DE239363C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 239363 -KLASSE 46«. GRUPPE

Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylinderpaaren.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Oktober 1909 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen, bei denen eine Anzahl Zylinder nebeneinander angeordnet sind, von denen jeder ein Paar Kolben enthält, die kreuzweise mit den entgegengesetzten Kolben des Nachbarzylinders verbunden sind, und die sich gegenläufig und in solcher Reihenfolge bewegen, daß eine Explosion zwischen den Kolben des einen Zylinders gleichzeitig die Kolben

ίο des anderen Zylinders zusammenführt, so daß die Ladung in diesem Zylinder für die nachfolgende Explosion verdichtet wird..

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Maschinen zu bauen, die über Kreuz verbundene Kolben aufweisen,, die sich in'der erwähnten Reihenfolge bewegen. Bei diesen Maschinen sind indessen die Zylinder paarweise tandemartig angeordnet, wodurch ermöglicht wird, daß durch eine Explosion in einem Zylinder des einen Paares alle vier kreuzweise miteinander verbundenen Kolben unmittelbar und unabhängig von der Kurbelwelle betätigt werden. Dies ist aber ein bedeutender Vorteil, der bei den bisher gebauten Maschinen mit nebeneinander liegenden Zylindern nicht erreichbar war. Außerdem sind Tandemmaschinen nicht nur teuer und schwer im Vergleich mit der arideren beschriebenen Art von Maschinen, sondern die Trägheit der hin und her gehenden Teile ist bedeutend größer, was aber zur Er-

- zielung einer hohen Geschwindigkeit nachteilig ist.

Durch die Erfindung ist eine Maschineneinheit geschaffen, die nicht nur frei von den Nachteilen der beiden erwähnten Maschinen-. arten ist, sondern auch einen kleineren Raum als diese einnimmt. Zu diesem Zweck sind die Zylinderpaare so dicht nebeneinander gestellt, daß sie sich nahezu berühren, während die Kolben über Kreuz durch schräge Seitenstangenpaare miteinander verbunden sind, die mit Kreuzköpfen versehen sind, die in rechtwinklig zu der Welle liegenden Ebenen angeordnet sind und einem Druck widerstehen können, der in der die Achsen der Kurbelwelle und der Zylinder enthaltenden Ebene ausgeübt, wird. Die Kreuzköpfe an den oberen Enden der beiden Paare der sich kreuzenden Verbindungsstangen drücken hierbei gegen gegenüberliegende Seiten einer beiden gemeinsamen Führung oder gegen aufwärts gerichtete röhrenartige Fortsätze der Zylinder, so daß sie dem Druck widerstehen, der in der die Achse der Kurbelwelle und der Zylinder enthaltenden Ebene auf sie ausgeübt wird.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. ι der Zeichnung zeigt die Maschine teils in Seitenansicht, teils im Vertikalschnitt nach Linie A-A in Fig. 2, während

Fig. 2 die Maschine teils im Vertikalschnitt nach Linie Α^λ-Α^χ in Fig. 1 und teils in Ansicht darstellt.

Bei diesem Beispiel umfaßt jede Maschineneinheit zwei vertikale Zylinder a, b, deren jeder an beiden Enden offen ist und einen Ring von Auspufföffnungen c in der Wandung hat, der näher dem Oberende als dem Unterende liegt; ferner ist ein Ring von Lufteinlaßöffnungen d in jedem Zylinder vorgesehen, der aber näher dem Unterende als dem Oberende liegt. Die beiden Zylinder sind in einem Gehäuse oder

in Gehäusen e untergebracht, welche einen Wassermantel bilden, dessen oberer Teil mit einem geeigneten Kanal oder einer Kammer f zur. Aufnahme und Fortleitung der Auspuffgase aus den beiden Zylindern versehen ist, und dessen unterer Teil in ähnlicher Weise eine Kammer oder einen Kanal g besitzt, der in Verbindung mit den Lufteinlaßöffnungen d der Zylinder steht. Die Kammer oder der

ίο Kanal g für die Luft dient für beide Einheiten gemeinschaftlich und, ist zweckmäßig mit derselben Druckluft quelle verbunden, welche am einfachsten aus einem Ventilator oder einem ein- oder mehrstufigen Gebläse bekannter Bauart besteht, welches unabhängig durch einen Elektromotor oder in anderer Weise angetrieben wird. Die beiden Zylinder α und b sind mit vier Kolben mit hohlen Körpern versehen, die derart angeordnet sind, daß sie über die Öffnungen c, d in den Zylindern in richtiger Reihenfolge hinweggleiten. In dem Zylinder α sind h und i der obere bzw. untere Kolben, während in dem Zylinder b der obere Kolben f und der untere Kolben h sich befindet.

