DE2811460A1

DE2811460A1 - Gekruemmter zylinder

Info

Publication number: DE2811460A1
Application number: DE19782811460
Authority: DE
Inventors: Murua Alberto Gaston Domenge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-09-21
Also published as: FR2384102A1; IT7821200V0; IT7821326A0; AU3432278A; IT1093869B; SE7803060L; JPS53140478A

Description

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ALBERTO GASTON DOMENGE MURUA, Mexico Io, D.F. Mexico

Gekrümmter Zylinder

Die einzige Zylinderart, die "bisher in Brennkraftmaschinen, Dampfmaschinen, Druckluftmotoren, Pumpen, Verdichtern u. dgl. verwendet wird, ist der geradlinige, einen hin- und hergehenden Kolben enthaltende Zylinder, der, wie sein Name sagt, streng zylindrische Form hat.

Im Motorenbau gibt es verschiedene typische Zylinderanordnungen, z. B. den Einreihenmotor, den Boxermotor (einander gegenüberliegende Zylinder), den Y-Motor, den Sternmotor usw. Bei allen diesen Motorformen hat der Zylinder die herkömmliche Form, und der in ihm enthaltene Kolben führt eine Hin- und Herbewegung längs einer geraden Bahn aus.

Bei dem sog. Drehkolbenmotor (Wankel-Motor) werden keine Zylinder verwendet, sondern ein "Kolben" mit im wesentlichen Dreiecksform, der in einem Gehäuse rotiert, dessen Innenquerschnitt angenähert oval und in der Mitte gering eingezogen ist.

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Einrichtungen mit herkömmlichen Zylindern "benötigen unbedingt eine Kurbelwelle, um die geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Derartige relativ komplizierten Mechanismen bringen naturgemäß eine unvermeidbare Reibung sowie Torsion und Schwingungen mit sich, die in Wärme umgewandelt werden, wodurch der thermodynamische Wirkungsgrad vermindert wird.

Bei Verwendung des gekrümmten Zylinders nach der Erfindung, bei dem ebenfalls ein Kolben hin- und hergeht, erfolgt die Kolbenbewegung längs einer gekrümmten Bahn entsprechend der kreislinienförmigen Krümmung des Zylinders. Es ist einfacher und thermodynamisch wesentlich wirkungsvoller-, eine oszillierende Bewegung in eine Drehbewegung umzusetzen, als eine Hin- und Herbewegung längs einer geraden Bahn in eine Drehbewegung umzusetzen. Der thermodynamische Vorteil des gekrümmten Zylinders besteht in einer Kraftstoffeinsparung sowie einer Verringerung des Motorgewichts und des Raumbedarfs.

Der gekrümmte Zylinder vermeidet vollständig die Kolbenreibung, die die Wandungen (oder Buchsen) des Zylinders infolge des seitlichen Schubs des Kolbens beim Verdichten und beim Arbeitshub verschleißt. Ferner wird auch die Reibung an beiden Verbindungsstellen der Pleuelstange, nämlich dem oberen Verbindungspunkt mit dem Kolben und dem unteren Verbindungspunkt mit der Kurbelwelle, beseitigt. Die Reibung dieser sich bewegenden leile wird ebenso beseitigt wie der Bedarf an teuren Lagern und Laufbuchsen, die beim Gebrauch verschlissen werden. Infolgedessen können Kühl- und Schmiermittelsysteme vereinfacht und der Schmiermittelverbrauch vermindert werden. Ferner

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ist zu beachten^ daß "bei Verwendung des gekrümmten Zylinders hohe Drehmomentwerte erreichbar sind, wobei bei relativ niedrigen Kolbengeschwindigkeiten (z₀ B₀ ausgedrückt in Kolbenarbeitsspielen pro Sekunde) begonnen und ein weiter G-esehwindigkeitsbereich durchlaufen wird.

