DE234000C

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Publication number: DE234000C
Application number: DENDAT234000D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 234000 KLASSE 46 h. GRUPPE

Steuerung für Explosionskraftmaschinen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Februar 1910 ab.

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, bei welcher die Verteilung durch den Kolben selbst bewirkt wird, der während seiner Hin- und Herbewegung eine Drehbewegung ausführt, die ihm durch die Motorwelle mitgeteilt wird. Letzteres erfolgt mittels eines Zahnrades, das auf den Zapfen der Kurbelwelle aufgekeilt ist und mit einem Zahnrad in Eingriff steht, dessen Nabe mittels eines Kardan- oder Drehgelenkes

ίο am Arbeitskolben angreift.

Bei Viertaktmotoren berechnet sich das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder derart, daß der Kolben während einer zweimaligen Hin- und Herbewegung eine einmalige Drehbewegung ausführt.

Der Kolben ist an der Seite mit einem Ausschnitt versehen, der einen nach dem Innern des Kolbens führenden Kanal bildet und auf der Oberseite des Kolbens ausmündet, welcher Kanal zu den gegebenen Zeitpunkten mit dem Ein- und Auslaß in Verbindung gesetzt wird. Um die Öffnungen für den Gas- und Lufteinlaß einerseits und für den Auspuff andererseits hinreichend lange offen erhalten zu können, kann die Ausmündung des Kolbenkanals durch eine auf der Umfläche des Kolbens vorgesehene Nut oder Rinne gebildet sein, welche aus zwei je über den vierten Teil der Kolbenumfläche sich erstreckenden symmetrischen Zweigen besteht, die nach entgegengesetzt gerichteten Schraubenlinien geführt sind, derart, daß sie sich-in der Aufrißdarstellung etwa in der Form einer Sinuslinie projizieren; der Kolbenkanal mündet in die Nut oder Rinne in deren Scheitel, d. h. an der Stelle, wo die beiden Zweige zusammenstoßen. Außerdem ist der eigentliche Kolben aus zwei Teilen gebildet, von denen der innere nur an der Hin- und Herbewegung teilnimmt, während der äußere außerdem eine Drehbewegung ausführt. Der letztere bildet den eigentlichen Kolben, der im oberen Teil, in seinem Boden, eine Öffnung aufweist, die während der Kolbendrehung bald mit einer im inneren Kolbenteile vorgesehenen Einlaßöfl· nung, bald mit der in demselben Kolbenteile vorgesehenen Auslaßöffnung in Verbindung steht, welche beiden Öffnungen in eine Kammer münden, die mit der oben erwähnten, auf der Umfläche des äußeren Kolbenteiles vorgesehenen, nach Schraubenlinien geführten Nut oder Rinne in Verbindung steht. Nachstehend ist die Anordnung in Verbindung mit einem Viertaktmotor beschrieben, der auf den. Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Fig. ι und 2 sind zwei verschiedene senkrechte Schnitte durch den Motor.

Fig. 3 zeigt die Versetzung des Kolbens innerhalb eines vollen Arbeitsganges.

Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen in Oberansicht die verschiedenen Arbeitsstellungen des Kolbens.

Fig. 8 ist eine Außenansicht des Kolbens, gegen die in die Form einer Sinuslinie sich projizierende Nut oder Auskehlung gesehen.

Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch den Kolben, welcher die Herstellungsweise der Auskehlung ersichtlich macht.

Fig. 10 zeigt die Abwicklung einer gepreßten Metallschablone, die zur Herstellung der Auskehlung dient.

Fig. Ii ist ein Schnitt durch die Schablone nach Linie x-x der Fig. io.

Wie bereits gesagt, besteht der Kolben aus zwei Teilen, einem äußeren Teile A, der mit Segmenten B versehen ist und dessen Boden C eine öffnung α aufweist. Dieser Teil führt eine Hin- und Herbewegung aus und in der gleichen Zeit eine halbe Umdrehung, so daß auf zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eine volle Umdrehung des Kolbens entfällt. Im Inneren des Teiles A befindet sich der innere Kolbenteil D, der eine Scheibe E aufweist, auf welcher der. Bodenteil C des äußeren Kolbenteiles A sich drehen kann.

Die Scheibe E besitzt zwei Öffnungen, eine Einlaßöffnung d und eine Auslaßöffnung c, die kreisrunde oder andere Gestalt haben können, je nach Erfordernis. Der innere Teil D ist um ein Mittelstück herum ausgespart, so daß eine ringförmige Kammer b entsteht, die sich um das Mittelstück herum erstreckt. Außerdem ist der Teil D mit einer Hülse e versehen für einen Zapfen f, auf dem das Auge g der Pleuelstange h befestigt ist, die am Zapfen i der Kurbeiwelle ;' angreift.

