedes Rückhubes eines jeden Kolbens hebt der Nokken 83 am Pleuel den Ventilteller 76 von seinem Sitz

72 ab, so daß das Druckmittel durch den Hohlraum

73 und durch die Durchlässe 74 in den Kolben strömen kann, aus dem es durch das Kurbelgehäuse in die Umgebungsluft abgelassen wird. Danach wird das Ventil von der Feder am oder nahe am oberen Teil des Rückkehrhubes geschlossen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung stehen die Kurbelwellen 30 und 31 (F i g. 1) mit einer gemeinsamen Abtriebswelle 87 in Verbindung, deren eines Ende in einem Gehäuse 88 mittels eines Kugellagers 90 gelagert ist. Das Gehäuse 88 ist am Kurbelgehäuse mittels Flansch 91 befestigt. Die gemeinsame Abtriebswelle 87 ist mittels eines Innenzahnkranzes 92 durch Ritzel 93 jeder Kurbelwelle 30, 31 angetrieben.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mit einem expansionsfähigen Arbeitsmittel betriebene Kolbenkraftmaschine mit einer Anzahl von Kolben enthaltenden Zylindern, die symmetrisch zu einer gemeinsamen Achse verteilt angeordnet sind und deren Mittellinien im wesentliehen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der gemeinsamen Achse liegen, wobei ein Ventilmechanismus mit durch Nockenfolgerollen zur Steuerung der Zuführung des expansionsfähigen Arbeitsmediums an die Zylinder versehenen Ventuen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Kurbelrahmen (27) schwenkbar mit den Pleuelstangen (25, 26) der Kolben (23, 24) so verbunden ist, daß er eine Hin- und Herbewegung entlang einer Kurvenbahn ausführt, ohne sich vollständig um seine eigene Achse (AS) zu drehen, wobei der Kurbelrahmen (27) mit Leitkurvensegmenten (36A, 365, 36C, 36Z)) versehen ist, die im wesentlichen in der gemeinsamen Ebene in Verlängerung mit jeweils einer der Nockenfolgerollen (56) zum Zusammenwirken mit diesen angeordnet sind.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (21, 22) paarweise in einer Anzahl von Zylinderblocks zusammengefaßt sind, wobei jedes Zylinderpaar ein gemeinsames Ventil (45) aufweist.

3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkurvensegmente (36 A bis 36D) relativ kurz und in Winkelabstand voneinander angeordnet sind, wobei die Kurvenbewegung der Segmente derart ist, daß im Augenblick der Berührung mit den Rollen und im Augenblick des Abhebens der Rollen von der Leitkurve die Nockensegmente im wesentlichen tangential zu der zugeordneten Folgerolle (56) liegen.

4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelrahmen (27) auf Kurbelzapfenlagern wenigstens zweier Kurbelwellen (30, 31) mit gleichem Kurbelhub derart gelagert ist, daß der Rahmen (27) auf einer Kurvenbahn verläuft, deren Radius gleich dem Kurbelhub der Kurbelwellen ist.

5. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (45) zwischen zwei Kolben (23, 24) in einem gemeinsamen U-förmigen Zylindergehäuse angeordnet ist.

6. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (23, 24) mit einem Überdruckventil (72, 73) und einer Einrichtung (83) zum öffnen dieser Ventile bei einem vorbestimmten Druck versehen ist.

7. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Überdruckventil (72, 73) ein Tellerventil ist, welches in der Ventilöffnung in der Mitte des Kolbenkopfes angeordnet ist und mit einem Entspannungsdurchgang in Verbindung steht, wobei das Tellerventil mit dem Kolben axial fluchtend durch zwei nach unten verlaufende Zapfen (78) gehalten wird, die an der Kolbenstange anliegen, wobei die Zapfen mit Langlöchern versehen sind, durch welche ein Sperrstift verläuft, und wobei der Ventilteller in Schließstellung durch eine Feder (84) vorgespannt ist, die im Kolben festliegt, während ein Nocken (83) am oberen Ende der Kolbenstange (25) vorgesehen ist, um das Ventil im Bereich des unteren Totpunktes des Rückhubes zu öffnen und im Bereich des oberen Totpunktes des Rückhubes des Kolbens zu schließen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 381 234, 348 310,
907;
USA.-Patentschrift Nr. 2 989 022.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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