-
"Als Verdichter für Gase oder als Brennkraftmaschine arbeitende
-
Maschine" Die Erfindung betrifft eine als Verdichter für Gase oder
als Brennkraftmaschine arbeitende Arbeits- bzw. Kraftmaschine mit wenigstens einem
Verdichtungs-/Expansionsraum, in dem Gase einen Kreisprozeß mit sich ständig wiederholenden
Volumen-, Temperatur- und Druckzuständen durchlaufen, wobei die Gaskräfte im Verdichtungs-/Expansionsraum
über kinematische Mittel mit mechanischen Kräften in Wechselwirkung stehen und die
Ladungswechsel periodisch gesteuert werden.
-
Unter Arbeits- und Kraftmaschinen, die zum Stand der Technik gehören,
sollen dabei 'tHubkolben-Maschinen't, wie Kolben dampfmaschinen, Otto- und Diesel-Motore,
Kolben-Verdichter und Druckluftkolbenmotore, verstanden werden.
-
Hubkolbenmaschinen sind bekanntlich mit sogenannten Zylindern versehen,
in denen zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolbenboden Verdichtungs- bzw. Expansionsräume
gebildet sind. Beim Brennkraftbetrieb überträgt der im Zylinder auf- und abgleitende
Kolben die auf ihn wirkenden Gaskräfte auf einen Kurbeltrieb, während der Kurbeltrieb
beim Verdichterbetrieb in Verfahrensumkehr kinematische Kräfte vom Kolben auf das
Gas überträgt.
-
Dem Hubkolbenbetrieb haften betrachtliche Mängel an. So muß
die
Hubbewegung des Kolbens im Zylinder entgegen oder in Richtung der Wirkung der Gaskräfte
erfolgen, wobei der Wirkungsgrad der Kraftübertragung von den Leckverlusten, also
von der Dichtheit des Kolbeninantels zur Zylinderlaufbahn bestimmt wird. Da zum
Dichten überwiegend gleitende elastische Packungen und Kolbenringe verwendet werden,
muß deren Verschleiß ebenso wie der des Kolbenmantels und des Zylinders von einem
Schmiermittelfilm vermindert werden.
-
Dieser Schmierfilm ist aus folgenden Gründen eine Notlösung: 1.1 In
den Hubkolbenmaschinen findet der Schmiervorgang bei jedem Richtungswechsel des
Kolbens im Gebiet der Mischreibung, d. h. zwischen Stillstand und beschleunigter
Bewegung, statt. Dabei ist das Schmiermittel den Scherkräften, den Temperaturen
und der Reaktion mit den Gasen ausgesetzt.
-
1.2 Für den homogenen Wärmeübergang zwischen Kolben und Zylinder stellt
der Schmieriilm eine eindeutig nachteilige Isolierschicht dar.
-
1.3 In den Brennkraftmaschinen ergibt sich darüber hinaus der größte
Nachteil aus der erheblichen Verminderung des thermischen Wirkungsgrades, die vom
Schmiermittel erzwungen wird. So muß entgegen dem angestrebten Idealmotor mit möglichst
hohem Temperatur- und Druckniveau statt auf die treibstoffverträgliche Zylinderwandtelperatur
von ca.
-
600°C auf die schmierfilmverträgliche Temperatur von 3000C Rücksicht
genommen werden.
-
1.4 Metallischer Abrieb infolge unterbrochener Ölfilme, Ölrückstände,
chemische Zersetzungen und die stetig abnehmende Scherfestigkeit des Öls bestimmen
die Alterung des Öls und verkürzen die Lebensdauer der Maschine. Die ständige Überwachung
und der periodische Austausch des Schmieröls stören und belasten die Betriebskosten.
Im
Verhältnis zu einer kalten Schmierstelle erfordert eine heiße
die ca. 100-fache Ölmenge! 1.5 Die Probleme des Anlassens und Warmlaufens einer
Kolben maschine sind überwiegend Schmierstoffprobleme. Sogenannte Mehrbereichsöle,
Notlaufzusätze, wechselbare Ölfilter verbessern nur, bringen aber keine Abhilfe.
-
1.6 Die die heißen Teile des Motors versorgende Ölmenge mit den weiteren
Aggregaten, wie Filter, Ölkühler bzw. Kühlflächen, benötigt ca. 20, des gesamten
Motor-Volumens. Dieses Verhältnis ist beim kompakten Ptotationskolbenmotor noch
ungünstiger.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Verdichter oder
als Brennkraftmaschine arbeitende Arbeits- bzw. Kraftmaschine zu schaffen, deren
Verdichtungs- bzw. Expansionsraum frei von zu schmierenden Reibflächen ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdichtungs-/Expansionsraum
aus einem in axialer Richtung elastischen und in-radialer Richtung steifen Rohrkörper
besteht, dessen einander gegenüberliegende Öffnungen durch steife Flanschscheiben
abgeschlossen sind, von denen eine mit dem Maschinengestell fest verbunden ist,
während die andere mit einer sie führenden, Kräfte aufnehmenden oder abgebenden
Bewegungsvorrichtung in Verbindung steht, wobei wenigstens eine dieser Flanschscheiben
Ventile zum periodischen Ladungswechsel aufweist.
-
Ein Schmiermittel, welches bisher die Gleitflächen zwischen dem Zylinder
einerseits und dem Kolben mit den Kolbenringen andererseits zwingend notwendig machte,
entfällt damit, womit die bei Verdichtern und Otto- und Dieselmotoren bisher notwendige
Ölwanne mit Ölfilter ebenfalls entfallen.
-
An sich sind sogenannte Wellrohre bekannt, die aus Metall gefertigt
sind und als flexible Vakuumleitungen verwendet werden. Derartige Wellrohre sind
auch axial verformbar.
-
Diese Fähigkeit der Wellrohre wird aber im Sinne einer Energieumwandlung
nicht beachtet.
-
Der elastische Rohrkörper kann auf verschiedene Weise realisiert werden.
So ist eine Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß er aus Ringscheiben aufgebaut
ist, die in der Ruhelage nach Art eines Kegelstumpfmantels geformt und so aufeinander
gereiht sind, daß sich abwechselnd Außenränder und Innenränder berühren, wobei die
sich berührenden Scheibenränder zu Wendekanten gasdicht miteinander verbunden sind
(Scheibenmantelzylinder).
-
Eine andere Ausführungsform des Rohrkörpers ist dadurch gekennzeichnet,
daß der elastische Rohrkörper des Verdichtungs-/ Expansionsraumes aus wenigstens
einer im Querschnitt V-förmigen Wendel gebildet ist, deren Gewindegänge auf ihrer
ganzen Länge längs der außen- und innenliegenden Wendekanten gasdicht miteinander
verbunden sind (Gewindemantelzylinder).
