DE1942580A1 - Kompressor oder Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Tilo HOFMANN, 8501 Kreutles, Finkenweg 14 und Manfred SCHMID, 85 Nürnberg, Karl Bröger Str. 41 "Kompressor oder Brennkraftmaschine" Die Erfindung betrifft einen Kompressor oder eine Brennkraftmaschine mit in einem festen Gehäuse umlaufenden Zylindern, deren Kolben in Richtung zu der mittig angeordneten Kraftübertragungswelle arbeiten und über eine Kurvenanordnung gesteuert werden. Die hierzu bekannten Brennkraftmaschinen sind in mehrerer Hinsicht nachteilig. Die Kurvenanordnung in Form einer Kurvenscheibe befindet sich unter dem Kolben, d.h. zwischen ihm und der zentralen Welle. Dies bedingt einen erheblich ianstruktiven Aufwand und verringert die bei einem bestimmten Außendurchmesser der Anordnung mögliche Hubhöhe der Kolben. Die Kolben sind außerdem an diesen Kurvenscheiben nur unter Federwirkung gehalten. Dadurch besteht die Gefahr, daß sie flattern. Auch ist bei solchen Federanordnungen keine genügend exakte Bewegung der Kolben in ihre obere und untere Totpunktlage gewährleistet, so daß die jeweiligenTotpunktlagen und -zeiten der einzelnen Kolben leichte Abweichungen von der Normalen erfahren können. Dies ist aber gerade bei schnell drehenden Motoren zu vermeiden. Aufgrund der Anordnung der Kurvenscheiben und der an ihnen anliegenden Laufrollen der Kolbenbolzen unterhalb der Kolben werden diese nicht genügend stabil an den Kurvenscheiben gelagert, bzw. abgestützt und neigen daher zum Kippen.
• Die vorstehend beschriebenen Mängel würden besonders dann schwerwiegend sein, wenn man in dieser Weise den bevorzugten Anwendungsbereich der Erfindung nämlich einen Kompressor ausrüsten wollte, denn gerade dort müssen kräftige und starke Kraftübertragungsmittel vorgesehen werden.
• Auch kennt man Verbrennungsmotoren mit in einem festen Gehäuse umlaufenden Zylindergehäuse, in dem die sich auf und ab bewegenden Kolben laufen. Hierbei erfolgt die Steuerung der Kolbenbewegung mittels Exzenter oder exzentrischen Kurbeltrieben.
• Dies ist nicht nur aufwendig, sondern ergibt aufgrund der umlaufenden exzentrischen Massen Unruhen, Schwingungen und Lagerbeanspruchungen, die vor allem bei höheren Drehzahlen nicht mehr vertretbar sind.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Kompressor oder einer Brennkraftmaschine der eingangs umrissenen Art die vorstehend beschriebenen Nachteile mit möglichst einfachen Mitteln zu vermeiden. Dabei soll in Weiterbildung der Erfindung auch eine Anordnung mehrerer Erfindungseinheiten in einer Reihe hintereinander in ebenfalls einfache Weise möglich sein.
• Dazu wird mit der Erfindung in erster Linie vorgeschlagen, daß die Kurvenscheibe als zwangsläufige, an den Kolbenbolzen bzw.
• den daran angebrachten Laufrollen von aussen her anliegende Führung ausgebildet ist,wobei starre Gelenkstangen vorgesehen sind, welche die Kolbenbolzen gelenkig und kraftschlüssig umgreifen, sowie miteinander verbinden.
