DE2106375A1

DE2106375A1 - Aus Zylinder und Kolben bestehende drehbare Einheit

Info

Publication number: DE2106375A1
Application number: DE19712106375
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Echarren Uzabel, Ricardo, Mar de! Plata, Buenos Aires (Argentinien)
Priority date: 1970-02-06
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1971-08-19
Also published as: FR2078180A5; GB1324134A

Description

DlPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ

Patentanwälte Zustelladresse:

reply to:

8 MÖNCHEN 80 (BOGENHAUSEN) 1 BERLIN 33 (DAHLEM)

KOLBERGER STRASSE 21 HOTTENWEG 15 Telefon: 0811/482704 Telefon: 0311/761303 Telegramme: Consideration Berlin

826/1354-5 DS 5. Februar 1971

Patentanmeldung

des Herrn Ricardo Echarren-Uzabel

San Luis 1830, Mar del Plata, Prov. de Buenos Aires, Argentinien

".aus Zylinder und Kolben bestehende drehbare Einheit" i

Die Erfindung bezieht sLch auf eine aus Zylinder und Kolben bestehende drehbare Einheit, die besonders zweckmäßig ist für den Bau von IPluidpumpen und -Verdichtern, Dampfmaschinen, Brennkraftmaschinen u.dgl.

Einer der Hauptnachteile von Vorrichtungen, die Kammern mit veränderbarem Volumen haben, der bis heute noch nicht völlig behoben worden ist, liegt in den Trägheitskraften, die während des

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Kolbenhubes überwunden werden müssen, wem der Kolben beim Arbeitszyklus aus einer positiven Beschleunigung in eine negative Beschleunigung übergeht. Hinzu kommen die Beanspruchungen und der Verschleiß aufgrund der veränderbaren Schräglage der Verbindungs- oder Pleuelstange, deren Betrag eine Funktion des -armes der Kurbelwelle ist, an welcher sie angebracht ist.

Bei verschiedenen Gelegenheiten zum Lösen dieser Probleme, die von denen bei umlaufenden Flugzeugmotoren, bei v/elchen sich die Zylinder drehen, während die Kolben feststehend sind, bis zu denen bei den Einheiten reichen, bei welchen ein mit besonders geformten Schaufeln versehener Rotor Kammern mit veränderbarem Volumen abgrenzt, sind die verschiedenartigsten Lösungen vorgeschlagen worden. Kürzlich ist eine Einheit mit einem in einem zylindrischen Gehäuse exzentrisch angeordneten, im wesentlichen dreieckigen Rotor bekanntgeworden, bei welchem man mit Hilfe von an den Spitzen des Rotors angebrachten, radial ausfahrbaren Schaufeln die Kammern mit veränderbarem Volumen erhält, die notwendig sind für die Kompression und Entspannung des verwendeten Fluids·

Von allen Lösungen scheint die letzte die besseren praktischen Möglichkeiten zu haben, obwohl ihre Bauweise von der erfindungsgemäßen Bauweise grundsätzlich abweicht, da bei ihr .Kammern mit veränderbarem Volumen mit Hilfe von Kolben und Zylindern erzeugt werden, die Trägheitskräfte während der Hin- und Herbewegung der Kolben und Zylinder jedoch beseitigt sind.

Eines der besonderen Merkmale der Einheit nach der Erfindung liegt in der begrenzten Anzahl der beweglichen Teile, während das grundlegende Merkmal der Einheit in der Tatsache besteht, daß sich die Zylinder und Kolben um entsprechende Wellen drehen

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und auf diese Weise die Kammern mit veränderbarem Volumen erzielt werden.

Demzufolge enthält die drehbare Einheit nach der Erfindung grundsätzlich eine Zylinderbuchse, die an ihren beiden .Stirnseiten verschlossen und mit ihrer Außenwand am Ende einer in entsprechenden Lagern frei drehbaren Welle symmetrisch angebracht ist; einen Kolben mit zwei Köpfen, der in die Zylinderbuchse aufgenommen und mit einem ländlichen Teil frei verbunden ist, das ihn mit seinem Hittelabschnitt durchragt und so angeordnet ist, I daß sich die Achse des Kolbens und die des länglichen Seiles außerdem ständig icreuzen, wobei das Teil durch die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder ermöglichende längliche öffnungen hindurch seitlich aus der Zylinderbuchse herausragt und an einem im wesentlichen ü-förmigen Teil angebracht ist, das seinerseits am -unde einer in den Lagern der ersten Welle gegenüberliegenden entsprechenden Lagern ebenfalls frei drehbaren Welle symmetrisch, angebracht ist, die Wellen zueinander parallel verlaufen, während die vorerwähnten Elemente zwischen ihren entsprechenden, sie haltenden Enden angeordnet sind, und die Zylinderbuchse mindestens einen Teil der Mittel trägt, die entsprechend der von der Einheit zu erfüllenden Aufgabe für ihr einwandfreies Arbeiten notwendig | sind.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bein Drehen der Einheit die axiale Verschiebung zwischen den beiden Wellen ihrerseits sowohl eine Verschiebung des Kolbenteiles in der Zylinderbuchse als auch eine Verschiebung des länglichen Teiles gegenüber dem Kolben erzeugt. Auf diese Weise vereinigt die Einheit zugleich sowohl eine stete Kreisbewegung (Achsendrehung) als auch eine