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es nicht notwendig,
die einzelnen Scheibenschichten des Scheibenmantelzylinders aus einzelnen, homogen
zusammengefUgten Teilen zu bilden. Es ist auch möglich, bei bestimmten Materialauswahlen,
die später noch beschrieben werden, axial übereinanderliegende Scheibenschichten
mit den benachbarten Schichten aus einem Stück miteinander zu verbinden. Welche
Zylinderart benötigt oder eingesetzt wird, hängt von der zu lösenden Aufgabe und
von den Konstruktionserfordernissen der einzelnen Arbeits- oder Brennkraftmaschinen
ab.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die
Scheibenschichten
von den äußeren Wendekanten ab nach außen als Leitflächen verlängert zur Verbesserung
eines Wärmeaustausches. Diese beispielsweise Kühlrippnausbildung wird aber in vielen
Fällen nicht notwendig sein, da der Scheibenschichtenaufbau bereits zu einer guten
Warinnübergangswirklmg führt, etwa um das Medium in einem zweiten koaxialen Zylinder
aufzuheizen.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der elastische
Rohrkörper zwischen der äußeren Wendekante und der inneren Wendekante gewellt. Durch
diese \>llung läßt sich die Elastizität noch erhöhen. Es ist auch möglich, die
Wellung an der Seite niederen Druckes konkav und an der Seite höheren Druckes konvex
auszubilden. Auf diese Weise wird innenseitig die Verdrängung des Gases zur Zylindermitte
hin gefördert, während außenseitig eine gewisse Kühlwirkung aufrecht erhalten wird.
Da diese Zylinder wie alle elastischen Körper zu Eigenschwingungen neigen, wird
auch die schwingungsdämpfende Wirkung der auf einander abrollenden konvexen Scheibenflächen
und die pneumatische Dämpfung der konkav gebildeten Gasräume zwischen den Scheibenflächen
vorteilhaft berücksichtigt.
-
Eine verbesserte Wärmeleitung bringt auch eine solche Ausbildung,
daß der Materialquerschntist der Scheiben von innen nach außen abnimmt. Innenseitig
ist mehr Wärme abzuführen als außenseitig. So hat der Materialquerschnitt genau
die Bemessung, die er für eine optimale Kühlung benötigt. Darüber hinaus versteift
der stärkere Materialquerschnitt im Bereich der inneren Wendekante die Stabilität
des Zylinders. Sinngemäß wird diese Profilierung nach außen gekehrt, wenn von dort
die höhere mechanische und thermische Beanspruchung zu erwarten ist.
-
Da bei der Arbeits- und Kraftmaschine nach der vorliegenden Anmeldung
eine Abdichtung im Sinne einer Abdichtung bei Hubkolbenmaschinen
nicht
erforderlich ist, ist man hinsichtlich der Formgebung der Zylinderquerschnitte völlig
frei. So sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung auf einander senkrecht
stehende Durchmesser eines Hohlkörperquerschni tt es unterschiedlich lang. Ein sclcher
Hohlkörper kann im Querschnitt beispielsweise ein Ellipsoid sein. In einer Weiterbildung
dieses Merkmals ändern sich die Durchmesser koaxial übereinanderliegender Hohlkörperscheibenschichten
über die Hohlkorperlänge hinweg proportional. Bei einer Ausführungsform dieses Merkmals
erweitern sich die Durchmesser von einer Flanschscheibe zur anderen kontinuierlich,
wodurch beispielsweise eine kegelstumpfförmige Gestalt des Arbeits- oder Brennraumes
erhalten wird. Es ist aber auch ein beispielsweise kugelförmiger Arbeits- oder Brennraum
zu erzielen, wenn sich die Durchmesser von der einen Flanschscheibe über die Hohlkörpermitte
hinweg zur anderen Flanschscheibe unter Ausbildung eines Bogens erweitern und wieder
verkürzen. Daß dabei die Differenz der Innen- zu den Außendurchmessern der Scheiben
nicht konstant sein muß, ergibt eine zusätzliche Variable, die wie die Variable
der Profildicke einer Scheibe geeignet ist, schichtweise zunehmende Axialkräfte
zu den Flanschen hin übertragbar zu machen.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der elastische
Rohrkörper von einem weiteren äußeren elastischen Rohrkörper umgeben, der ebenso
wie der innere elastische Rohrkörper an dessen Flanschscheiben festgelegt ist und
zwischen den elastischen Rohrkörpern einen weiteren geschlossenen Arbeitsraum ausbildet,
der sich vorzüglich für Maschinen mit stufenweiser Verdichtung oder Entspannung
von Gasen eignet.
-
Bei einem Verdichter versieht der innere Zylinder dabei beispielsweise
für den äußeren Zylinder die Rolle eines Plungers zur Vermeidung eines schädlichen
Raumes. Noch wirkungsvoller wird der Aufbau aber bei einer Brennkraftmaschine mit
Aufladung,
bei der der äußere Zylinder während seiner Aufgabe als
Vorverdichtung auch die Aufgabe als Wärmetauscher wahrnimmt. So ist es möglich,
mittels kalter Frischluft und eines Treibstoffnebels im Saugrohr und nachfolgender
Geischaulbereitung im geschlossenen Vorverdichter einerseits einen hohen volumetrischen
Füllungsgrad und andererseits einen hohen Wirkungsgrad der sogenannten inneren Kühlung
zu erreichten0 Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die inneren
und äußeren Rohrkörper zwischen den Flanschscheiben jeweils nach einerbestimmten
Anzahl von Scheibenschichten durch den äußeren Arbeitsraum hindurch miteinander
verbunden. Dadurch wird einerseits die radiale Steifheit des Zylinders erhöht, anderer
seits wird sichergestellt, daß sich äußerer und innerer Rohrkörper beim Betrieb
nicht gegenseitig behindern können.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Scheibenschichten
bzw. die Wendeln aus einem elastischen, hochwärmebeständigen metallischen Material.
Es ist aber auch möglich, die Scheibenschichten bzw. Wendeln aus keremischem Material
zu fertigen. Besteht der elastische Hohlkörper aus einem metallischen Werkstoff
oder sinterfähigen Metalloxiden, dann kann der Rohrkörper aus einem rohrförmigen
Halbzeug in einem Hochleistungsumformverfahren gebildet sein.
-
Mit einem solchen Hochleistungsumformverfaen wird vorzugsweise ein
elastischer Rohrkörper gebildet werden, bei dem die Scheibenschichten in einem Arbeitsgang
homogen miteinander verbunden sind. Es ist aber auch möglich, vorzugsweise im Hochleistungsverfahren,
daß das Material des elastischen Rohrkörpers aus einem Verbundwerkstoff (Metall-Metall;
Metall-Keramik) besteht.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der be.
