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Kolbenkraftmaschine, vorzugsweise Pumpe oder Verbrennungsmotor Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkraftmaschine, vorzugsweise Pumpe oder Verbrennungsmotor,
mit mindestens einem Zylinder und einem darin axial verschiebbaren Kolben sowie
mit einem An- bzw. Abtrieb zur Verbindung jedes Kolbens mit einer Drehachse. Es
sei hierzu bemerkt, daß die Kolbenkraftmaschine in der Ausbildung als Pumpe nicht
nur zur Förderung von gasförmigen Arbeitsmitteln, sondern auch von Flüssigkeiten
dienen kann.
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Es sind bereits zahlreiche Konstruktionen von Kolbenkraftmaschinen
;bekannt geworden, die man im wesentlichen in zwei Bauarten unterteilen kann, nämlich
einmal Maschinen mit feststehenden Zylindern, in welchen Kolben in Richtung der
Zylinderachse hin und her bewegt werden, wobei die Kolben über Kolben- bzw. Pleuelstangen
mit einem Kurbeltrieb ver-10 bunden sind Fnd wobei besonders gesteuerte Einlaß-
und
Auslaßventile vorgesehen sind. Nachteilig ist bei diesen -Maschi6nen,
daß eine Hin- und Herbewegung der Kolben vorliegt, die über Kurbeltrieb usw. in
eine Drehbewegung umgewandelt werden muß. Daraus ergibt sich nicht nur ein verhältnismäßig
großer Bauaufwand, sondern auch ein'Raumaufwand, d.h. die Maschinen können nicht
sehr kompakt gebaut werden. Hinzu kommt das verhältnismäßig komplizierte System
der. Steuerung der Ventile. Zum anderen sind Drehkolbenmaschinen bekannt geworden,
die zwar infolge rotierender Bewegung des Drehkolbens unmittelbar eine Drehbewegung
erzeugen, jedoch ergeben sich hierbei besonders Schwierigkeiten in bezug auf die
Abdichtung und den hohen Verschleiß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eina Kolbenkraftmaschine
zu schaffen, we###he es erlaubt die Vor-~ teile der einen bekannten Gattung mit
den Vorte5hen der anderen oben erläuterten bekannten Gattung zu vereinen, d.h.
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einmal günstige Dichtungs- und Verschleißverhältnisse zu erreichen,
zum anderen eine kompakte Bauausführung zu ermöglichen und den Bauaufwand sehr gering
zu halten Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Zylinder
parallel zur Drehachse angeordnet-und mit dieser drehfest verbunden ist, daß jeder
Kolben mit einem Bauteil versehen ist, welches mit einer KurvenfUhrung zusammenwirkt1
deren Gestaltung dem Bewegungsvorgang jedes Kolbens in dem Zylinder während einer
Umdrehung der Drehachse und des Zylinders entspricht, und daß Ein- und Auslaßeinrichtungen
für das Arbeitsmittel vorgesehen sind, die mit jeden.
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Zylinderkopf zusammenarbeiten. Auf diese Weise ergibt sich der weitere
Vorteil, daß man die Kurvenführung nicht nach Sinus-Gesetzmäßigkeit zu gestalten
braucht, sondern den genauen Arbeitsbedingungen bzw den Gegebenheiten des Arbeitsablaufes
anpassen kann, so daß man nicht auf einem sinusförmigen Bewegungsablauf angewiesen
ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht,
daß eine geradzahlige Anzahl Zylinder symmetrisch zueinander in bezug auf die Drehachse
angeordnet ##### ist.