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durch diese Kreisbewegung (Achsendreimng) erzeugte Hin- und Herbewegung miteinander, wobei der Kolben einer Bewegungsbahn folgt, deren Üesultanbe eine von der Kreisform nur geringfügig abwei-

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chende geometrische Form hat, so daß auf diese Weise die bekannten, durch die sich aus geradlinigen Hin- und Herbewegungen ergebenden Trägheitskräfte gestellten Probleme behoben werden.

Aus dem Vorstehenden läßt sich ableiten, * daß, wie vorstehend erörtert, die Einheit eine angetriebene Einheit, wie beispielsweise eine Saug- und Druckpumpe oder einen pneumatischen Verdichter, bilden kann, jedoch kann sie auch eine Antriebseinheit, wie beispielsweise eine hydraulische Kraftmaschine oder eine Brennkraftmaschine nach dem Otto- oder Dieselverfahren, sein.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung hat deshalb seinen Ursprung in der Tatsache, daß es nur vier bewegliche Haupt teile gibt, von welchen zwei mit umlaufenden Wellen in Zusammenhang stehen, die ihrerseits die anderen beiden beweglichen Teile bilden. Dieses Merkmal bedeutet das Fehlen eines Schwungrades, einer Kurbelwelle, von Verbindungs- oder Pleuelstangen, eines Kurbelgehäuses usw. und führt zu einer äußerst leichten und gedrungenen Einheit, die als Antriebseinheit ein hervorragendes Kraft-Gewicht-Verhältnis bieten kann.

Das Vorstehende wird besonders offensichtlich für Ausführungen nach dem Dieselverfahren als nicht übliche Kraftmaschine ohne Verbindungs- oder Pleuelstangen und mit Zylindern, die auf einer freien "./eile drehbar sind, bei welcher das Drehmoment unterschiedslos auftritt und bei welcher die Kolben und die Zylinder nicht der veränderbaren Schräglage unterworfen sind, welchen die Verbindungs- oder Pleuelstangen üblicher Kraftmaschinen ausgesetzt sind. Folglich benötigen im vorliegenden Falle die Kolben keinen Mantel mit einer wie üblich für den über die gesamte Wand des Zylinders ausgeübten Druck angemessenen seitlichen Stützfläche, sondern es genügen einfache, mit den jeweiligen einander

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gegenüberliegenden Köpfen der Kolben verbundene Gleitführungen, während die Breite der Köpfe lediglich dem von ihnen auszuhaltenden Druck entsprechen muß.

Dies alles läßt eine völlig neuartige Konstruktion der verwendeten (einwirkenden) Elemente zu bei Ergebnissen, die bisher, sofern sie sich auf das Gewicht, die Wärmeableitung und sonstige den Kraftmaschinen üblicher Bauart gemeinsame kinetische und mechanische Probleme bezogen, nicht voraussagbar waren.

Wie sich aus der vorstehenden generellen baulichen Beschreibung ergibt, läßt die Einheit bezüglich der verwendbaren Anzahl von Zylindern und Kolben verschiedene Ausführungen zu.

Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform kann der Doppelkolben nämlich in eine Zylinderbuchse aufgenommen werden, während das längliche ^uerteil oder die Gleitstange mit ihren Enden an einem gegabelten Teil angebracht sein kann, das in seinem Mittelabschnitt mit einer zweiten Welle verbunden ist. Auf diese V/eise werden zwei Kammern mit veränderbarem Volumen gebildet, und zwar je eine an jedem Ende der Zylinderbuchse.

