DE260704C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

260704 KLASSE 14 b. GRUPPE

ARTHUR AUGUSTUS BROOKS in ASHTON on Mersey, Chester, Groszbrit.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. März 1911 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmaschine mit in ringförmigen, sich rechtwinklig schneidenden Kammern umlaufenden Kolben, von denen jeder als Widerlager für den andern wirkt, und welche mittels Zahnradgetriebe auf eine einzige Welle wirken.

Von andern Maschinen dieser Gattung unterscheidet sich diejenige nach vorliegender Erfindung dadurch, daß die senkrecht auf den

ίο Mittelebenen der Kammern stehenden Kammer-' achsen sich in diesen Ebenen rechtwinklig schneiden und die Achse der Maschinen welle durch den Schnittpunkt dieser Kammerachsen geht.

Ferner ist jeder Kolben zu beiden Seiten seiner in der Bewegungsrichtung liegenden Mittelebene je mit einer Verzahnung versehen, und von den auf der Maschinenwelle sitzenden zwei Zahnrädern kommt das eine auf der einen Seite der Wellenachse mit der einen Verzahnung und das zweite auf der andern Seite dieser Achse mit der andern Verzahnung des gleichen Kolbens in Eingriff, und zwar geschehen diese Eingriffe eines und desselben Kolbens mit beiden Zahnrädern während der gleichen Umdrehung des Kolbens.

Auf den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Die Fig. 1 bis 9 betreffen eine Maschine, die für ein unter konstantem Druck arbeitendes Treibmittel, wie z. B. Dampf oder Druckluft, bestimmt ist. '

Die Fig. 10 bis 13 beziehen sich auf eine für innere Verbrennung bestimmte Maschine, und zwar speziell auf eine solche, bei welcher die Verbrennung für jede Ringkammer in einer besonderen Kammer stattfindet, die mit der ersten durch Ventile verbunden ist.

Fig. ι stellt einen Längsschnitt der ersten Ausführungsform dar und Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie z-z von Fig. 1. Fig. 3 ist eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Kolben; Fig. 4 und 5 sind schema¹ tische Darstellungen der Kolbenstellungen in Verbindung mit der Leitung des Treibmittels. Fig. 5 a zeigt die sich berührenden Enden zweier Kolben; Fig. 6 und 7 sind Seiten- bzw. Vorderansicht der Kolben. Fig. 8 zeigt das Getriebe zwischen Kolben und Treibwelle und Fig. 9 einen Grundriß des Einlaßsteuerschiebers.

Fig. 10 zeigt von der zweiten Ausführungsform einen Schnitt durch das Gehäuse, die Ventile und die Verbrennungskammer. Fig. 11 ist eine Endansicht des Deckels der Verbrennungskammer und der Ventile, Fig. 12 eine solche der Saug- und Auspuff Öffnungen, und Fig. 13 zeigt die Kolben in ihren verschiedenen Arbeitsstellungen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 9 ist das Gehäuse aus vier Kugelsegmenten i, 2, 3 und 4 zusammengesetzt. Die Enden des Gehäuses sind versenkt und mit geflanschten Deckeln 6 und 7 ausgestattet, welche Büchsen 8 und 9 enthalten, die die Lager der Triebwelle 10 bilden.

In dem Gehäuse befinden sich zwei ringförmige Kammern 16 und τη, deren Mittelebenen senkrecht aufeinander stehen. Diese Mittelebenen fallen zusammen mit den Ebenen, in welche die das Gehäuse bildenden Segmente aneinanderstoßen. Die beiden Kammern haben den gleichen Durchmesser und einen gemeinsamen Mittelpunkt 18 und schneiden sich an zwei einander diametral gegenüberliegenden

ίο Stellen.

Jede Kammer enthält einen Kolben 20 bzw. 21 mit einem Umfang von 180 ° (Fig. 6 und 7). An seinen Enden ist jeder Kolben an beiden Stirnflächen um 45 ° abgeschrägt.