Jeder der Kolben ist mit einem Kreuzkopf m o. dgl. verbunden; der Kreuzkopf des Kolbens h ist durch ein Paar äußerer Diagonalstangen η mit dem Kreuzkopf des Kolbens k verbunden, und der Kreuzkopf des Kolbens j ist in gleicher Weise durch ein weiteres Paar äußerer Diagonälstangen n¹ mit dem Kreuzkopf des Kolbens i verbunden. Je zwei an einer Maschinenseite befindliche Stangen n, n¹ kreuzen einander, wie in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellt ist. Die oberen Kreuzköpfe m können, wie gezeichnet, von einer Stange oder einem Balken gebildet werden, dessen Enden z. B. durch Anordnung von Augen m¹ derart ausgebildet sind, daß die oberen Enden von zwei der vier Diagonal Verbindungsstangen n, ri¹ daran befestigt werden können. Jeder der unteren Kreuzköpfe m ist mit Gleitschuhen 0 o. dgl. verbunden, die zwischen Führungen ft des Maschinenrahmens g gleiten und mit Augen m¹ versehen sind, in denen die unteren Enden der entsprechenden Diagonalstangen η und n¹ befestigt sind. Jeder der zwei Schubstangen r für die beiden Kurbeln s kann, wie gezeichnet, in bequemer Weise mit einem BoI-zen t verbunden werden, der in Lagern des entsprechenden Kreuzkopfes m gelagert ist, wobei der letztere mit dem zugehörigen Kolben i oder k in der Weise, z. B. durch Bolzen^ verbunden ist, daß er erforderlichenfalls leicht abgenommen werden kann. Am oberen Teil des Gehäuses e ist eine mittlere, aufwärts sich erstreckende Verlängerung oder Führung u angeordnet, deren entgegengesetzte Seiten als seitliche Tragflächen für Gleitschuhe ν ■ an den Kreuzköpfen m der oberen Kolben h und j während des Arbeitens der Maschinen dienen.

Die beiden Verlängerungen u können in geeigneter Weise, z. B. durch einen Rahmen u¹, zusammengehalten werden. Die Führungen ft für die unteren Kreuzköpfe m und Gleitschuhe 0 dienen zur Aufnahme der seitlichen Drücke, die von den Schubstangen r und den schrägen Seitenstangen n, n¹ herrühren, während die oberen Führungen oder Verlängerungen u dazu dienen, alle etwa auftretenden positiveri oder negativen Drücke auf die Gleitschuhe ν aufzunehmen. Zu diesem Zweck sind die Führungen oder Verlängerungen mit vertikalen Nuten versehen, in denen die Gleitschuhe laufen. Bei allen außer geringen Geschwindigkeiten ist die Beschleunigung der oberen Kolben h und j und ihre Kreuzköpfe m zusammen mit dem auf die Kolben wirkenden Treibmitteldruck genügend, um die Seitenstangen n, n¹ stets in Spannung und den Druck der Gleitschuhe ν stets gleichgerichtet zu erhalten, nämlich nach innen gegen die Führungen oder Verlängerungen u. Die Drücke der gegenüberliegenden Gleitschuhe ν gleichen einander zum Teil aus, aber die den Rahmen u¹ bildenden Stangen dienen dazu, den Führungen u größere Steifigkeit zu geben. Die Kurbelwelle w hat nur zwei Hauptlager # für jedes Paar Kurbeln s, so daß kein mittleres Lager zwischen den das einzelne Kurbelpaar bildenden Kurbeln sich befindet, welche dicht nebeneinander angeordnet und durch einen einzigen Arm y verbunden sind, der zu der Achse der .Welle geneigt sein kann, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Die Kurbeln einer Maschineneinheit sind unter einem rechten Winkel zu denen der anderen Einheit angeordnet. Das Maschinengestell q kann von beliebiger Bauart sein, aber eine geschlossene Anordnung ist vorzuziehen ;■ für die Gleitflächen ist Druckschmierung vorgesehen.