Gemäß einer anderen üusführungsform der Erfindung ist das gegabelte Seil als zweite Zylinderbuchse ausgebildet, die mit ihrer Außenwand an die zweite Welle angeschlossen ist, während die Gleitstange einen zweiten Doppelkolben bildet, der in den Zylinder aufgenommen ist und in seinem Mittelabschnitt mit dem ersten Kolben verbunden ist, wobei die Längsachsen beider Kolben sich in einem gemeinsamen Mittelpunkt von ihnen rechtwinklich kreuzen, während die Längsbewegung der Kolben in ihren jeweiligen Zylindern durch entsprechende Öffnungen in den Jänden der Zylinder gewährleistet ist. Demzufolge hat diese Ausfuhrurigaform vier

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Kammern mit veränderbares Volumen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seite ansieht einer Einheit nach der Erfindung

mit einer einzigen Zylinderbuchse und einem -Doppelkolben, in scheiaatischer Darstellung %

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1§ Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie HI-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Einheit in schematischer Darstellung;

Fig. 5 einen Längsschnitt nach, der Linie V-V in Fig. 2§

Fig. 6 die Einheit nach Fig. 5 in ihrer gegenüber Fig. 5 ^m 90 gedrehten Lage5

Fig. 7 ^un<3. 8 zwei Stellungen der Einheit bei ihrer Verwendung als fe Brennkraftmaschinej

Fig. 9 eine perspektivische -<n.sicht der Einheit mit zw^i Zylinderbuchsen und entsprechenden Doppelkolben;

Fig.10 einen Schnitt durch, die Einheit nach Fig. 9 und Fig.11 eine .aufsieht auf die -einheit.

In den vorgenannten ^eicfinungofi^uren bedeuten gleiche 3ezu£s-

zeiciiö:i gleiche ode χ¹ entsprechende iiieile.

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Gemäß der in Fig. 1 bis 8 schematised, dargestellten ersten Ausfiihrungsform der Erfindung gehört zu ihren wesentlichen Bestandteilen eine Zylinderbuchse 1, die sextlich mit ihrem Mittelabschnitt am ^nde einer Welle 2 angebracht ist, die sich in einem Lager 5 dreiit. Die-'? "■ - ■· -⁷erbuchse weist zwei einander gegenüberliegende sein....?iie öffnungen 4- auf, die in Längsrichtung länglich ausgebildet sind, während ihre Stirnseiten jeweils durch einen Deckel I¹ bzw. 1" verschlossen sind«

In der äylinderbuc-ise ist ein Holbanteil 5 aü-t zwei wirksamen λ Köpfen 6 angeordnet, dessen Körper von einer Gleitstange 7 durchragt ist, deren Achse mit der Symmetriequerachse des Kolbens zusammenfällt, die ihrerseits zu der die Zylinderbuchse 1 tragenden V/elle 2 lotrecht verläuft. Die Gleitstange 7 ragt durch die seitlichen Öffnungen 4- hindurch aus der Zylinderbuchse heraus und ist mit ihren Enden an den Enden eines U-förmigen Seiles 8 fest angebracht, dessen Mittelteil mit dem Ende einer in einem Lager 10 drehbaren iielle 9 verbunden ist, die zu der ersten iVelle 2 parallel verläuft. Der Körper des Kolbens 5 kann in jeder zum Aushalten der beim Arbeiten der Einheit auf die Kolbenköpfe 6 übertragenen Drücke passenden und angemessenen weise ausgebildet sein. Eine geeignete, obwohl nicht einzige ., Bauweise ist aus Fig» 3 ersichtlich, nach welcher der Kolbenkör- f per mindestens eine Längsrippe 11 und vier symmetrisch angeordnete Führungen 12 besitzt, die gegen die Innenwand der Zylinderbuchse 1 anliegen. Auf diese ϊ/eise bildet der Körper des Kolbens 5 sin hinreichendes "Teil zur zufriedenstellenden Ableitung der durch das Verdichten von Fluiden und/oder die Explosion der Gasgemische in den Hämmern mit veränderbarem Volumen entwickel

Biese mit IJ und 14- bezeichneten Kammern sind durch die Seitender Zylinderbuchse 1, die Deckel I¹ und 1" sowie die

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Stirnflachen der Kolbenköpfe 6 abgegrenzt. Die Deckel I¹ und 1" und/oder die Wände der Zylinderbuchse 1 können Düsen für den Zulaß und den Auspuff bzw. Auslaß der Fluide sowie jedes andere für das einwandfreie Arbeiten der Einheit gemäß der ihr zugedachten Aufgabe notwendige .Clement tragen.