Ferner werden durch Verwendung des gekrümmten Zylinders und Kolbens in Einzel=· oder Mehrfachkombinationen mit gleichen oder unterschiedlichen Zylinderdurchmessern die im Motoren-, Pumpen- und Yerdichterbau vorhandenen Mög~ lichkeiten stark erweitert„ und auf einigen speziellen Anwendungsgebieten, xiro eine streng kreis linienförmige oder oszillierende Bewegung auftritt„ z_o B₀ im Fall von Motorsägen, sind die Vorteile und der erhöhte Wirkungsgrad im Vergleich mit herkömmlichen Motoren und Antriebsvorrichtungen offensichtliche

Der Zylinder nach der Erfindung ist ein gekrümmtes rohr-= förmiges Element, das für einige Anwendungszwecke ein offenes Ende haben kann? es enthält einen Kolben und eine davon ausgehende Kolbenstange ₉ die die gleiche Krümmung wie das rohrförmige Element bzw«, der Zylinder haben kann. Der Zylinder kann auch beidendig offen sein5 in diesem Fall sind zwei gegenüberliegende Kolben mit Kolbenstangen verwendbar_s wobei jede Kolbenstange von ihrem jeweiligen Zylinderende vorsteht_o

Pur die Zwecke der Erfindung wird betont„ daß Buchsen^ Kolbenringe, Ausströmöffnungen^ Absperrorgane sowie Kühl= und Schmiermittelsysteme als bekannt anzusehen sind und sich je nach dem spezifischen Verwendungszweck der An=

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Ordnung ändern können. Aus diesem Grund wird es als unwichtig erachtet, derartige Systeme oder Elemente im einzelnen zu erläutern, da sie nicht Teil der Erfindung sind.

Der Zylinder und Kolben nach der Erfindung ist in unterschiedlichen mechanischen Anordnungen in verschiedenen längen und Durchmessern und für unterschiedliche !Punktionen anwendbar. Z. B. ist die Erfindung in Brennkraftmaschinen mit einem oder mehreren gekrümmten Zylindern anwendbar. In dem sehr einfachen Pail eines Zweizylindermotors, bei dem jeder Zylinder einen Kolben enthält, kann der gekrümmte Zylinder mit seinem Innenkolben und der davon ausgehenden Kolbenstange mit dem anderen gekrümmten Zylinder verbunden sein, so daß eine Einheit mit gekrümmt einander gegenüberliegenden Zylindern gebildet ist, die Eutzarbeit tangential längs einer gekrümmten Bahn überträgt und eine wechselweise oszillierende Bewegung erzeugt; diese kann durch einen Radialhebel übertragen werden, wodurch der Mechanismus betätigt wird, der die von den Kolben gelieferte Arbeit in eine Drehbewegung umsetzt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein gekrümmter Zylinder verwendet, der beidendig offen ist und zwei Kolben aufnimmt. Bei Verwendung dieses Zylinders als Brennkraftmaschine würde die Brennkammer aus dem Innenraum im Zylinder zwischen den beiden gegenüberliegenden Endflächen der Kolben bestehen.

Der vorstehend erläuterte Doppelkolbenzylinder ist mit anderen, gleichartigen Doppelkolbenzylindern zur Bildung

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von rotationssyimnetrischen Motoren oder Vorrichtungen für Pumpen, Verdichter od„ dgl. verwendbar, oder er ist mit anderen gekrümmten Einkolbenzylindern sowie her=» kömmlichen Zylindern kombinierbar„ Diese Zylinder können den gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser haben. Die Anzahl Kombinationsmb'glichkeiten ist sehr groß.

Es ist ersichtlich, daß der gekrümmte Zylinder für Dampf= maschinen, Druckluftmotoren, verschiedene Pumpenarten, Verdichter, Stoßdämpfer, Hydraulikpressen, Schwingungsdämpfer, Wasser- und andere Pluidmesser sowie allgemein als sehr vorteilhafter Ersatz oder als komplementäre Einheit für herkömmliche Einrichtungen, die den üblichen, streng geradlinigen Zylindertyp verwenden, brauchbar ist₀