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Auf diese Weise kann sehr einfach weitgehend Massenausgleich und eine
gute Raumausnutzung erzielt werden Als besonders vorteihaft hat si.ch erwiesen,,
daß vier Zylinder symmetrisch zueinander dicht um die Drehachse angeordnet sind
und mit der Drehachse eine Ba#ueinheit bilden.0 In Weiterentwicklung der Erfindung
wird ferner eine konstruktive Ausgestaltung vorgeschlagen, nämlich daß die Kurvenführung
in einem zylindrischen, ringförmigen Bauteil --vor g e-s ehen ist, welches mindestens
das rückseitige, von dem Arbeitsraum jedes -Zylinders abliegende Ende jedes Kolbens
umgibt und daß an jedem Kolben ein radial nach außen gerichteter Bolzen befestigt
ist, welcher formschiüssig in die Kurvenführung eingreift.
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In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, die Leichtgängigkeit dadurch
zu verbessern, daß die Kurvenführung als Schlitz ausgebildet ist, und daß der Bolzen
im Eingreifbereich des
schlitzes unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers
mit einer Laufrolle versehen ist.
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Für thermisch beanspruchte Kolbenkraftmaschine ist es von Vorteil,daß
die Außenwandung jedes Zylinders mit Kühlrippen versehen ist.
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Stattdessen kann auch die Gestaltungsweise so getroffen werden daß
die Zylinder von einem Kühlmantel, vorzugsweise einer Luft- oder Wasserkühlung,
umgehen sind Sine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erreicht man
dadurch, daß die Ein und Auslaßvorrichtungen für das Arbeitsmittel stirnseitig zu
den Zylindern feststehend ange ordnet und nach Art von Schiebern ausgebildet sind
Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, daß die Ein- und AuslaßvQrrichtungen, einschließlich
der Anschlüsse, feststehend angeordn#et, werden können.
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Von Vorteil ist fernere daß die Drehachse mittels Wälzlagern m Gehäuse
gehalten und mit Scheiben und/oder Zahnrädern ausgestattet ist.
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In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es bei der Ausgestaltung der
Kolbenkraftmaschine als Pumpe arNn Vorteil ist, daß ein Zahnrad als Schwungscheiben
ausgebildet und mit dem Antriebsmotor verbunden irt.
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Bei ver Ausgestaltung als Verbrennungsmotor empfiehlt er
sich
dagegen, daß die Scheiben und/oder Zahnräder zur Verbindung mit Ausrüstungsorganen,
wie Anlasser, Zündverteiler, Lichtmaschine, Ölpumpe, dienen.
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Eine weitere, sehr wesentliche Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch
erreicht, daß das die Kurvenführüng aufweisende Bauteil in Axialrichtung verschiebbar
angeordnet ist. Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich, die Kompression und
damit die Leistung zu variieren und den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen, wenn
also eine hohe Leistung verlangt wird, wird das die Kurvenführung aufweisende Bauteil
im Sinne einer Erhöhung der Kompression mitsamt den Kolben in bezug aug den Zylinder
bzw die Zylinder verschoben, während bei einem geringeren Leistungsbedarf Kompression
und Leistung verringert werden können, womit die Lebensdauer der Kolbenkraftmaschine
wegen wesentlicher Herabsetzung des normalen Verschleißes und Herabsetzung der Wärmebeanspruchung
gesteigert werden kann.
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Bei der Ausgestaltung der Kolbenkraftmaschine als Verbrennungsmotor
ist es ferner von Vorteil, daß die Kurvenführung und die Ein- und Auslaßvorrichtungen
derart ausgebildet sind; daß während einer Umdrehung der Drehachse die Arbeitstakte
mit Ansaugen des Brennstoff-Luftgemisches, Verdichtung, Zündung und Expansion der
Verbren#ungsgase, sowie Ausstoß der verbrannten Abgase nach dem Viertakt-Prinzip
erfolgen.
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In Erweiterung diese Erfindungsgedankens ist es selbstverstfindlich
möglich un von Vorteil, insbesondere boi Wahl einer großen Anzahl von Zylindern
in einer Baueinheit, die
Kurvenführung so auszustalten, daß sich
der Viertakt- Vorgang nur über einen Teil einer Umdrehung, beispielsweise über eine
halbe Umdrehung, der Drehachse erstreckte Um jegliche Ausgleichsgewichte o,der dergleichen
Maßnahmen zu vermeiden, ist es ferner von Vorteil, daß die Kurven-.