Bei jeder halben Umdrehung kommen die Kolben in ihrer Kammer miteinander in Berührung, wobei die Schrägflächen 22 auf einer Länge von etwa 15 ° aneinandergleiten (Fig. 5 a). Den äußeren Rändern der Kolben entlang ist an jeder Stirnfläche eine Verzahnung 23 eingeschnitten, die mit einem Kegelrad in Eingriff kommen kann. Auf der Hauptwelle 10 sitzen zwei solche Zahnräder 24 und 25. Sie befinden sich in den versenkten Enden des Gehäuses und sind durch die Deckel 6 und 7 nach außen verdeckt. Die Kränze der -Räder 24 und 25 reichen bei 26 (Fig. 2) in die Arbeitskammern hinein, um mit den Verzahnungen der Kolben in Eingriff zu kommen. Jeder Kolben, während er in seiner Kammer eine ganze Umdrehung macht, kämmt abwechselnd mit dem oberen Teil des einen und dem unteren Teil des anderen Zahnrades, so daß er die Hauptwelle während der einen halben Umdrehung vermittels des einen und während der anderen halben Umdrehung vermittels des anderen Rades antreibt. Fig. 8 zeigt die Kolben im Eingriff mit dem Kegelrad 25.

Die Organe zum Zu- und Ableiten des Triebmittels sind folgende: Zunächst ein Absperrund Umsteuerhahn, dessen Küken 30 zwei Aushöhlungen 31 und 32 besitzt. An erstere ist das Auslaßrohr 33 angeschlossen. A ist das Einlaßrohr für das Treibmittel. Seitlich der Aushöhlung 31 befindet sich ein Auslaßkanal 35 und auf der entgegengesetzten Seite der Aushöhlung 32 ein Einlaßkanal 36. Die Aushöhlung 32 ist nach innen offen und mündet hier in eine Höhlung 37 im Mittelstück des Gehäuses, in welche andererseits das Einlaßrohr A mündet. Das Treibmittel fließt daher aus letzterem zunächst in die Höhlung 37, dann in die Höhlung 32 des Hahnes und von hier aus durch einen Kanal B zu der Schieberfläche 38 des Zahnrades 25 (Fig. 1 und 9), in welcher eine kreisringsektorförmige Rinne 39 angeordnet ist, die die Verbindung des Kanales B mit den Ringkammern ermöglicht. In jeder dieser Kammern befinden sich vier Kanalmündungen, von denen zwei einander diametral gegenüberliegende für den Auspuff und die anderen zwei für den Einlaß bestimmt sind. Die Einlaßmündungen der Kammer 16 sind_mit S, Y, die Auspuffmündungen mit Q, X bezeichnet (Fig. 2). Die Kammer 17 besitzt die Einlaßöffnungen T, W und die Auslaßöffnungen R, V (Fig. 3). Die Einlaßmündungen beider Kammern sind miteinander verbunden, d. h. W mit Y und T mit 5 und in gleicher Weise je eine Auslaßmündung der einen mit einer solchen der anderen Kammer, nämlich

V mit X und R mit Q. In Fig. 4 ist angenommen, die Kolben 20 und 21 stehen aus der hinteren Hälfte des Gehäuses heraus, während die strichpunktiert dargestellten Kanäle in der vorderen Hälfte liegen. In Fig. 5 sind die Kolben im Schnitt und die Kanäle in der hinteren Hälfte dargestellt.

Angenommen, durch das Rohr A werde Triebmittel in die Maschine gelassen. Es fließt dann durch die Höhlung 37 in die Aushöhlung 32 des Hahnes 30 (Fig. 1 und 4) und von hier durch die öffnung 36 und den Kanal B in die Rinne 39 der Schieberfläche 38, und von hier aus durch den Kanal C zur Einlaßöffnung Y der Ringkammer 16 und ferner durch den Kanal D ■ (Fig. 5) zur Einlaßöffnung T der Ringkammer 17. Der Kolben 20 verdeckt die Auspufföffnung V und der Kolben 21 die Auspufföffnung Q. Das durch

Y und T in die Kammern eintretende Triebmittel treibt die Kolben in der Richtung der Pfeile in Fig. 3 und 4. Dabei bildet der Kolben 20 ein Widerlager für den Kolben 21 und dieser ein solches für den Kolben 20, indem das Triebmittel ■ zwischen der einen Stirnseite des einen und dem hinteren abgeschrägten Ende des anderen Kolbens wirkt. Wenn dieses hintere Ende des Kolbens 20 die Auslaßöffnung V abgedeckt' hat, strömt das Treibmittel durch letztere den Kanälen V, X und X, J entlang in den Kanal K und durch diesen zur öffnung 35 des Hahnes 30.