Das einwandfreie Arbeiten der Einheit wird durch zwei für die Erfindung wesentliche bauliche Merkmale, und zwar durch den Abstand zwischen den in einer gemeinsamen Ebene liegenden "wellen 2 und 9 uncL durch die Bevjegung der Zylinder-Kolben-Kombination entlang der Stange 7 gewährleistet. Diese Merkmale ermöglichen nämlich die freie Drehbewegung der Einheit um die Wellen 2 und 9» während zugleich zwei .rtelativbewegungen stattfinden, von welchen eine die des Kolbens in dem Zylinder ist, die, wenn beide gegenüber der üusgangslage in eine Winkellage von gebracht werden, den Kolben als auf der Hälfte seines Hubes verstellt zeigt, während sich beide zugleich entlang der dann eine senkrechte Lage einnehmenden Stange 7 bewegt haben, bis sie einen Punkt nahe an dem an dem U-förmigen Teil 8 befestigten Ende erreichen. Diese beiden Bewegungen sind deutlich aus Fig.8 ■bzw. 6 ersichtlich. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich eine der Kammern mit veränderbarem Volumen in ihrem Expansionstakt, während die andere Kammer sich in ihrem Verdichtungstakt befindet.

Venn die Einheit gegenüber der Ausgangslage eine 180°-Stellung einnimmt, befindet sich der Kolben am Ende seines Hubes und kehrt die Zylinder-Kolben-Kombination in die Mittelstellung auf der Stange 7 zurück, wobei somit die Expansions- und Verdichtungstakte der Kammern mit veränderbarem Volumen zu Ende geführt werden. Die gleichen Verstellungen werden bei der nachfolgenden Drehung von 180° natürlich wiederholt, was bedeutet, daß der Kolben für jede Drehung der Einheit von 360° zwei vollständige Hübe ausgeführt hat.

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Das Vorstehende bedeutet, daß, sofern die Einheit eine Pumpe, einen Verdichter od.dgl. bildet, es zwei Einlaßphasen und zwei Auslaßphasen gibt, während, sofern sie eine wie in S¹Ig.7 und 8 dargestellte Brennkraftmaschine bildet, die Phasen der Otto- oder Dieselmotoren-Arbeitszyklen erfüllt sind.

Fig. 9 bis 11 zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung, nach welcher in der Einheit vier Kammern mit veränderbarem Volumen vorhanden sind.

Dies wird erreicht, indem das Teil 8 durch eine an ihren Stirnseiten mit entsprechenden Deckeln 15' und 15" verschlossene zweite Zylinderbuchse 15 ersetzt wird, während die Stange 7 durch einen zu dem ersten Kolben 5 lotrecht mit ihm verbundenen zweiten Kolben 16 ersetzt wird. Die öffnungen 4 der Zylinderbuchse werden ihrerseits seitlich zusammengefügt, so daß sie eine Öffnung 4¹ bilden, die in der Seitenwand der Zylinderbuchse eine mehr als 180° betragende Winkelbreite bestreicht und der Stelle gegenüberliegt, an welcher die Zylinderbuchse am Ende der Welle 2 angebracht ist. Eine entsprechende und der Öffnung 4¹ gegenüberliegende Öffnung 4" ist in der Zylinderbuchse 15 vorhanden.

Auf diese V/eise wird ein kreuzförmiges Bauteil gebildet, das zwei

an
Zylinderbuchsen hat, die/entsprechende, in einer gemeinsamen Ebene liegende und zueinander parallele umlaufende Wellen angeschlossen sind, wobei die Zylinderbuchsen je einen Kolben mit zwei wirksamen Köpfen aufnehmen, während beide Kolben bei sich lotrecht kreuzenden Längsachsen mit ihrem Mittelteil starr zusammengefügt sind.

Die Arbeitszyklen dieser Einheit sind die gleichen wie die der vorstehend beschriebenen Einheit mit der selbstverständlichen

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Ausnahme, daß sie durch das Vorhandensein des erwähnten zweiten wirksamen Teiles verdoppelt werden. Aus Fig.10 ist ersichtlich, daß auf diese V/eise, während der Zylinder 1 und der Kolben 5 eine mit der Lage nach Fig. 2 und 7 übereinstimmende senkrechte Lage einnehmen, der Kolben 16 sich, in dem Zylinder 15 so bewegt hat, daß er eine Mittelhubstellung entsprechend der in Fig. 8 dargestellten einnimmt.

-^iine 9O⁰- oder Vierteldrehung der Einheit bringt den Kolben in eine Maximalhubstellung, während der Kolben 5 eine Mittelhubstellung einnimmt usw.

Deshalb kann diese Einheit die gleichen Aufgaben erfüllen wie die vorstehend beschriebene, jedoch bei Verdopplung der Absperrung.