-
voll zusammengedrücktem elastischem Hohlkörper in ihm verbliebene
Hohlraum
teilweise oder ganz von einem an einer Flanschscheibe befestigten Plunger (Verdränger)
ausgefüllt.
-
Dieser Plunger füllt bei Verdichtern oder Brennkraftmaschincn den
schädlichen Raum aus, der dadurch gebildet wird, daß im Zylinder im zusammengedrückten
Zustand ein hohlraum übrig bleibt, in dem das Gas nicht weiter verdichtet werden
kann.
-
Die zuvor beschriebenen Zylinderformen nach der Erfindung lassen sich
beispielsweise bei einem Verdichter einsetzen, der gekennzeichnet ist durch eine
Stufenanordnung (Kaskade) eines als Verdichtungsraum arbeitenden, mit Flanschscheiben
versehenen elastischen Rohrkörpers und eines sich an die eine Flanschscheibe anschließenden
Koaxialhohlkörpers, wobei der Koaxialhohlkörper als Vorverdichter wirksa.s ist und
einen Vorverdichtungsraum begrenzt, der ein größeres Volumen gegenüber dem Verdichtungsraum
aufweist. Die dem Einfachrohrkörper und dem Koaxialhohlkörper gemeinsame, sie trennende
Flanschscheibe ist dabei mit die Gasräume trennenden Einwegventilen versehen. während
die voneinander abliegenden Flanschscheiben gehäusefest angeordnet sind, ist die
gemeinsame Flanschscheibe von einem Pleuel hin- und herfahrbar. Auf diese Weise
kommt eine kompakte Arbeitsmaschine zustande, dic auf kleinem Raum Vorverdichtung
und Nachverdichtung ausführt und vollkommen saubere Gase liefert, da während des
Betriebes eine Schmierung der Verdichterstufen entfällt, weil es keine aufeinander
gleitenden, gegeneinander abzudichtenden Flächen gibt. Das Auslaßventil des Verdichters
kann dabei in vorteilhafter Weise im Plunger angeordnet werden. Die Einwegventile
werden in vorteilhafter Ausgestaltung des Verdichters als in den Flanschen angeordnete
Plattenventile ausgebildet sein.
-
Ein weiteres Anwendungsbeispiel des Zylinders nach der Erfindung ist
eine Kraftmaschine, die mit innerer und äußerer Verbrennung arbeiten kann. Besonders
günstig ist dabei der Einsatz bei Brennkraftmaschinen nach dem Otto- oder Dieselprinzip,
bei
denen die hohen Temperaturen im Verbrennungsraum die anfangs beschriebenen Schmierprobleme
hervorrufen, die bei der Verwendung des Zylinders nach der Erfindung behoben sind.
-
So ist eine Brenrraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei der der
Zylinder nach der Erfindung zum Einsatz gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die verschiebliche Flanschscheibe wenigstens eines elastischen Zylinders über einen
außenseitigen Kreuzkopf axial verschieblich gelagert ist und an ihr diagonal gegenüberliegende,
als Pleuel wirkende Hebelarme angreifen, die die bei der Verbrennung entstehenden
Kräfte auf ein Koppelgetriebe mit periodischer Übersetzung (Kurbelwelle) übertragen.
Zwischen den Pleuel ist dann unterhalb der Zylinder Platz zur Unterbringung des
Antriebs für die Nockenwelle.
-
Außerdem bleibt noch Raum zum Unterbringen der Zündkerzen. Der Vorteil
einer derartigen Brennkraftmaschine besteht außer der Verwendung des schmierungsfreien
Zylinders in der Möglichkeit, Nockenwelle und Ventile nunmehr fußseitig der Zylinder
nahe der Kurbelwelle unterzubringen. Selbstverständlich werden bei einer derartigen
Brennkraftmaschine wenigstens zwei Zylinder nebeneinander angeordnet werden, die
dann beide über zwei beiden gemeinsame Hebelarme die Kraftübertragung vornehmen.
Im Gegensatz zu den Hubkolbenmaschinen, deren Kolben - mit Ausnahme der komplizierten
Stufenkolben - nur einem Pleuel zugänglich sind, können die bewegliche Flansche
der elastischen Zylinder, erfindungsgemäß anßerlich zugänglich, nach erfolgter Anpassung
der Taktfolge und Zylinderanordnung zur Verminderung der Massenkräfte bei Reduzierung
der Getriebeglieder kombiniert werden.
-
Der elastische Zylinder nach der Erfindung läßt sich bei einer anderen
Ausführungsform einer Kraftmaschine mit äußerer oder innerer Verbrennung besonders
gut für ein Zweitaktverfahren einsetzen. Dementsprechend ist eine Kraftmaschine
einer anderen Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz
als
Zweitaktmaschine koaxiale elastische Zylinder paarweise beiderseits einer zwischen
ihnen befindlichen unbeweglichen gemeinsamen Flanschscheibe angeordnet sind und
daß die unbewegliche Flanschscheibe mit Ventilen zum kreuzweisen Ladungswechsel
innerhalb der koaxialen elastischen Zylinderpaare versehen ist. Bei einem derartigen
Aufbau läßt sich immer abwechselnd in dem einen koaxialen elastischen Zylinder gleichzeitig
Expansion und Nachverdichtung und im anderen koaxialen elastischen Zylinder eines
Paares Ausstoßen und Vorverdichten bewerkstelligen.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiderseits
der Flanschscheibe angeordneten koaxialen elastischen Zylinder der einzelnen Paare
gegeneinander exzentrisch versetzt. Durch diese Versetzung lassen sich die Ventilkanäle
innerhalb der gemeinsamen Flanschscheibe extrem kurz halten.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Ventile innerhalb
koaxialer Zylinderpaare als in der Flanschscheibe umlaufende Drehschieber ausgebildet.
Eine solche Konstru1tion ist einfach und wirkungsvoll.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die gemeinsame,
räumlich bewegliche Flanschscheibe die Taumelscheibe einer Axialzylindermaschine,
wobei die Taumelscheibo im Maschinengestell in homokinetischen Wälzgelenken gelagert
ist.
-
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der heiße krbeitsringraum der Maschine
mittels einer sphärischen Rollmembran von den Wälzgelenken der Taumelscheibe getrennt
ist.
-
Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
sowie einiger Anwendungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.
1A die schematische Darstellung eines Scheibenmantelzylinders in voll expandiertem
und voll zusammengedrücktem Zustand, Fig. IB das den Zustandsdarstellungen nach
Fig. 1A entsprechende Volumen-Weg-Verhältnis, Fig. 1C bis IF fertigungstechnische
Ausführungsformen der elastischen Zylinderkörper, Fig. 1G bis 1K anwendungstechnische
Ausführungsformen elastischer Zylinderkörper, Fig. IL bis 1N den koaxialen Zylinderaufbau
zur Hubverkürzung und/oder Verdichtungssteigerung, Fig. 2 die schematische Darstellung
der Ausführungsform einer Arbeitsmaschine als zweistufiger Verdichter, Fig. DA bis
3C die Ausführungsform einer Brennkraftmaschine als Zweizylinder-Otto-Motor, Fig.