Die Drehbewegung des äußeren Kolbenteiles A wird bewirkt mittels eines Kegelrades K, das auf dem Zapfen der Kurbelwelle j aufgekeilt ist und mit einem größeren Kegelrad / kämmt, welches auf einer Hülse oder hohlen Stange m befestigt ist. Diese kann sich frei um die'Pleuelstange h drehen und ist an zwei zylindrischen Teilen, die sich am oberen und unteren Ende der Stange befinden, geführt. Am oberen Ende der Hülse m ist eine Gabel η befestigt, die mit zwei mit runden Köpfen p versehenen Gleitzapfen 0 in gerade Längsschlitze q der zylindrischen Wandung des äußeren Kolbenteiles A eingreift. Die kugelige Form des Kopfes der Gleitzapfen gestattet der Pleuelstange, um eine Achse zu schwingen, die senkrecht steht, zu der durch die beiden Zapfen 0 gedachten Achse, so daß durch diese Art der Verbindung ein Kardangelenk geschaffen ist, welches die gegenseitigen Bewegungen der Hülse m und des äußeren Kolbenteiles A bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens ermöglicht.

Der Teil A enthält eine in Form einer Schraubenlinie verlaufende Auskehlung, deren Abwicklung in Fig. 3 dargestellt ist. Jeder Zweig dieser Auskehlung, die beide im entgegengesetzten Sinne zur Kolbenachse geneigt sind, erstreckt sich über den vierten Teil der Kolbenumfläche, und zwar zwischen einem gegenüber dem Bodenteil des Zylinders befindlichen Punkt und einem tiefer gelegenen, in gleicher Höhe mit dem Einlaß F und dem Auslaß G befindlichen Punkt. Die letztgenannten beiden öffnungen sind symmetrisch in der Wandung des Zylinders angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Scheitel der Auskehlung ist durchgebrochen und mündet in die Kammer b des inneren Kolbenteiles D, und zwar an einer solchen Stelle des Kolbenumfanges, daß die Mittelachsen der Durchbrechung und der Oftnung α des äußeren Zylinderteiles zusammenfallen.

Die öffnungen d für Einlaß und c für Auslaß, die sich in dem inneren, nicht drehbaren Teil des Arbeitskolbens befinden, nehmen eine ungefahr symmetrische Stellung ein mit Bezug auf die genannte senkrechte Ebene y-y (Fig. 2, 3 und 4), die senkrecht steht zur Ebene z-z, in welcher die öffnungen F und G des Zylinders für Ein- und Auslaß sich befinden.

Zwecks Herstellung des mit der Auskehlung versehenen äußeren Teiles des Kolbens empfiehlt es sich, diesen mehrteilig auszubilden. Man beginnt damit, daß man in den äußeren Teil (Fig. 8) eine wie oben angegeben gestaltete Rinne oder Ausnehmung mit zwei Zweigen K einschneidet, worauf man in das Innere ein zylindrisches Futter L (Fig. 9) einsetzt, das ebenfalls mit einem entsprechenden Ausschnitt und einem Bodenteil versehen ist, mit welchem es gegen den unteren Teil des Kolbenteiles D anliegt. Zwischen dieses Futter L und den Teil K ist ein gepreßtes Blech M eingesetzt, das die Auskehlung enthält, und welches in Fig. 10 in Abwicklung und in Fig. 11 im Querschnitt dargestellt und mit Auflagern JV versehen ist. Dieses Blech JV wird so gerollt, daß es nach einer zylindrischen Fläche gekrümmt ist, worauf es in den Kolben eingesetzt wird. Auf diese Weise vermeidet man das schwierige Einformen der Rinne oder Ausnehmungen in einem aus Guß bestehenden Kolben.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende:

Wie in Fig. 4 und im Diagramm der Fig. 3 dargestellt ist, kommt die Öffnung a, wenn sich der Kolben oben, am Ende der Auslaßperiode und zu Beginn der Ansaugperiode der ersten Phase befindet, beim Niedergang und der hierbei stattfindenden Drehung in Richtung des Pfeiles H zum Decken mit der Einlaßöffnung d des inneren Kolbenteiles D, und gleichzeitig geht der untere Teil des linken Zweiges I¹ der Auskehlung vor der Einlaßöffnung F des Arbeitszylinders vorbei. Während der ganzen Zeit des ersten Viertels der Drehung des Kolbens (Fig. 4) decken sich die Öffnungen a und d mehr oder weniger vollständig, und die Einlaßöffnung F wird durch den linken Zweig I¹ der Auskehlung vollständig freigelegt. Am Ende dieser Viertelumdrehung deckt sich die öffnung α nicht mehr mit der öffnung d und infolgedessen ist jede Verbindung zwischen dem Innenraum des Zylinders und der Einlaßöffnung F aufgehoben, sowie auch mit der Auslaßöffnung G.