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führung derart ausgestaltet ist, daß Massenausgleich der bewegten
Kolben in bezug auf die Drehachse eintritt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß
trotz hin- und hergehender Massen ein vollständiger Massenausgleich und-damit, ein
sehr ruhiger Lauf der Kolbenkraftmaschi#ne erzielt werden kann.
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Insbesondere bei größeren,leistungsstarken Kraftmaschinen empfiehlt
sich Boxeranordnung zweier Zylinderbaueinheiten auf einer gemeinsamen Drehachse
In diesem Zusammenhang ist es ferner zweckmäßig, daß die beiden Zylinderbaueinheiten
um 450 gegeneinander Zersetzt auf der Drehachse angeordnet sind0 In weiterer Ausgestaltung
der vorhergehend erläuterten Erfinddung kann eine wesentliche Vereinfachung hinsichtlich
des Bau- und Raumaufwandes dadurch herbeigeführt werden, daß die Kurvenführung und/oder
die Ausrüstungsorgane für beide Baueinheiten gemeinsam verwendet sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
dem Nachfolgenden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schema
dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eire Kolbenkraftmaschine,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Kolbenkraftmaschine gemäß Fig. 1, jedoch entsprechend
Schnittlinie II-II in Fig. 3, Fig. 3 einen Querschnitt hierzu gemäß Schnittlinie
III-III in Fig, 1, Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere einer Kolbenkraftmaschine, wobei die
Zylinder und Kolben der Deutlichkeit halber fortgelassen sind, Fig, 6 eine schematische
Darstellung der. Zylinderabdichtungsvorrichtung gemäß Schnittlinie VI-VI in F g.
5 und Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Einzelheit gemäß Schnittlinie VII-VII
in Fig. -, Bei dem in den Fig, 1 bis t dargestellten Ausführungsbei-spiel der erfindungsgemäßen
Kolbenkraftmaschine handelt es sich, um ein vereinfacht dargestelltes Modell, welches
entweder als Pumpe oder bei entsprechender Ausrüstung auch als Verbrennungsmotor
verwendet werden kann.
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Innerhalb eins feststehenden Gehäuses 1 mit stirnseitigem Gehäusedeckel
2 ist, zweckmäßigerweise unter Verwendung von nicht gezeichneten Wälzlagern, eine
Drehachse 3 gelagert,
welche zu beiden stirnseitigen Enden aus dem
Gehäuse herausragt, Auf den Achsenenden sitzen eine Keilriemenscheibe 4 für die
Verbindung mit einer Lichtmaschine, sowie ein zweckmäßigerweise als Schwungscheibe
ausgebildetes Zahnrad 5,, an welchem der Anlasser angreift. Ferner können weitere
Zahnräder, z.B. ein Verteilerschneckenrad, für die Verbiddung mit dem Zündverteilder
vorgesehen werden.
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Im Innern des Gehäuses 1 befindet sich, fest verbunden mit der Drehachse,
ein Bauorgan 6, welches bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Zylinder 7
bis 10 (Fig. 4) aufweist, wobei diese vier Zylinder symmetrisch zueinander dicht
um die Drehachse angeordnet sind und, wie gesagt, mit der Drehachse eine Baueinheit
bilden, Aus konstruktiven Gründen ist es auch mit Vorteil möglich, die Zylinder
als solche einzeln herzustelien und mittels geeigneter Vorrichtungen alle vier Zylinder
fest auf der Drehachse 3 anzuordnen Die Zylinder können auf ihrer Außenwandung mit
Kühlrippen 11 versehen sein, und zwar besonders dann, wenn eine Luftkühlung vorgesehen
ist.
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Zur Luftkühlung kann mittels eines Gebläses Kühlluft um die Zylinder
gefördert werden, gegebenenfalls auch bei geschlossenem Gehäuse 1 in den Raum 12.