Durch die Erfindung wird also ein gekrümmtes rohrförmiges Element, das geometrisch ein flaches Segment eines kreisförmigen Torus ist und der Einfachheit halber als gekrümmter Zylinder bezeichnet wird, angegeben. Dieser gekrümmte Zylinder enthält einen oder zwei Kolben, deren jeder eine Kolbenstange hat, die die gleiche Krümmung wie der Kolben und der Zylinder hat. Einer oder mehrere gekrümmte Zylinder sind miteinander kombinierbar zur Bildung einer Antriebseinheit, z. B. einer Brennkraftmaschine, einer Dampfmaschine, eines Druckluftmotors, oder anderen Einheiten₉ z. B. von Wasser- oder anderen Fluidpumpen, Druckerhöhungspumpen, Hydraulikpressen, volumetrischen Wassermessern, Verdichtern, Antriebszylindern, Bremszylindern, Stoßoder Schwingungsdämpfern u. dgl., wobei eine oszillierende Bewegung längs einer gekrümmten Bahn in eine Drehbewegung oder umgekehrt umgewandelt oder auch nur eine oszillierende Bewegung übertragen wird.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines einzelnen gekrümmten Zylinders mit Kolben und Kolbenstange;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht eines gekrümmten Zylinders mit zwei Kolben;

Fig. 3A verdeutlichen die Anwendung eines und 3B einzelnen gekrümmten Zylinders bei

einer Dampfmaschine oder einem Druckluftmotor mit Schieberventil; und

Fig. 4- eine schematische Ansicht einer Zweizylinder-Brennkraftmaschine, wobei die gekrümmte Zylinderkonstruktion angewandt wird.

Fig. 1 zeigt einen gekrümmten Zylinder 10 mit einem Innenkolben 11 und einer gekrümmten Kolbenstange 12.

Fig. 2 zeigt einen gekrümmten Zylinder 10^! mit zwei entgegengesetzten Kolben 11 und ihren entsprechenden Kolbenstangen 12; zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der Kolben ist ein Raum 14 ausgebildet, der z. B. eine Brennkammer sein kann.

Bei Verwendung als Dampfmaschine (vgl. die Fig. 3A und enthält der gekrümmte Zylinder 10" den Kolben 11 und die

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ebenfalls gekrümmt verlaufende Kolbenstange 12, wobei der Zylinder mit einer Öffnungs- und Ventileinheit 15₉ die ein ScMeberventil 16_S eine Auslaßöffnung 17 und eine Einlaßöffnung 18 umfaßt₉ entweder einstückig oder in geeigneter Weise verbunden ist„

Pigο 3A zeigt schematisch den Arbeitszyklus des Dampf= masehinenzylindersj, wobei das Schieberventil 16 links angeordnet istp so daß der hochgespannte Dampf in den Zylinder 10" eintritt und sich darin entspannt_? wodurch der Kolben 11 nach links verschoben wird," die Auslaßöffnung im linken Teil des Zylinders ist offen, so daß durch sie der verbrauchte Niederdruckdampf entweicht und durch den Dampfauslaß 17 zum Verdichter (nicht gezeigt) oder zur Atmosphäre gelangte

3B verdeutlicht den entgegengesetzten Arbeitszyklus des DampfmaschinenzylinderSj wobei das ScMeberventil

16 rechts angeordnet ist; dort tritt der hochgespannte Dampf in die linke Zylinderkammer ein und drückt den Kolben nach rechts j der verbrauchte entspannte Dampf in der rechten Zylinderkammer tritt aus dem Dampfauslaß

17 aus.

Bei der vorstehend erläuterten Arbeitsweise der Anordnung nach den Figo 3A und 3B wird der Kolben 11 vom einen Ende des gekrümmten Zylinders 10" zum anderen Ende desselben verdrängt, wodurch eine wechselweise oszillierende Bewegung längs einer Kreisbahn erzeugt wird; die Kolbenstange 12 ist dabei zweckmäßigerweise so angeschlossen, daß sie ihre Punktion in irgendeiner erwünschten Vor= richtung ausüben kann_o

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Vorstehend "wurde der gekrümmte Zylinder im Zusammenhang mit einer Dampfmaschine erläutert, er ist jedoch ebenso mit Druckluft, Gas oder einem anderen Fluid verwendbar.