Hat der Kolben 21 die Öffnung Q freigegeben, so strömt das durch Y eingetretene Treibmittel durch Q nach R, von hier nach / und dann durch den Kanal K zur Höhlung 31 des Hahnes 30. Der Kanal K ist doppelt vorhanden und das zweite Mal mit k bezeichnet, in ähnlicher Weise der Kanal B im Doppel mit b. Ebenso weist das Zahnrad 24 eine Schieberfläche 38^ auf, entsprechend der Schieberfläche 38 des Zahnrades 25. Die Länge der in diesen Schieberflächen 38, 38^ befindlichen Rinnen ist so gewählt, daß das Treibmittel vor Hubende des Kolbens abgesperrt wird und somit durch Expansion wirken kann, sowie daß es verhindert wird, in die Kammern zu gelangen während der Zeit, in welcher das Ende jedes Kolbens durch die sich schneidenden Teile der Kammern hindurchgeht und die Kolben aneinander vorbeigleiten (Fig. 5 a), wo-

durch das Entweichen des Treibmittels in den Auspuffkanal verhindert wird.

Wird der Hahn 30 umgestellt, was mittels eines Handhebels 40 geschehen kann, so gelangen die Öffnungen 35 und 36 an die Kanäle k bzw. b, und die Maschine arbeitet in umgekehrtem Drehsinn. Bei der Umstellung des Hahnes 30 wird der Kanal K abgesperrt, k gegen den Auspuff geöffnet, B für das eintretende Treibmittel geschlossen, b geöffnet, so daß jenes statt durch 38, wie vorhin, nun durch die Schieberfläche 38^ in die Kolbenkammern gelangen kann. Die Rollen der Kanalmündungen werden vertauscht, so daß jetzt Q und X in Kammer 16, R und V in Kammer 17 Einlaßöffnungen, S und Y in Kammer 16, T und W in Kammer 17 dagegen Auspufföffnungen sind. ..

Die in den Fig. 10 bis 13 dargestellte Maschine besitzt gleich wie die oben beschriebene zwei einander unter einem rechten Winkel schneidende, gleich große Kolbenkammern, welche den Zylindern der gewöhnlichen Verbrennungskraftmaschinen entsprechen. Jedoch findet die Verbrennung nicht in diesen Kammern statt, sondern in besonderen Kammern, welche durch Ventile mit den Ringkammern verbunden sind.

Die Kolben 51 und 52 sind an ihren äußeren Rändern mit Verzahnungen 55 versehen, welche in auf der Welle 10 sitzende Kegelräder, von denen eines, 54, dargestellt ist, eingreifen. 56 und 57 sind die beiden Ringkammern, von denen letztere in Fig. 10 durch den Kolben 52 verdeckt ist. Jede dieser Kammern besitzt vier Öffnungen: 58 bzw. 58* ist eine Saugöffnung, welche mit dem Karburator oder der Gaszuleitung verbunden ist. 59 bzw. 59* ist die Auspufföffnung, 60 bzw. 60* die zur Verbrennungskammer führende Öffnung und 6x^x die Öffnung für den Einlaß der Verbrennungsprodukte. Der Kanal 63 bildet einen Teil der zur Ringkammer 57 gehörenden Verbrennungskammer und verbindet die Ventile 66^r und 65* miteinander. Die zur Ringkammer 56 gehörende Verbrennungskammer 64 wird normalerweise durch die Ventile 65 und 66 gegen die Öffnungen 60 und 61 abgesperrt. Das Ventil 65 ist durch eine Feder 67 und das Ventil 66 durch eine Feder 68 belastet. Die Spindel 69 des Ventils 65 trägt fest einen Ring 70, und in einem Zylinder 71 ist ein Kolben 72 eingepaßt, dessen eines Ende an diesem Ring 70 und der Feder 67 anliegt.

Normalerweise besteht zwischen der Ventilstangenführung 74 und dem Kolben 72 ein kleiner Zwischenraum 73, der durch einen . Kanal 75 mit einer oberhalb eines anderen belasteten Ventils 77 befindlichen Höhlung 76 verbunden ist. Die unterhalb des Ventils 77 befindliche Höhlung 78 ist mit ·■ der Verbrennungskammer 64 mittels eines Kanales 79 verbunden. Alle drei Ventile öffnen sich auswärts, d. h. von den Ringkammern weg. In jede Verbrennungskammer ist ein Funkenzünder 80 bekannter Art eingesetzt.

Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende :

Nachdem der Kolben 51 an der Öffnung 56 vorbeigelangt ist und der Kolben 52 die Kammer hinter sich geschlossen hat, wird die Ladung in die Kammer 56 gesaugt. Diese Ladung wird durch den Kolben 52 abgeschnitten, wenn das rückwärtige Ende des Kolbens 51 an der Öffnung 61 vorbeigeht. Wird der Kolben 51 durch die Wirkung einer Explosion zum Umlauf gebracht, so komprimiert er die Ladung zwischen sich und dem Kolben 52, bis sich das Ventil 66 öffnet und die Ladung in die Verbrennungskammer 64 eintreten läßt. Wenn das hintere Ende des Kolbens 51 an der Kammer 57 vorbeigegangen ist, hat der Kolben 52 die Kammer 56 hinter den Kolben 51 abgeschlossen. In diesem Augenblick wird die Ladung in der Verbrennungskammer 64 in üblicher Weise elektrisch entzündet. Der Druck der expandierenden Gase öffnet zunächst das Ventil 77, so daß der Druck unter den Kolben 72 gelangt, wodurch das Ventil 65 von seinem Sitz abgehoben wird, weil die Druckfläche am Kolben 72 größer ist als die obere Ventilseite. Die Gase strömen dann durch die Öffnung 61, bis der in der Pfeilrichtung sich drehende Kolben 51 die Öffnung 59 freigelegt hat, worauf sie durch das hier angeschlossene Rohr entweichen. Der gleiche Vorgang findet in beiden Ringkammern statt.

Die Fig. 13, 1 bis 4, zeigen die Stellungen des einen und Fig. 13, 5 bis 8, diejenigen des anderen Kolbens im Verhältnis zu seiner Kammer. In Fig. 13, ι deckt der Kolben 51 gerade die Einlaßöffnung 61 für das Treibmittel ab, und eine Ladung ist bereit, in der unteren Kammerhälfte komprimiert zu werden. Die Fig· ¹S; 5 zeigt den Kolben 52 im Begriff, die Saugleitung 58* freizugeben. Der Kolben 51 wirkt als Widerlager für den Kolben 52 und dieser im gleichen Sinne für jenen. In Fig. 13, 2 ist angenommen, der Kolben 51 sei durch das Treibmittel vorwärts getrieben, die Kammer 56 durch 59 entleert und eine komprimierte Ladung durch 60 in die Verbrennungskammer 64 getrieben worden, In Fig. 13, 6 ist das Treibmittel aus der Kammer 57 durch den Kolben 52 soeben ausgeblasen worden, und dieser ist im Begriff, den Kanal 61* aufzudecken, um einen neuen Impuls zu erhalten. Nach Fig. 13, 3 beginnen gerade Ansaugen und Ausblasen, und nach Fig. 13, 7 ist letz-. teres beendigt, und es wird dem Kolben 52 gerade ein neuer Impuls erteilt, wobei in der

Claims (2)

1. unteren Hälfte der Kammer Kompression der Ladung stattfindet. Fig. 13, 4 zeigt den Kolben 51 im Begriff, die Öffnung 61 für einen neuen Impuls freizugeben, und Fig. 13, 8 stellt den Zeitpunkt dar, wo die Kompression der Ladung beendet ist und sich die obere Hälfte der Kammer im Auspuff befindet.

   Die Ringkammern können auch einen anderen als den gezeichneten Querschnitt besitzen, wenn auch die hier gewählte Ringsektorform als die passendste angesehen wird. Die in den Fig. 1 bis 9 dargestellte Maschine kann auch als Pumpe oder Luftkompressor wirken, wenn man die Welle 10 von außen antreibt.

   Paten τ-Ansprüche:

   i. Kraftmaschine mit in ringförmigen, sich rechtwinklig schneidenden Kammern umlaufenden Kolben, von denen jeder als Widerlager für den andern wirkt, und welche mittels Zahnradgetriebe eine einzige Welle antreiben, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht auf den Mittelebenen der Kammern stehenden Kammerachsen sich in diesen Ebenen rechtwinklig schneiden und die Achse der Maschinenwelle durch den Schnittpunkt dieser Kammerachsen geht.
2. 2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (20, 21) zu beiden Seiten seiner in der Bewegungsrichtung liegenden Mittelebene eine Verzahnung (23) besitzt, und daß von den auf der Maschinenwelle (10) sitzenden zwei Zahnrädern (24, 25) das eine mit der einen dieser Verzahnungen auf der einen Seite der Welle (10) und das andere während der gleichen Umdrehung des Kolbens mit dessen anderer Verzahnung auf der andern Seite der Welle in Eingriff kommt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.