Wie oben ausgeführt wurde, wird der brennbare Teil der explosiven Ladung, der zweckmäßig aus einer Sauggasanlage gewonnen wird, in bestimmten abgemessenen Mengen zugeführt, zu welchem Zweck zwei doppelt wirkende Pumpen verwendet werden können, die beispielsweise mittels Seitenhebeln von der Kurbelwelle der Maschine oder mittels Kurbeln an einer Welle, die mit der Maschinenkurbelwelle verbunden ist oder eine Verlängerung derselben bildet, angetrieben werden. Während es möglich ist, durch zeitliche Bestimmung der Bewegung der Pumpenkolben Mittel zum Antrieb von Gasventilen fortzulassen, oder selbst Zylinderventile gänzlich dadurch zu vermeiden, daß man das Gas durch eine Öffnung über den Lufteinlaßkanälen einführt, wird es zuweilen vorgezogen, ein einziges Ventil 1 (Fig. 2) zu verwenden, das zur Steuerung einer Gaseinlaß-Öffnung 2 angeordnet ist, die sich in der Mitte der Länge eines jeden Zylinders α und b be-

findet, so daß jede Maschineneinheit nur zwei Ventile erfordert, die durch irgendwelche geeignete Mittel bewegt werden können. Die Gaseinlaßventile können verhältnismäßig klein und entlastet ausgeführt und mit Federn 7 belastet werden. Jedes Ventil ist mit seinem Sitz 8 zweckmäßig in einem Gehäuse oder Halter 9 angeordnet, der leicht und rasch in einem Loch oder Kanal 10 im mittleren Teil der Zylinder α oder b oder an einem seitlichen Vorsprung derselben befestigt werden kann. Durch jeden Kanal 10 ist das Zylinderinnere zugänglich, wenn das entsprechende Ventil 1 abgenommen ist.

Die von den Ventilen 1 gesteuerten Gaseinlaßöffnungen können auch dazu dienen, Preßluft einzulassen, die den Ventilgehäusen oder Haltern g und den Zylindern α und b durch mit Ventilen versehene Leitungen zum Zweck des Anlassens oder Zurückbewegens der Maschine zugeführt wird.

Beim Betrieb erfolgt eine Explosion abwechselnd in der Mitte eines jeden Zylinders a und b und bewirkt durch die Kolben, z. B. h und i, des Zylinders α und durch die zugehörigen Seitenstangen n, n¹ zwei annähernd gleiche Kraftstöße, die an der Kurbelwelle als Drehmoment auftreten und gleichzeitig das andere Kolbenpaar in dem Beispiel j, k, mit dem die Stangen n, n¹ verbunden sind, veranlassen, sich gegeneinander zu bewegen und die Ladung zwischen sich zu verdichten. Wenn die Kolben h und i sich dem Ende ihres nach außen gerichteten Hubes nähern, so gibt der obere, h, zunächst die Äuslaßöffnungen c im Zylinder α frei und bringt so die Verbrennungsprodukte auf Atmosphärendruck. Eine weitere Bewegung in derselben Richtung veranlaßt dann, daß der untere Kolben i die Lufteinlaßöffnungen d des Zylinders α freigibt, worauf Druckluft von 0,15 bis 0,30 Atmosphärenspannung eindringt, den Inhalt des Zylinders durch die Äuslaßöffnungen c ausbläst, die Zylinderwände und Kolbenenden kühlt und ein Luftkissen zwischen den entweichenden Auspuffgasen und der nächsten Ladung herstellt, so daß ein sicherer Schutz gegen Vorzündung der neuen Ladung und Rückschlag der Explosionsgase erreicht wird. Beim Rückhub der genannten Kolben h und i, der durch die Explosion der Ladung im Zylinder b und die darauf erfolgende Auswärtsbewegung der Kolben j, k bewirkt wird, werden die Ein- und Auslaßöffnungen d bzw. c im Zylinder α nacheinander geschlossen; der Zylinder bleibt mit Luft gefüllt, der brennbare gasförmige Teil der Ladung wird unmittelbar in die Luft eingeführt, entweder bevor oder kurz nachdem die Lufteinlaßöffnungen geschlossen worden sind. Die Ladung wird dann durch die Kolben h, i infolge der .Explosionswirkung im Zylinder b verdichtet und darauf entzündet. Da die aus zwei Einheiten bestehende Maschine, wie beschrieben, vier Kolbenpaare und vier Kurbeln s besitzt, so erhält die Kurbelwelle bei jeder Umdrehung acht Kraftstöße.

Die Anordnung der Luftzuführungskammer g verhindert wirksam das Hindurchdringen von Gas in den Maschinenraum an den unteren Kolben i, k vorbei, während durch Zulassen einer geringen ■ Luftnienge in den Raum unter die Dichtungsringe oder Packungen 11 der oberen Kolben h, f ein Gasaustritt an den oberen Kolben vorbei verhindert werden kann.

Die Löcher in den Augen m¹ der oberen Kreuzköpfe m, welche die schrägen Stangen n, n¹ aufnehmen, sind vertikal ausgeschnitten, so daß nach Entfernung der Muttern von diesen Stangen die Kreuzköpfe und oberen Kolben k, j leicht aus den Zylindern herausgehoben werden können, ohne die Stangen zu entfernen, und die unteren Kolben i k können dann durch die Zylinder nach oben herausgezogen werden, nachdem (-'sie von ihren Kreuzköpfen durch Herausnahme der Bolzen getrennt worden sind. . 1

Die Zylinder α und b sind an ihrem unteren Ende mit Flanschen 12 versehen, die auf dem Boden des Kühlmantels e aufruhen. Sie werden durch Bolzen niedergehalten, die auch zur go Befestigung der Packungen oder Dichtungsringe 13 dienen. Die oberen Enden der Zylinder sind Verschiebbar in die Auspüffkammer f eingepaßt, so daß sie sich frei nach oben ausdehnen können.

Die oberen Kolben können vorteilhaft von etwas größerem Durchmesser als die unteren sein, so daß der Unterschied der auf die beiden Kolbensätze wirkenden Drücke die beweglichen Teile unterstützen hilft und so die Hauptlager χ von einem Teil des Gewichtes dieser Teile entlastet. Diese Bauart gestattet auch, daß die unteren Kolben rascher durch die oberen Zylinderteile herausgezogen werden können, wenn dies erforderlich ist. , -105

Die Einzelheiten der Bauart der Maschinen, wie sie hier beschrieben sind, können in verschiedener Weise abgeändert werden. So können die oberen Gleitschuhe ν und Führungen u oder die unteren Gleitschuhe 0 und Führungen p oder beide in gewissen Fällen durch rohrartige Führungen ersetzt werden, welche zweckmäßig aus aufwärts, sich erstreckenden Ansätzen der Zylinder bestehen, gegen die sich die oberen oder unteren Kolben in Form von Rohren unmittelbar stützen; die einander gegenüberstehenden Flächen der Kolben m können hohl gemacht werden, um das Verhältnis der Oberfläche zum Inhalt des freien Raumes zwischen den Kolben zu verkleinern, und die relative Stellung der Lufteinlaß- und Auspufföffnungen kann umgekehrt werden.

Die Maschinen können auch, anstatt vertikal angeordnet zu werden, wie in der Zeichnung dargestellt ist, als liegende Maschinen ausgeführt werden.

Verbrennungskraftmaschinen, welche nach der Beschreibung gebaut sind und wirken, können in verschiedener Weise abgeändert werden, um sie den verschiedenen Dienstzwecken und den verschiedenen Brennstoffen anzupassen. Die hier beschriebene Anordnung ist nur als Beispiel für eine Maschine beschrieben, die zum Schiffsantrieb und auch zum Gebrauch am Lande geeignet ist und als Antriebsmittel Gas von guter Beschaffenheit erfordert.

Claims (1)

1. Patent- Anspruch :

   Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylinderpaaren, deren Kolben gegenläufig und über Kreuz miteinander verbunden. sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Explosion in einem der Zylinderpaare alle Kolben unmittelbar und unabhängig von der Kurbelwelle betätigt, daß jedes Paar kreuzweis verbundener Kolben durch eine einzige Stange mit einer einzigen Kurbel gekuppelt ist, und daß die schrägen Verbindungsstangen an jedem Ende mit Kreuzköpfen oder Vorsprüngen verbunden sind, die an den Kolben befestigt sind und in Ebenen rechtwinklig zur Kurbelwellenebene liegen, und daß der resultierende Druck in der Kurbelwellenebene an jedem Ende der schrägen Verbindungsstangen durch Gleitflächen an den Kreuzköpfen, die sich gegen Führungen quer zur Kurbelwellenebene legen, oder durch entsprechende aehsiale Vorsprünge an den Kolben aufgenommen wird, die sich gegen aehsiale Vorsprünge der Zylinder legen. -

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.