Stirnseitig sind die Zylinder mit einer Scheibe 13 versehen, die mit denen Zylindern
umläuft und an geeigneten Stellen Bohrungen bzw. Schlitze 14 für den Eins lmd Auslad
aufweist. Diese Scheibe 13 wirkt mit dem entsprechend ausgebildeten Deckel 2 zusammen,
der ebenfalls an geeigneten Stellern Ein- bzw. Auslaßöffnungen oder Schlitze 15
erhält. Hieran sind nach außen ffihrerrle feststehenden Leitungen zum Einlaß 16
und zum Auslaß 17 befestigt. Es versteht sich, daß diese aufeinandergleitenden Scheiben
eine den
Bedürfnissen entsprechende konstruktive Ausgestaltung
mit Dichtungselementen und dergleichen erfahren Wenn der Kühlraum 12 als Flüssigkeitskühlung
dienen soll, können ferner entsprechende Dichtungen, wie z.B. die vereinfacht dargestellten
Dichtungsringe 19, 19, vorgesehen werden.
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Im Innern jedes Zylinders 7 bis 10 befindet sich ein# Kolben 20,
der mit an sich bei Kolbenkraftmaschinen üblichen Kolben-, ringen 21 versehen ist0
An jedem Kolben ist ein radial nach au-ßen gerichteter Bolzen 22 (Fig. 2) befestigte
welcher unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 23.mit einer Laufrolle 24 versehen
ist. Diese Laufrolle 24 greift formschlüssig in eine Kurvenführung 25 eines Zylindrischen,
ringförmigen Bauteiles 26 ein*, Dieses Bauteil 26 ist mittels geeigneter Befestigungs-Vorrichtungen
mit dem Außengehäuse Verbunden0 Die Kurvenführung 25 kann als durchgehender oder
auch als nutenförmiger Schlitz ausgebildet werden0 Mit besonderem Vorteil kann das
Bauteil 26 mit der Kurvenführung 25 so gestaltet und befestigt werden, daß es in
Axialrichtung mittels geigneter Hebel oder dergleichen, die in der Zeichnung nicht
dargestellt sind, verschoben werden kann0 Da die Laufrollen 24 formschlüssig in
die Kurvenführung 25 eingreifen, werden die Kolben 20 während der Verschiebung des
Bauteiles 26 ebenfalls in Axialrichtung gegenüber den Zylindern 7 bis 10 mitverschoben.
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Die, Wirkungsweise der oben erläuterten Kolbenkfaftmaschine ist im
wesentlichen folgende. Bei Ausbildung.als Pumpe wird das Zahnrad 5 und damit die
Achse 3 von einem Motor angetrieben. Durch die Drehung der Achse und damit der Zylinder
7 bis 10 werden die Kolben 20 jedes Zylinders entsprechend
der
Kurvenführung 25 achsparallel innerhalb der Zylinder hin- und herbewegt. Im Bereich
des Einlasses 16 befindet sich jeder Kolben 20 nahe dem linken stirnseitigen Ende
des betreffenden Zylinders und bewegt sich während des Vorbeigehen#s am Einlaß nach
rechts in die äußere rechte Hubstellung, womit das ru fordernde Medium angesaugt
wird, Unter Weiterdrehen wird das im Innern der Zylinder enthaltene Medium in den
Bereich des Auslasses 17 geführt, wo sich jeder Kolben entsprechend der Kurvenführung
25 wieder nach dem linken -Hubende zu bewegtOund damit das zu fördernde Medium ausdrückt.
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Bei der Ausbildung als Pumpe können auf einem Umfang Je zwei sich
diagonal gegenüberstehende Einlaß- und Auslaßöffnungen mit Leitungen vorgesehen
werden, so daß sich der Ansaugen und Ausstoßvorgang während eines Umlaufes zweimal
vollzieht.
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Bei der Ausgestaltung der Kolbenkraftmaschine als Verbrennungsmotor
dient das Zahnrad 5 für die Verbindung mit einem Anlasser. Dieser bringt die Achse
3 mit den Zylindern zunächst' in Umdrehung. Während einer Umdrehung wird jeder Zylinder
beim Vorbeigehen an dem Einlaß durch Ansaugen mit Brennstoff-Luftgemisch gefüllt.
Beim Weiterdrehen geht der betreffende Kolben aus seiner rechten Hubendlage in-
die kike Hubendlage zurück, womit das Brennstoff-Luftgemisch komprimiert wird.
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Wie bei Verbrennungskraftmaschinen üblich, erfolgt kurz vor Erreichen
des Totpunktes die Zündung mittels einer an geeigneter Stelle angeordneten Zündkerze,
die in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist. Durch Verbrennung expandiert
das Brennstoff-Luftgemisch, so daß der Kolben in seine rechte Hubendlage zurückgedrückt
wird, wobei
er über den Bolzen 22 und die Kurvenführung 25 ein
Drehmoment auf die Achse 3 erzeugt. Schließlich erfolgt auf dem letzten Teil der
Umdrehung der Ausstoß der verbrannten Abgase, so daß sich anschließend der vorerwähnte
Viertakt-Vorgang wiederholen kann. Der Viertakt-Vorgang v#llsicht sich naturgemäß
nacheinander für alle vier Zylinder bzw Kolben. Die Versorgung des Verbrennungsmotors
mit Brennstoff-Luftgemisch kann in üblicher Weise mittels Vergaser, Einspritzpumpe
oder dergleichen vorgenommen werden. Auch die Zündverteilung hzw. die Festlegnng
des genauen Zündpunktes wird wie üblich vorgenommen Zur Schmierung kann eine Druckumlaufschmierung
vorgesehen- werden.
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Es sei' hier besonders darauf hingewiesen, daß die Kurvenführung zweckmäßigerweise
derart ausgestaltet ist, daß ein Massenausgleich der bewegten Kolben in bezug auf
die Drehachse eintritt, d.h. es bewegen sich jeweils zwei Kolben die diagonal gegenüberstehen,
von der linken Hubendlage nach der rechten hin während die beiden anderen Kolben
den umgekehrten Weg ausführen,.wie sich aus dem Viertakt-Prinzip ergibt.
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In den Fig 5 bis 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel im Schema dargestellt,
welches gewisse andere konstruktive Lösungen für den Gehäusedeckel 27 mit Einlaß
28 und Auslaß 29 offenbart. Desgleichen ersieht man die Lagerung der Drehachse 30
mittels Kugellagern 31, 32. Außerdem ist ein Schneckenrad 33 und die bereits oben
erläuterte Schwungscheibe mit Zahnrad 3A dargestellt. Nahe dem Gehäusedeckel 27
sitzt auf den Drehachse
30 ein verzahntes Rad 35, welches zur Halterung
einer Dichtungsscheibe 36 gemäß den Fig. 6 und 7 dient, wobei diias Scheibe besondere
Dichtungssektoren 37 und Dichtungsleisten 38 aufweisen kann. Die in Fig. 5 nicht
eingezeichneten Zylinder und Kolben können durch ein umlaufendes Bauorgan 39 getragen
werden, welches mit nicht gezeichneten Öffnungen ftir den Durchtritt der Kolbenbolzen
22 versehen ist, so daß die Laufrollen in der Kurvenführung 40 des ringförmigen
Bauteiles 41 eingreifen können.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele, sondern soll auch weitere konstruktive Ausführungen umfassen,
bei welchen die zu Anfang erläuterten Grundgedankend der Erfindung benutzt sind.
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Es wird hier ausdrücklich vermerkt, daß die oben erläuterte Erfindung
nicht npr für Pumpen und Verbrennungsmotoren, sondern auch für Kompressoren rit
Vorteil benutzt werden tank.