Als bauliche Alternative kann mindestens eine der Wellen 2 und exzentrisch an einer Buchse angebracht seiji, die in ihrem entsprechenden Halter winklig angeordnet ist. Auf diese V/eise läßt sich der Hub des Kolbens regulieren, wobei sogar, wenn die Exzentrizität gleich dem wechselseitigen Abstand zwischen den beiden Wellen ist, der Hub gewünsentenfalls völlig aufgehoben werden kann.

Das Vorstehende ist auf den erfinderischen Grundgedanken und die grundlegenden Bauteile zu seiner Ausführung zurückzuführen, wobei klar ist, daß die zum einwandfreien Arbeiten der Einheit bei ihren verschiedenen Verwendungen beitragenden Vorrichtungen und Zubehörmittel von üblicher Bauart oder zu diesem Zweck besonders entwickelt sein können, jedoch keinen Bestandteil des Hauptgegenstandes der Erfindung bilden.

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Claims

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Telegramme: Consideration Berlin

826/13545 DE 5. Februar 1971

Patentanmeldung

des Herrn

.Ricardo Echarren-Uzabel,

dan Luis 18J0, Mar del Ilata,

Prov. de Buenos Aires,

Argentinien -

Patentansprüche :

ι Aus Zylinder und Kolben bestehende drehbare Einheit, gekennzeichnet durch eine Zylinderbuchse (l), die an ihren beiden Stirnseiten verschlossen und am Ende einer in entsprechenden Lagern (3) frei drehbaren Welle (2) symmetrisch angebracht ist, einen Doppelkopf kolben (5)» <isr in die Zylinderbuchse (l) aufgenommen und in Querrichtung mit einem länglichen Teil (7) verbunden ist, das ihn mit seinem Mittelteil durchragt und so angeordnet ist, daß sich die Längsachse des Kolbens und des länglichen Teiles ständig kreuzen, wobei das Teil (7) durch die Bewegung des Kolbens (5) in dem Zylinder (l) ermöglichende längliche öffnungen (4) seitlich aus der Zylinderbuchse (l) herausragt und an einem im wesentlichen U-förmigen Teil (8) angebracht ist, das seinerseits am Ende einer in den Lagern (3) der ersten Welle (2) gegenüberliegenden entsprechenden Lagern (10) ebenfalls frei drehbaren

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welle (9) symmetrisch angebracht ist, die Wellen (2,9) zueinander parallel verlaufen, während die vorerwähnten Elemente zwischen ihren entsprechenden, sie haltenden Enden angeordnet sind, und die Zylinderbuchse (l) mindestens einen Teil der Mittel trägt, die entsprechend der von der Einheit zu erfüllenden Aufgabe für ihr einwandfreies Arbeiten notwendig sind.

2· Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolben (5) durchragende längliche Teil aus einer Gleitstange (7) gebildet ist, die mit ihren Enden an den Schenkeln des U-förmigen Teiles (8) angebracht ist.

3. Einheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß mindestens eine der die drehbaren Teile (1,5) tragenden «/eilen (2,9) exzentrisch an einer Buchse angebracht ist, die in ihrem entsprechenden Halter winklig angeordnet sein kann.

4. ^US Zylindern und Kolben bestehende drehbare Einheit, gekennzeichnet durch eine erste Zylinderbuchse (l), die an ihren beiden Stirnseiten verschlossen und am Ende einer in entsprechenden Lagern (5) frei drehbaren ersten Welle (2) symmetrisch angebracht ist, eine zweite Zylinderbuchse (15)» die an ihren beiden Stirnseiten verschlossen und am Ende einer in den Lagern (3) der ersten Welle (2) gegenüberliegenden entsprechenden Lagern (lO) ebenfalls frei drehbaren, zu der ersten welle (2) parallelen zweiten Welle (9) symmetrisch angebracht ist, und durch zwei mit ihren Hittelabschnitten bei sich kreuzenden Längsachsen lotrecht zueinander zusammengefügte Doppelkopfkolben (5»16), die Jeweils in eine der Zylinderbuchsen (1,15) aufgenommen sind, die in ihren Wänden die Längsverschiebung der Kolben (5,16) in den Zylinderbuchsen (1,15) ermöglichende, einander gegenüberliegende Öffnungen (4¹, 4") aufweisen, wobei die

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Zylinderbuchsen zumindest einen Teil der Mittel tragen, die entsprechend der von der Einheit zu erfüllenden Aufgabe für ihr einwandfreies Arbeiten notwendig sind.

5. -Einheit nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der die drehbaren Teile (1,5» 15»16) tragenden Wellen (2,9) exzentrisch an einer Buchse angebracht ist, die in ihrem entsprechenden Halter winklig angeordnet sein kann.

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