4A bis 4E eine Brennkraftmaschine, die nach dem Zweitakt-Motorprinzip mit paarweise
angeordneten Koaxialzylindern arbeitet, Fig. 5A eine Brennkraftmaschine mit elastischen
Zylindern nach der Erfindung in Axialzylinderbauweise, Fig. 5B und 5C Drehschieber
der Taumelscheibe im Schnitt längs der Linie 5B-5C.
-
Die Darstellung nach Fig. 1A zeigt einen Zylinder 1, der in Rahmen
einer Arbeits- oder Kraftmaschine einsetzbar ist und
dort einen
Verdichtungs- oder Expansionsraum umschließt. Der Zylinder 1 besteht aus zwei Flanschacheiben
3A und 5A, von denen die Flanschscheibe 3A maschinenfest angeordnet ist, während
die Flanschscheibe 5A im Arbeitstakt axial verschoben wird. Zwischen den Flanschscheiben3A
und 5A befindet sich ein Rohrkörper 7A, der aus einer Vielzahl von Scheibenschichten
9A besteht. Jede Scheibenschicht ihrerseits besteht aus zwei Ringscheiben 11A, die
in der Ruhelage nach Art eines Kegelstumpfmantels geformt und wechselseitig auf
einander gereiht sind, wobei sich die Scheiben längs ihrer Außenränder 13A berühren.
-
Die sich an eine solche Scheibenschicht anschließenden Schichten berühren
sich dann immer längs der Innenränder 15A unter Ausbildung der inneren Wendekante
17A. Die Fig. 1A zeigt im unteren Teil den extremen Betriebszustad t'untere Totpunktlage"
(U.T.), wobei der Rohrkörper 7A voll expandiert ist. Im oberen Teil der Fig. 1A
ist der extreme Betriebszustand "obere Totpunktlage tt(O.T) dargestellt, wobei der
Rohrkörper 7A vollständig axial zusammengedrückt ist. Das Gasvolumen 19 innerhalb
des Rohrkörpers 7A ist zwischen den beiden Flanschen 3A und 5A gasdicht und druckfest
eingeschlossen, da sowohl die Flansche 3A, 5A mit dem Rohrkörper 7A als auch die
Scheiben und Scheibenschichten untereinander längs derBaührungszonen gasdicht und
druckfest miteinander verbunden sind.
-
In der unteren Totpunktlage (voll expandiert) ist ersichtlich, daß
das gesamte Zylindervolumen aus dem Vielfachen des vom Verdichtungsraum 21 gebildeten
Kerns und der seitlichen Volumina zwischen den Scheibenschichten 9A gebildet ist.
In den geometrischen Relationen der Fig. 1A ergäbe sich für eine übliche Kolbenmaschine
für diesen sogenannten quadratischen Verdichtungsraum 21 und den gewählten Hub ein
Verdichtungsverhältnis E = 3, während sich für den elastischen Zylinder nach Fig.
1A bereits ein Verdichtungsverhältnis 6 E= 6 einstellt.
-
Dieser Unterschied im Verdichtungsverhältnis ergibt sich deutlich
aus Fig. IB, in welcher in einem Diagramm das Volumen über dem Weg bzw. der oberen
und unteren Totpunktlage aufgetragen ists Die ksaßbestinnung des elastischen Zylinders
soll beispielsweise von der Gestalt des sogenannten quaratischen Verdichtungsraumes
21 ausgehen. Sein gewählter Darchmesser ergibt den inneren Durchmesser der Ringscheiben
11A. Die Höhe des Verdichtungsraumes ist gleich dem Durchmesser und bildet das Produkt
aus Anzahl und Dicke der Scheiben i1A. Analog zur Berechnung ebener oder profilierter
Kreisringplatten auf Biegung, wobei als weitere Parameter die Materialkenngrößen,
wie statische und dynamische Festigkeit bei entsprechenden Druck-und Temperaturbereichen
(bis 60 Bar und 7eaoc) eingehen, werden die Außendurchmesser und die Dicke der Scheiben
11A ermittelt und schließlich mit dem gesamten Zylindervolumen das erreichbare Verdichtungsverhältnis
bestimmt.
-
Ausgehend von diesem Grundtyp des Zylinders nach der Erfindung lassen
sich verschiedene Abwandlungen finden, die bei gegebenen Materialgrenzwerten beispielsweise
die Leb-ensdauer des Zylinders verlängern. Zu diesen Varianten zählt insbesondere
die Profilierung bzw. Formgebung der Ringscheiben 11A zwischen den äußeren Rändern
13A und den inneren Rändern 15A.
-
In Fig. 1C ist mit 23 ein wellenförmiger (2'.rschnitt bezeichnet,
der ringförmig über die Scheiben 11C hinweg verläuft.
-
Auf dem Flansch 3C sind ebenso wie auf dem nicht dargestellten Flansch
koaxiale Rohrkörper 7C' bzw. 7C" gasdicht befestigt.
-
Die Rohrkörper bestehen dabei aus Ringscheiben 11C mit den durch 23
angegebenen Wellungen. Da beide Rohrkörper 7C' und 7C" an gemeinsamen Flanschscheiben
3C befestigt sind, führen sie hub- und phasengleiche Bewegungen aus. Zur gegenseiten
Abstützung
der koaxialen Rohrkörper 7C' und 7C" und zur Erhöhung der Seitenstabilität werden
beide Rohrkörper 7C' und 7C" in wählbaren Abständen über eine gemeinsame Ringscheibe
11C verbunden, wobei die Stege 25 die mechanische Verbindung herbeiführen, während
Schlitze 27 der ungestörten Gasführung dienen.
-
Bei den Scheibenschichten nach Fig. 1D ist die innere Wendekante 17D
aus einem Stück gebildet. Dies kann beispielsweise durch ein Hochleistungsverformungsverfahren
erzielt sein.
-
Außerdem nimmt die Wandstärke der Scheibenschichten 9D von innen nach
außen hin stetig ab. Die größte Wanddicke liegt dabei im Bereich der Wendekante
17D, die den höchsten Beanspruchungen ausgesetzt ist. Außerdem werden die gleichzeitig
auftretenden Wärmebelastungen durch ein Wärmegefälle entsprechend der sich mindernden
Querschnittsfläche besonders wirksam abgeleitet. Die einzelnen Scheibenschichten
9D sind im Bereich der Außenränder 11D gasdicht und mechanisch widerstandsfähig
zusammengefügt. Fig. 1D zeigt als Besonderheit auch noch eine kegelstumpfförmige
Ausbildung des Brennraumes 21D, indem sich nämlich die inneren Wendekanten 17D zur
beweglichen Flanschscheibe 5 hin allmählich näher an die Zylinderachse heranschiebern.