• Eine solche zwangsläufige, von aussen an den Kolbenbolzen angreifende Führung vermeidet in Verbindung mit der starren Ausbildung der Gelenkstangen die beschriebene Gefahr des Flatterns, sowie von Ungenauigkeiten hinsichtlich der genauen Zeitfolge der Kolbenbewegung, als auch der jeweils von den Kolben erreichten Endlage.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß je eine der mit dem festen Gehäuse verbundenen Führungen seitlich neben den Kolben und deren rotierenden Zylindergehäuse vorgesehen ist und daß jede dieser Führungen mit einer nach innen zur Kraftübettragungswelle hin gerichteten Stirnfläche von aussen an den Kolbenbolzen, bzw. deren Laufrollen anliegt. Dies erleichtert sehr die konstruktive Gestaltung und Unterbringung der Führung. Außerdem ist dadurch bei einem relativ geringen Außendurchmesser der Anordnung eine genügend große Hubhöhe der Kolben erreichbar. Auch lässt sich hierbei die Kraftübertragungswelle wesentlich leichter durchführen als bei der vorbekannten Konstruktion. Da die Kolbenbolzen somit an zwei relativ weit voneinander entfernten Stellen von der Führung erfasst werden, ist der Halt und die Führung des Kolbens wesentlich stabiler als bei der bekannten Anordnung, bei der sich diese Lagerstellen innerhalb des Kolbens befinden.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigt: Fig. 1: Einen Querschnitt durch einen Motor nach der Erfindung gem. der Linie I-I in Fig. 2 Fig. 2: einen Schnitt durch den Motor gemäß der Linie II-II in Fig. 1, wobei eine weitere Motoreinheit mit angebaut ist, Fig. 3: die Erfindung in der Ausführungsform als Kompressor, wobei die Schnitt-Ansicht analog Fig. 1 gewählt ist.
• Die Erfindung kann allgemein als Verbrennungs-Viertaktmotor, sei es als Vergaser- oder Dieselmotor, mit oder ohne Einspritzung des Treibstoffes ausgeführt werden. Besonders eignet sie sich zur Ausgestaltung von Kompressoren. Es versteht sich, daß die in einem der Ausführungsbeispiele geschilderten Merkmale und Vorteile sinngemäß auch bei dem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen sein können.
• Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit dem festen äusseren Gehäuse 1, dem darin umlaufenden Zylindergehäuse 2, den Kolben 3, der mit dem Zylindergehäuse 2 drehfest verbundenen Kraftübertragungswelle 4, sowie den nachstehend noch näher zu beschreibenden Steuerungs- und Führungsmitteln. Die Ansaugöffnung ist mit 5, die Auspufföffnung mit 6 und die Zündkerze mit 7 bezeichnet. Jeder Kolben vollführt also bei einer Umdrehung, beginnend in der in Fig. 1 gezeichneten obersten Lage, die Arbeitstakte:"Arbeiten aufgrund des sich expandierenden Gemisches", "Auspuff", "Ansaugen" und "Verdichten".
• Als zwangsläufige Führung dient hier jeweils die nach innen gerichtete Stirnfläche 8 einer ringflanschartigen Fortsetzung 9 des Gehäuses 1 (siehe Fig. 2). Die Ringfläche 8 erfasst also die Kolbenbolzen 10, bzw. deren Laufrollen 11 von aussen. Bei der hier vorgesehenen Anordnung von vier Kolben besitzt die zwangsläufige Führung etwa die Umrisse einer Ellipse 12 (siehe Fig. 1), die an den Endpunkten ihrer kurzen Achse je eine Einbuchtung 13 besitzt. Diese Führung bedingt zwangsläufig das Auseinandergehen und wieder-Zusammenkommen der sich gegenüberliegenden Kolben. Es versteht sich, daß Form und Ausgestaltung der Führung in Anpassung an die jeweils gegebenen kunstruktien Verhältnissen und die Kolbenzahl variierbar ist. Es ist ferner ersichtlich, daß hiermit die gewünschte Kolbenbewegung und damit die Lage des Gehäuses 2 zum Aussengehäuse 1 genau gesteuert wird. Durch die seitliche Anordnung der Führungen ergeben sich die schon beschriebenen konstruktiven und funktionellen Vorteile.
• Zwischen den Laufrollen 11 und den ihnen zugewandten Flächen des rotierenden Zylindergehäuses 2 befinden sich die starren Gelenkstangen 14, welche die seitlich vorragenden Kolbenbolzen 10 gelenkig und kraftschlüssig umgreifen. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die entsprechend der Kurvenform der zwangsläufigen Führung sich bewegenden Kolben bewirken ein Drehen des Zylindergehäuses 2.