Bei der Doppelsylinderanordnung nach Fig. 4 werden zwei gekrümmte Zylinder 10 \^Terwendet, deren jeder eine Kolbenstange 11 aufweist; "beide Zylinder sind auf einem Bogen angeordnet, der mit der gekrümmten Form der Zylinder kolnsident ist. Eine einsige Kolbenstange 12^f verbindet die beiden Kolben und trägt eine mittig befestigte Treibstange 12"₉ die in irgendeiner herkömmlieiien funktionell en Art mit der konzentrischen Mitte 19 verbunden ist, so daß sie an dieser Mitte eine Drehbewegung bewirkt.

Der gekrümmte Zylinder ist weiterhin sehr vorteilhaft für die Konstruktion und den Eau von Stoßdämpfern geeignet, da die Resultierende des Stoßes im allgemeinen tangential verläuft (bei Aufhängevorrichtungen, bei denen der Radwinkel relativ zum Fahrzeugaufbau änderbar ist), was auch für die Dämpfungskraft eines einen gekrümmten Zylinder umfassenden Stoßdämpfers zutrifft.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß der gekrümmte Zylinder für Antriebseinheiten geeignet ist, die einen oder mehrere gekrümmte Zylinder mit Innenkorben und einer ein- und ausfahrbaren Kolbenstange verwenden? dabei ergibt sich eine Anzahl flexible Anordnungen zur Anwendung in Brennkraftmaschinen, Dampfmaschinen, Druckluftmotoren, Druckerhöhungspumpen, Antriebs- und BremsEylindern, Stoß- und Schwingungsdämpfern, Verdichtern usv.-., wobei das gleiche Grundprinzip anwendbar ist.

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Claims

Ansprüche

r\\ Zylinder mit wenigstens einem offenen Ende₉

dadurch gekennzeichnet;,

daß der Zylinder (10; 10"; 10") gekrümmt ausgebildet ist und einen in ihm verschiebbaren Kolben (11) sowie eine damit verbundene Kolbenstange (12; 12O₉ die sich gekrümmt durch das offene Zylinderende erstreckt, um= faßt.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s daß der Kolben (11) und die Kolbenstange (12) die gleiche Krümmung wie der Zylinder (10) haben.
3. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß beide Enden des Zylinders (10·) offen sind und daß er zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kolben (11) enthält, wobei sich die Kolbenstangen (12) entgegengesetzt zueinander von den jeweiligen Kolben (11) durch die entsprechenden offenen Zylinderenden erstrecken«,

O132-(4567)-schö

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4. Mehrfachanordnung von Zylindern nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gekrümmte Zylinder (10) in axialer Richtung um einen gemeinsamen Mittenpunkt (19) angeordnet sind, daß die Kolbenstangen (12¹) ihrer Kolben (11) miteinander verbunden sind zum Erzeugen einer hin- und hergehenden krummlinigen Bewegung, und daß eine !Treibstange (12") mit den Kolbenstangen (12') und dem gemeinsamen Mittenpunkt (19) verbunden ist und an dem gemeinsamen Mittenpunkt (19) eine Drehbewegung bewirkt.
5. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Zylinder (10") und sich in diesen öffnend eine Yenti!einrichtung (15) zum Betätigen des Kolbens (11) im Zylinder (10") angeordnet ist.
6. Mehrfachanordnung von Zylindern nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Endzylinder und mehrere zwischen diesen liegende Zwischenzylinder, wobei jeder Endzylinder eine einzige Kolbenstange und jeder Zwischenzylinder zwei Kolbenstangen enthält, die Kolbenstangen der Kolben mit den Kolben jeweils benachbarter Zylinder verbunden sind zum Erzeugen einer hin- und hergehenden krummlinigen Bewegung und an den Kolbenstangen und dem gemeinsamen Mittenpunkt Treibstangen gesichert sind, die eine Drehbewegung an dem gemeinsamen Mittenpunkt bewirken.

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