Zugleich werden die Ringflächenbreiten 34D kleiner.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1E ist ein aus fünf Gewindegängen
bestehender Ausschnitt aus einem Zylinder 7E dargestellt, der auch als Gewindemantelzylinder
angesprochen werden kann.
-
Bei der Darstellung nach Fig. 1E besteht der elastische Rohrkörper
aus im spitzen Winkel aufeinander zu verlaufenden Wendelflächen 33a und 33b, deren
Gewindegänge auf ihrer ganzen Länge längs der äußeren und inneren Wendekanten 17E
miteinander verbunden sind. In der Darstellung nach Fig. lE ist die Verbindung als
homogene Verbindung dargestellt, die beispielsweise im Hochleistungsumformverfahren,
insbesondere
in einem solchen Verfahren mit hoher Umformgeschwindigkeit
und -temperatur gebildet ist. Es ist allerdings in gleicher Weise auch möglich,
die koaxialen Wendelflächen sinr.gemaX zu einer Schraubenmantelfläche zusammenzufügen.
-
Die bei der Verformu, eines Gewindemantelzylinders nach Fig. 1E um
seine Mittelachse etwa entstehenden Torsionsmomente werden kompensiert, indem gleich
lange Teilstücke mit gegenläufigem Drehsinn zusammengefügt werden.
-
Die bei der axialen Bewegung im Sinne der Vorlumenänderung im Zylinder
auftretenden Kräfte sind entsprechend dem hohen Elastizitätsmodul des verwendeten
Materials der Federkräfte vergleichbar. Es ist daher vorteilhaft, für die entspannte
Lage der Scheibenschichten 9, 9C, 9C', 9D, 9F sowie der Geezindemantelvendel 9E
die Mitte des Zylinderhubes zu wählen. Im Zusammenwirken mit Gas- und Massenkräften
lassen sich erfahrungsgemäß solche Federkräfte aber auch exzentrisch sinnvoll einsetzen,
z. B. entgegen Zentrifugalkräften.
-
Die Laufruhe der besagten Zylinderbewegung wird bei einem Zylinder
7F nach Fig. 1F besonders gefördert. Bei diesem Zylinder sind die einzelnen Scheiben
11F so. ausgebildet, daß sie abrollende Bewegungen ausführen, und zur ausgenend
von ihren äußeren Rändern 13F. Hierzu ist die Wellung an der Außenseite 35F konkav
und an der Innenseite 37F konvex. Die konvexe Profilierung unterstützt dabei einerseits
die radiale Gasverdrängung vorzugsweise in Richtung au£ die heißere Hochdruckzone
des Zylinders und bietet andererseits in der konkaven Profilierung 35F eine sogenannte
pneumatische Dämpfung vorzugsweise auf der kälteren Niederdruckseite. Von Vorteil
sind bei einer konvex-konkaven Ausbildung auch die unterschiedlichen Federkennlinien
und Abmessungen, wenn die Volumenänderungen oder die Bewegungsübertragung nach besonderer
Gesetzmäßigkeit erfolgen soll. Maschinenvoll-n und Optimierung des Wärmeaustausches
lassen sich hiermit steuern.
-
In Fig. IG und 1H sind Abwandlungen des Verdichtungs- bzw.
-
Expansionsraumes 21G bzw. 21H dargestellt. Der Verdichtungs-bzw. Expansionsraum
21G ist dabei nach Art eines Kegelstumpfes ausgebildet, in dem der radiale Innendurchmesser
39G von einer Flanschscheibe 3G zur anderen Flanschscheibe 5G kontinuierlich zunimmt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1H bildet sich ein angenähert kugelförmiger Verdichtungs-
bzw. Expansionsraum 21H, in dem sich die Durchmesser 39H von der einen Flanschscheibe
3H über die Rohrkörpermitte 41 hinweg zur anderen Flanschscheibe 5H unter Ausbildung
eines Bogens erweitern und wieder verkürzen. Der kugelförmige Verbrennungsraum,
der sich erst nach der Brennstoffverbrennung zu einem langen Ellipsoid ausdehnt,
erzielt einen besonders guten thermischen Xtirkungsgrad.
-
Es ist ohne wieteres möglich, wie in Fig. 1I gezeigt ist, die Scheibenschichten
91 von der äußeren Wendekante 181 ab nach außen zu verlängern, um damit zusätzliche
Kühlrippen 43 zu erhalten. Der Wärmeaustausch läßt sich auf diese Weise noch verbessern.
Wie Fig. 1K zeigt, können die Kühlrippen 43 dabei mit Durchbrüchen 45 versehen sein,
um die Wandströmung zu fördern. Außerdem ist aus Fig. 1K noch zu ersehen, daß die
aufeinander senkrecht stehenden Durchmesser 39K und 47K eines Rohrkörperquerschrlittes
unterschiedlich lang sind. So bildet sich durch diese Längendifferenz beispielsweise
ein elliptischer Verdichtungs- oder Expansionsraum 21K aus, der sich zu einer verkürzten
Bauweise einer Mehrzylindermaschine vorteilhaft verwenden läßt.
-
In Fig. IL ist für einen Otto-Motor mit einem Zylindervolumen V7 bei
einer Ausbildungsform mit einem Einfachzylinder etwa ein Verdichtungsverhältnis
e= 8,2 zu erhalten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1M mit einer koaxialen Zylinderanordnung
wird für das gleiche Verdichtungsverhältnis eine Verkürzung des Hubes um 30% erreicht,
in dem um das Volumen V1 das zweite ringförmige Volumen V2 gebildet ist, welches
als Kompressions-bzw.
Expansionsvolumen wirksam ist, je nach der
Ladungswechselsteuerung. Es läßt sich damit, wie anhand der später beschriebenen
Ausführungsbeispiele, zeigen, daß sich durch diesen Aufbau stufenweise Kompression
erzielen läßt, In Fig. 1N wird bei gleichem Maßstab statt der Hubverminderung der
Vorteil in einer Steigerung des Verdichtungsverhältnisses auf etwa g = 18 gesehen,
der dieses koaxiale Zylinderpaar für einen Dieselmotor geeignet macht. Es zeigt
sich hier also, daß bei relativ kleinem Hub Kompressionen erreichbar sind, die bei
Motoren mit Zylinder/Kolbenanordnung einen wesentlich höheren Hub benötigen. Als
weiterer Vorteil kommt noch hinzu, daß bei Breimkraftmaschinen die an die innere
Zylinderwand abgegebene Wärme i.n besonders vorteilhafter Weise für die Gemischaufbereitung
im äußeren Zylindervolumen V2 während der Vorkompression einsetzbar ist. Als weiterer
Vorteil kommt noch hinzu, daß der vorzugsweise zeniral angeordnete Hochdruckzylinder
vom Gasdruck des ihn umschließenden Niederdruckzylinders gestützt wird, also nur
Differenzdrücke aufzunehmen sind.