• Das Gehäuse 2 ist z.B. durch eine Längsverzahnung od. dergl. mit der Welle 4 drehkraftschlüssig verbunden, so daß diese angetrieben wird. Bei Ausbildung eines Kompressors nach der Erfindung ist die Kreftflussrichtung umgekehrt. Zur Führung der Kolbenbol-1 zen 10 sind in den Seitenwandungen des Gehäuses 2 Schlitze 15 vorgesehen, die sich in Hubrichtung erstrecken. Dabei liegt das obere, zur Peripherie gerichtete Schlitzende noch unter der tiefstmöglichen Lage der oberen Kolbenfläche, da andernfalls dort die Kompression ausweichen würde.
• Das rotierende Zylindergehäuse 2 kann Ölschlitze 16 besitzen, die an ihren Austrittsöffnungen zur Innenwand des Gehäuses 1 gefederte Ölstege oder -ringe 17 besitzen, welche den Schmierstoff dosiert zuführen und zugleich die Funktion von Kolbenringen haben. Der Innenraum des Zylindergehäuses kann dazu eine Öl füllung besitzen. Das Öl wird durch einen Kühler gepumpt und dient damit gleichzeitig zur Innenkühlung. Außerdem können im äußeren Gehäuse 1 Kühlwasseröffnungen 18 vorgesehen sein.
• Es können auch mehrere Einheiten nach der trSndung auf einer gemeinsamen Kraftübertragungswelle hintereinander angeordnet sein, wie es in Fig. 2 mit zwei Einheiten dargestellt ist. Für diese Verbindung können die einander zugewandten Führungen der beiden Einheiten dienen. Im vorliegenden Beispiel sind die Einheiten über ein gemeinsames Aussengehäuse miteinander verbunden, das an seinen äusseren Stirninnenseiten (siehe Fig. 2 links) und an der Übergangsstelle 1' zwischen den beiden Einheiten jeweils als zwangsläufige Führung 8,8' und 8" ausgebildet ist. Dabei befindet sich zwischen den beiden Führungsflächen 8;8" eine Zwischenwand 19 des Gehäuses 1, die zugleich das Lager 20 für die Welle 4 trägt. Dic seitlich vorstehenden zwangsläufigen Führungen haben also eine Doppelfunktion, indem sie einerseits die Führungsmittel bilden und andererseits zur Verbindung der Einheiten miteinander dienen.
• Zur besseren Übertragung des Verbrennungsdruckes können im übrigen die Achsen 3' der Zylinderbohrungen mit der Tangentialen zu ihrer Umlaufbahn einen etwas von 900 abweichenden Winkel bilden.
• Fig. 3 zeigt die Ausführung der Erfindung bei einem Kompressor, dessen festes Aussengehäuse mit 21 bezeichnet ist. Darin läuft um das Zylindergehäuse 22 mit den Kolben 23 und den hier nicht nochmals bezifferten und beschrieben Steuerungsmitteln, da diese identisch den entsprechenden Bauteilen im Ausführungsbeispiel der Figuren 1, 2 sind.
• Bei dieser Anordnung von vier Kolben liegen sich zwei Druckanschlüsse 24,25 um 1800 versetzt am Gehäuse 21 gegenüber. Sie öffnen sich, sobald der auf den Ventilteller 26 ausgeübte Druck die Gegenkraft der Feder 27 übersteigt. Die Öffnung 28 führt je zum Druckkessel. Bei Erreichen dieser Anschlüsse besitzen die Kolben 23 ihre höchste Stellung. Von dort aus erstreckt sich in Drehrichtung über einen gewissen Winkelbereich die Ansaugöffnung 29, an die sich bis zur nächsten Anschlusstelle der Kompressionsbereich 30 anschließt. Die Kolben besitzen an der Übergangsstelle von der jeweiligen Ansaugöffnung 29 zum Kompressionsraum oder -bereich ihre tiefste Stelle. Es ist ersichtlich, daß somit ein Kolben mit einer Umdrehung der Welle zwei Arbeitshübe vollführt.
• - Ansprüche -

Claims (14)

1. Patent- und Schutzansprüche ( 1.) tompressor oder Brennkraftmaschine mit in einem festen Gehäuse umlaufenden Zylindern, deren Kolben in Richtung zu der mittig angeordneten Kraftübertragungswelle arbeiten und über eine Kurvenanordnung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe als zwangsläufige, an den Kolbenbolzen (10), bzw. den daran angebrachten Laufrollen (11) von aussen her anliegende Führung (8) ausgebildet ist, wobei starre Gelenkstangen (14) vorgesehen sind, welche die Kolbenbolzen gelenkig und kraftschlüssig umgreifen, sowie miteinander verbinden.
2. 2.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von vier Kolben die zwangsläufige Führung etwa die Umrissform einer Ellipse (12) hat, die an den Endpunkten ihrer kurzen Achse jeweils eine Einbuchtung (13) besitzt.
3. 3.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der mit dem festen Gehäuse (1) verbundenen Führungen (8) seitlich neben den Kolben (3) und deren rotierenden Zylindergehäuse (2) vorgesehen ist und daß jede dieser Führungen mit einer nach innen zur Kraftübertragungswelle (4) hin gerichteten Stirnfläche von aussen an den Kolbenbolzen (10), bzw. deren Laufrollen (11) anliegt.
4. 4.) Kompressor oder Brennkraftwaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Zylindergehäuse (2) mit der Kraftübertragungswelle (4) drehkraftschlüssig verbunden ist.
5. 5.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die starren Gelenkstangen (14) zwischen der jeweiligen Laufrollen (11) und der ihr zugewandten Fläche des rotierenden Zylindergehäuses (2) befinden.
6. 6.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Zylindergehäuses (2) zur Durchführung der Kolbenbolzen beiderseitig Schlitze (15) aufweist, die sich in Hubrichtung erstrecken, wobei das obere, zur Peripherie gerichtete Schlitzende noch unter der tiefstmöglichen Stelle der oberen Kolbenfläche liegt.
7. 7.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (3') der Zylinderbohrungen mit der Tangentialen zu ihrer Umlaufbahn einen etwas von 900 abweichenden Winkel bilden.
8. 8.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichrrot, daß mehrere Einheiten auf einer gemeinsamen Kraftübertragungswelle hintereinander angeordnet sind.
9. 9.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten über ihrer einander zugewalzten Führungen (8',8") verbunden sind.
10. 10.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, da--durch gekennzeichnet, daß die die Führungen bildenden Teile (1') der Außengehäuse der Einheiten miteinander verbunden sind.
11. 11.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei oder mehrere zueinander gehörenden Einheiten einer Welle ein gemeinsames Aussengehäuse vorgesehen ist, das an seinen Stirninnenseiten und an den Übergangsstellen zwischen zwei Einheiten jeweils als zwangsläufige Führung ausgebildet ist.
12. 12.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (8',8") einander benachbarte Führungen durch eine Zwischenwand (19) des Gehäuses (1) voneinander getrennt sind, wobei die Zwischenwand zugleich als Lager (20) für die Kraftübertragungswelle (4) ausgebildet ist.
13. 13.) Kompressor oder Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (2) Ölkanäle oder -schlitze (16) aufweist, die an den Austrittastellen durch federnd gelagerte Schmierstege oder -ringe (17) abgedeckt sind.
14. 14.) Kompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von vier Kolben, sich zwei Anschlüsse (24,25) zum Druckkessel um 1800 versetzt auf den Umfang des festen Gehäuses (21) gegenüber liegen, wobei die Kolben (23) bei Erreichen dieser Anschlüsse ihre höchsten Stellungen besitzen, daß sich in Drehrichtung des Zylindergehäuses (22) betrachtet nach diesen Anschlusstellen über einen gewissen Winkelbereich des festen Gehäuses je eine mit dem Ansaugkanal in Verbindung stehende Öffnung (29) befindet und daß der sich anschließende Winkelbereich (30) bis zum Erreichen der nächsten Anschlußstelle der Kompression dient, wobei die Kolben an der übergangsstelle von der Ansaugöffnung zum Kompressionsraum etwa ihre tiefste Stellung einnehmen.

    L e e r s e i t e