Während der ganzen halben Umdrehung (Fig. 5), die dem ersten Viertel der Drehung

des Kolbens folgt, ist diese Verbindung immer noch aufgehoben, obgleich die Auskehlung durch ihren rechten Zweig /² und dann durch ihren linken Zweig P mit der Einlaßöffnung zum Decken gelangt. Dies sind die beiden Phasen 2 und 3 der halben Kolbendrehung, von denen jede auf eine Viertelumdrehung kommt und die zusammen dem einmaligen Auf- und Niedergang des Kolbens entsprechen. Sie sind in Fig. 5 und 6 dargestellt und können in Fig. 3 verfolgt werden.

Während des letzten Viertels der Kolbendrehung gelangt die Öffnung α mit der Auslaßöffnung c des inneren Kolbenteiles D zur Deckung, während zu derselben Zeit der rechte Zweig J² der Auskehlung die Auslaßöffnung G freilegt, so daß während dieser letzten Vierteldrehung des Kolbens, entsprechend der Phase 4 der Fig. 3, die Verbrennungsrückstände frei aus dem Zylinder austreten können (Fig. 7).

Aus obigem ergibt sich, daß durch vorliegende Einrichtung in vollkommener Weise die Verteilung des Gases bei einem Viertaktmotor durchgeführt werden kann, indem man während der ersten Vierteldrehung des Kolbens das Gasgemisch ansaugt, während der folgenden halben Umdrehung jede Verbindung zwischen dem Zylinderinnern und der Außenseite aufhebt und während der letzten Vierteldrehung das Zylinderinnere mit der Atmosphäre in Verbindung bringt.

Natürlich läßt sich das vorliegende System der Verteilung auch bei Zweitaktmotoren anwenden, muß dann aber entsprechend geändert werden; der Kolben muß sich in diesem Falle mit größerer Geschwindigkeit drehen und eine volle Umdrehung pro Umdrehung der Kurbelwelle ausführen.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Steuerung für Explosionskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus zwei ineinander gesteckten Teilen besteht, von denen der innere (D) eine Hin- und Herbewegung und der äußere (A) neben dieser eine Drehbewegung ausführt, wobei im letzteren eine aus zwei Zweigen bestehende schraubenförmig gewundene Nut angebracht ist, die am Scheitel in einen im Kolben vorgesehenen Hohlraum (b) mündet, dessen Boden zwei dem Ein- und Auslaß entsprechende Öffnungen (c, d) besitzt, welche mit einer im Boden (C) des äußeren Kolbenteiles vorgesehenen Öffnung (a) in Deckung treten, während die im Arbeitszylinder vorgesehenen Gasein- bzw. -auslaßöffnungen (F, G) sich mit den Zweigen der Auskehlung des äußeren Kolbenteiles decken.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des äußeren Kolbenteiles (A) von einem auf dem Zapfen (i) der Kurbelwelle sitzenden Kegelrad (k) aus erfolgt, in welches ein Kegelrad (I) einer die Pleuelstange umschließenden und auf dieser geführten Hülse (m) eingreift, deren entgegengesetztes Ende gabelförmig gestaltet ist und mit Gleitzapfen (0) in Längsschlitze (q) des äußeren Kolbenteiles (A) eingreift.
3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (h) mittels eines Zapfens (f) an einer am inneren Kolbenteil (D) vorgesehenen Hülse (β) befestigt ist.
4. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil des Kolbens aus drei Teilen besteht, von denen der äußere mit einer schraubenlinienartig gewundenen Ausnehmung (K) versehen ist, während der innere ein Futter (L) bildet, das ebenfalls mit einer solchen, jedoch weniger hohen Nut versehen und in den äußeren Teil eingeschoben ist, während der dritte Teil (M), der zwischen die erstgenannten beiden Teile eingesetzt und mittels seitlicher Auflager darin festgehalten ist, die schraubenlinienartig gewundene Auskehlung aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.