-
Es sei besonders hervorgehoben, daß im Rahmen der Erfindung Kombinationen
aller Merkmale aus den Fig. lA und 1G bis 1N möglich sind.
-
In Fig. 2 ist ein mehrstufiger Verdichter dargestellt, der mit elastischen
Zylindern 207 und 207C besteht. Der elastische Zylinder 207C, der als Niederdruckzylinder
dient, besteht aus dem inneren elastischen Zylinder 207C' und dem koaxial um diesen
herum angeordneten elastischen Zylinder 207C", wobei die beiden elastischen Zylinder
207C' und 207C" zwischen sich einen Vorverdichterhohlraum 221' einschließen. Diesem
Niederdruckzylinder 207C ist der Hochdruckzylinder 207 mit seinem Hochverdichterhohlraum
221 nachgeschaltet. Beide Zylinder 207 und 207C sind an einer zwischen ihnen angeordneten
beweglichen
Flanschscheibe 205 befestigt. Die unbeweglichen Flanschscheiben befinden sich an
den axialen Enden der Zylinder, Flanschscheibenzylindereinheit, und sind mit 203
und 203' bezeichnet. Die beiden unbeweglichen Flanschscheiben 207 und 203' sind
über das Zylindergehäuse 250 miteinander sowie mit dem Kurbelgehäuse- 251 und dem
nicht dargestellten Maschinengestell verbunden.
-
Die Antriebsdrehbewegtu wird von einer Kurbelwelle 253 über ein Pleuel
255 in die Längsbewegung einer Führungsstange 257 übersetzt, die mit der beweglichen
Flanschscheibe 205 bei 259 fest verbunden ist. Die Führungsstange 257 kann in einer
gehäusefesten Buchse 261 beispielsweise mittels Wälzkörpern 263 axial geführt sein.
Die Verbindiii zwischen dem Pleuel 255 und der Führungsstange 257 erfolgt über ein
Gelenk 265.
-
Bei dieser Bauweise dient der Hohlraum innerhalb des inneren elastischen
Zylinders 207C' zur Unterbringung der Geradführungsmittel für den Flansch 205. Der
schädliche Raum innerhalb des elastischen Niederdruckzylinders 207C' wird somit
in vorteilhafter Weise ausgenutzt, um den Verdichter kurzbauend zu machen. Der schädliche
Raum innerhalb des elastischen Hochdruckzylinders 207 ist mit einem Verdränger oder
Plunger 267-ausgefüllt, der ein Gehäuse für ein Auslaßventil 269 bildet.
-
Der Ladungswechsel dieses zweistufigen Verdichters wird durch Plattenventile
271 (in der Flanschscheibe 203') bzw. 273 (in der beweglichen Flanschscheibe 205)
sowie durch das Auslaßtellerventil 269 vorgenommen. Die Ventile 271, 273 und 269
sind federbelastet und wirken bei Druckwechsel infolge des Richtungswechsels bei
der Bewegung der beweglichen Flanschscheibe 205.
-
Der Verdichter nach Fig. 2 stellt einen sogenannten Gleichstromverdichter
mit
gutem Wirkungsgrad dar, wobei das Volwverdichtungsverhältnis £ = 3 den Verhältnissen
in Fig. 1B entspricht.
-
In Fig. 3 wird der Einsatz des elastischen Zylinders nach der Erfindung
anhand einer Brendçraftmaschine nach Art eines Zweizylinder-VierteXkt-Otto-Motors
erläutert. Fig. 3A zeigt dabei zwei nebeneinander angeordnete elastische Zylinder
307, die auf dem Nbtorgehäuseoberteil 350 stehen, das zugleich den Zylinderboden
bildet und die feste Verbindung zur Lagerung 351 der Kurbelwelle 352 herstellt.
Das Motorgehäuseoberil 350 enthält einen vergaserseitigen Gaseinlaßkanal 353 (Fig.
3B), den Gasauslaßkanal 354, die Gaswechselventile 355 und 35G sowie deren Führungsbuchsen
357 und Ventilfedern 358 (Fig. 3C).
-
Kipphebel 359 und 360 zur Steuerung der Ventile 355 und 356 werden
von einer Nockenwelle 361 nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten des Viertaktverfahres
gesteuert. Dazu gehören die von Zahnrädern 362 und 364 im Verhältnis 1:2 von der
Kurbelwelle 352 zwangsläufig übertragenen Drehbewegungen.
-
Die elastischen Zylinder 307 sind mit einem gemeinsamen Kop:E-flansch
305 gasdicht verbunden. Dieser Kopfflansch steht über zwei als Pleuel wirkende,
aber fest mit dem Kopf verbundene Stangen 365 über Kurbelzapfenlageraugen 366 und
Kurbel zapfenbolzen 367 mit den Kurbelscheiben 368 in Verbindung.
-
Die elastischen Zylinder 307 weisen einen translatorischen Freiheitsgrad
in Richtung ihrer Mittelachsen, d. h. in Richtung ihres Kompressions- bzw. Expansionshubes
auf. Darüber hinaus gestattet die Elastizität der Zylinder dem Kopfflansch seitliche
Beugebewegungen, die kinematisch gesehen zwei weitere Freiheitsgrade darstellen.
Zur Erfüllung der Zangslaufbedingung wird der eine Freiheitsgrad durch eine geradführende
Pleuel-Kopfflanschverbindung 369 erfaßt und zur Einsparung
eines
Drehgelenkes - des Kolbenbolzens und Pleuellagers -ausgenutzt. Der zweite Freiheitsgrad
wird von einer Geradführung der kopfseitigen Rollen 371 in gehäusefesten Laufbahnkonsolen
372 aufgenommen. Dabei kann wenigstens für eine der Rollen 371 und die. entsprechende
Laufbahn 373 eine Profilierung vorgesehen werden, die das Pleuelpaar 365 in ihrer
seitlichen Spurhaltung unterstützt. Die Tatsache, daß der Zylinderkopf in Form der
beweglichen Flanschscheibe 305 in dieser Konzeption des I(urbelgetriebes die Konturen
der elastischen Zylinder in wellenförmige Bewegungen versetzt, ist auf die Wechselwirkung
von Gaskräften und Fuurbelkrciften zur Erzeugung eines Drehmomentes ohne Bedeutung.
-
Das Gehäuseunterteil 374 umfaßt das Kurbelwellenlager 351 und enthält
das Schaltgetriebe mit dem Antriebsrad 375.
-
Wie Fig. 3C zeigt, ist der Brennraum 321 oal ausgebildet, wodurch
die Ventile günstig nebeneinander angeordnet werden können. Der Fremdzündung dienende
Zündkerzen 376 münden neben den Ventilen 355 und 356 im Brennraum 321. Bei Dieselbetrieb
befinden sich an der Stelle der Zündkerze Einspritzdüse und Vorkammer.
-
Durch die Verwendung von elastischen Zylindern nach der Erfindung
ergeben sich, wie die Fig. 3A bis 3C zeigen, ganz neue Konstruktionsge si chtspunkte
für Vi ertakt-Otto-Motoren oder Dieselmotoren. -So kann der Querschnitt des Brennraumes
optimal gestaltet werden und läßt sich eine kurze Motorlänge realisieren. Die bisher
notwendige Motorölwanne entfällt vollständig. Weiterhin stehen die Ventile im heißen
Bereich des Motors, während ihre Führungsschäfte hingegen im kalten Bereich liegen,
wo sie mit langlebigem Getriebeöl versorgt werden können. Dies gilt im übrigen auch
für die gesamte Ventilsteuerung, die nahe der Kurbelwelle sehr leicht und mit geringen
zu
bewegenden Massen zu bewerkstelligen ist. Schließlich ist der heiße Teil des Motors
noch gasdicht und schmierstofffrei, wodurch er sich außer einem guten Wirkungsgrad
auch durch Startfreudigkeit auszeichnet. Durch die Ausbrüche 377 und 378 wird die
Wärmeleitung vom heißen zeal kalten Teil des Motors stark reduziert.
-
Der elastische Zylinder nach der Erfindung bietet vollkommen neue
konstruktionserleichternde Gesichtspunirte für Zweitaktmaschinen. In Fig. 4A bis
4E wird die Möglichkeit der Vorverdichtung und Nachverdichtung bei einer beispielsweise
mit einer Taumelscheibe arbeitenden Axialzylindermaschine erläutert.
-
Die Fig. 4A bis 4D zeigen vier Arbeitsphasesn, die jeweils bei einer
Winkeldrehang von 900 aufeinander fot'gen und wobei ein periodischer Ladungswechsel
stattfindet.
-
Zwischen zwei gestellfesten Flanschscheiben 403 und 403' sind, getrennt
durch eine bewegliche Flanschschebe 405, koaxiale elastische Zylinder 407CI und
407CII vorgesehen. Die koaxialen elastischen Zylinder 407C umschließen zwei innere
Brennräume 4211I und 4211II und trennen diese von den außen von ihnen gelegenen
ringförmigen Verdichtungsräumen 422I und 4212II. Innerhalb der beweglichen Flanschscheibe
405 befindet sich ein Drehschieber 448 mit einem Ventilschlitz 449. Der Drehschieber
4l8 wird beispielsweise auf eine in Fig. 4F beschriebene Weise gesteuert.
-
Die koaxialen Zylinder 407CI und 407C11 sind, wie die Fig. 4A bis
4E zeigen, exzentrisch gegeneinander ve;r-setzt. Durch diese exzentrische Versetzung
kommen kurze Gaswechselkanäle zustande.
-
Bei der in Fig. 4A dargestellten Arbeitsphase der Zylinderanordnung
nach den Fig. 4A bis 4E ist das Gas im Verdichtungsraum 4212I maximal vorverdichtet
und strömt gerade durch den
Ventilschlitz 449 des Drehschiebers
448 in den Brennraum 4211in ein. Dabei schiebt das einströmende, aus einem Lufttreibstoffgemisch
bestehende Gas das durch große Ringe 450 dargestellte expandierte Gas durch ein
geöffnetes Auslaßventil 451 in eine Abgasleitung ein. Zur gleichen Zeit ist der
Frischgasansaugvorgang durch Ventile 452 in den Vorverdichturgsz raum 4212in beendet.
In dem Brennraum 42111 befindet sich bei geschlossenem Auslaßventil 453 in dem Brennraum
4211I zur Zündung maximal vorverdichtetes Gemisch. Dieses Gemisch wird durch einen
Zündfunken, der durch das Blitzzeichen 454 angedeutet ist, gezündet.
-
Das sich aufgrund der Zündung explodierende Gemisch in dem Brennraum
42111 erhöht daraufhin seinen Druck und treibt mit wachsendem Volumen die Flanschschelbe
405 nach links. Hat sich der Drehschieber um einen Winkel von 900 gedreht, dann
findet sich bei den Zylindern die Stellung nach Fig. 4B, wobei die Flanschscheibe
4-05 aufgrund der geleisteten Entspannungsarbeit des Gasvolumens im Brennraum 4211I
die Mitte zwischen den Flanschscheiben 403 und 403' erreicht hat. Durch geöffnete
Ventile 455 strömt frisches Gasgemisch durch Ansaugung in den Verdichtungsraum 42121
ein. Zur gleichen Zeit wird das Gas im Verdichtungsraum 4212II vorverdichtet. Alle
übrigen Ventile 451, 452, 449 und 453 sind geschlossen.
-
Hat sich der Drehschieber 448 um weitere 900 gedreht, dann hat er
die in Fig. 4C dargestellte Stellung erreicht, die dem oberen Totpunkt entspricht.
Der Drehschieber 448 gibt nun mit seinem Schlitz 449 das Überströmen des vorverdichteten
Gases aus dem Verdichtungsraum 4212in in den Brennraum 4211I frei. Das einströmende
Frischgas schiebt die verbrannten Gase an dem geöffneten Ventil 453 vorbei in die
Abgasleitung. Der Gaswechsel ist beendet, wenn die Öffnung 449 im Drehschieber 448
wieder geschlossen ist. Im Brennraum 4211II erfolgt die
Zündung
des Gasgemisches, und die Flanschscheibe 405 bewegt sich aufgrund der Entspannungsarbeit
des Gases im Brennraum 4211 in wieder nach links. Dabei wird das in dem Vorverdichtungsraum
42121 befindliche Gas vorverdichtet.
-
Fig. 4D zeigt nun den spiegelbildlichen Verlauf zu dem Verlauf nach
Fig. 4B. Der Ventilschlitz 449 ist geschlossen, das Volumen in dem Brennraum 4211II
expandiert, der Verdichtungsraum 421 2in saugt frisches Gemisch an, und das Volumen
im Brennraum 4211I wird durch Kompression verringert ebenso wie das Volumen in dem
Verdichtungsraum 42121.
-
In Fig. 4E ist schließlich wieder die Ausgangsstellung nach Fig. Iii
erreicht, in der durch den geöffneten Ventilschlitz 449 vorverdichtetes Gemisch
aus dem Verdichtungsraum 42121 in den Brennraum 421 ill einströmt unter Ausstoß
der verbrannten Gase.
-
Der Vorteil des Aufbaues einer Brennkraftmaschine mit paarweise angeordneten
koaxialen elastischen Zylindern hat den Vorteil, daß jeder heiße innere elastische
Zylinder 407C' von einem kalten äußeren elastischen Zylinder 407C" umgeben ists
Die Ladungswechse] zweier an der gemeinsamen Flanschscheibe 405 angreifenden Koaxialzylinderpaare
407C1 und 407C2 erfolgen kreuzweise, so daß das Füllen und Ausschieben in jedem
Zylinder nach dem Gleichstromverfahren erfolgt. Es gilt als bekannt, daß die Ventile
vorzugsweise mit sich überschneidenden Steuerzeiten geöffnet bzw. geschlossen werden.
Im dargestellten Ladungswechsel ist ein Aufladen bis zu einem höheren Gasdruck als
zurn Spülen der Verbrennungsräume möglich, da die Ventile nicht wie bei Hubkolbenmaschinen
von einer Kolbenkante totpunktabhängig gesteuert werden. Hier erweist sich auch
die TgZahlfreiheit der Zylindervolumen von Vorverdichten im Vorverdichtungsraum
4212 und Nachverdichten im Brennraum 4211 trotz gemeinsamen gleichen Hubes als besonders
vorteilhafter Parameter.
-
Der in Fig. 4A bis 4E dargestellte Ladungswechsel läßt sich außerordentlich
günstig in einer in Fig. 5 dargestellten, mit einer Taumelscheibe arbeitenden Axis1zylinderbrennkraftmaschine
verwirklichen. Die Maschine arbeitet nach dem Otto-Verfahren mit Fremdzündvmg. Über
den Umfang der Maschine verteilt werden beispielsweise sechs koaxiale Paare elastischer
Zylinder 407C angeordnet, womit sich eine Zwölfzylinderbrennkraftmaschine ergibt.
Wie bei der Prinzipskizze nach den Fig. 4A bis 4E stützen sich die koaxialen elastischen
Zyl-.nder 407C¹ und 407C² außen jeweils an ortsfesten unbeweglichen Gehäuseflanschen
503 und 503' ab, während beide koaxialen elastischen Zylinder 507C innenseitig an
einer als Flanschscheibe wirkenden Taumelscheibe 505 befestigt sind. Die koaxialen
Zylinder 507C sind an der Taumelscheibe 505 gasdicht und mechanisch hochbelastbar
befestigte Zentrisch und achsparallel befindet sich in der Maschine ein räumliches
Getriebe 548, welches die von dem Gas in den Zylinder 507C auf die Taumelscheibe
505 ausgeübten Kräfte in eine Rotationsbewegung umsetzt. hierzu ist die Kurbelwelle
5lyse mit einem gekröpften Mittelteil 550 versehen, der in der gegen Roationsbewegungen
gesicherten Taumelscheibe 505 drehbar gelagert ist mittels der Wälzlager 551. Die
Sicherung der Taumelscheibe gegen Rotationsbewegungen wird mit Hilfe eines homokinetisöhen
Gelenkes 552 herbeigeführt. Die taumelnde translatorische Bewegung wird über den
gekröpften Kurbelmittelteil 550 in eine Roationsbewegung umgesetzt. Das homokinetische
Gelenk besteht aus einem gehäusefesten Ring 553, Kugeln 554 und einem an der Taumelscheibe
angeordneten Ring 555. Wälzrillen 556 sperren den Freiheitsgrad der Rotation.
-
Das als Sperre dienende homokinetische Gelenk 552 hat den Vorteil,
daß es die Antriebsübertragung der Drehschieberventile von dem kurbelwellenfesten
Zahnrad 561 radial durch den Ring 555 hindurch über die Zwischenräder 560 und 559
auf die Drehschieber 557 zuläßt.
-
Innerhalb der Taumel scheibe ist für jedes koaxiale Paar elastischer
Zylinder 407C ein Drehschieber 557 vorgesehen, der um eine Welle oder Achse 558
dreht. Der Drehantrieb erfolgt dabei über Zwischenräder 559 und 560 von einem auf
dem gekröpften Mittelteil 550 der Kurbelwelle 549 befestigten kltriebszahnrad 561.
Die in der Taumelscheibe 505 vorgesehenen Drehschieber 557 sind mit je zwei Ventilschli.tzen
562 und 563 versehen, so daß die Drehschieber mit der halben Kurbelwellendrehzahl
rotieren können.
-
Die Ventilschlitze 562 und 563 bewirken die in den Fig. 4A bis 4E
dargestellte kreuzweise Gasführung des vorverdichteten Frischasgemisches in die
Verbrennungsräume, und zwar dadurch, daß die korrespondierenden flanschfesteu Gaskanäle
diametral gegenüberliegender Zylinderpaare um 900 versetzt angeordnet sind (Fig.
5B und 5C3.
-
Weitere für den Kreisprozeß wesentliche Steuerorgane sind die in dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gewählten unterdruckge-.steuerten Plattenventile
565 an einem Ringkanal 566, der mit dem Treibstoffver.nebIer oder -vergaser in Verbindung
steht. Weiterhin sind von Bedeutung die von zwei Nockenscheiben 567 und Kipphebeln
568 gesteuerten Tellerventile 569, die an einen Ringkanal 570 angeschlossen sind,
der mit dem Abgassystem des Motors in Verbindung steht. Weitere funktionsalichtige
Bauteile sind Zündkerzen 571, die Keilriemenscheibe 572 und eine Schiung- und Kupplungsscheibe
573.
-
Als weitere Besonderheit der Rremraftmaschine nach der Erfindung ist
zu erwähnen, daß der heißeBereich längs des äußeren, von den Zylindern besetzten
Ringes von dem zentralen Maschinenbereich, der die Kurbelwelle sowie die Lager von
Kurbelwelle und Taumelscheibe aufnimmt, thermisch getrennt ist.
-
Hierzu sind in den Gehäuseflanschen 403 und 403' Durchbrüche 574
vorgesehen,
die zugleich eine gute Belüftung des Maschineninneren zulassen. Eine öldichte Trennung
zwischen den inneren Getrieben 548 und 552 gegenüber dem luftgekühlten Raum 577
läßt sich mit einer sphärischen Rollmembran 575 herbeiführen.
-
Damit ist ein optimaler Schutz der Lager tut9, 550 und 552 sowie der
Räder 559 und 560 sichergestellt.
-
Patentansprüche: