DE3319720A1 - Kraftquelle - Google Patents

Kraftquelle

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DE3319720A1
DE3319720A1 DE19833319720 DE3319720A DE3319720A1 DE 3319720 A1 DE3319720 A1 DE 3319720A1 DE 19833319720 DE19833319720 DE 19833319720 DE 3319720 A DE3319720 A DE 3319720A DE 3319720 A1 DE3319720 A1 DE 3319720A1
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Brian George 3125 Burwood Victoria Catchpole
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Description

Kraftquelle.
Die Erfindung betrifft eine Kraftquelle mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Ladegebläse, wobei die 5. Maschine einen Zylinder, zwei einander gegenüberliegende und eine Verbrennungskammer im Zylinder begrenzende Kolben, "' ' · einen Einlaß im Zylinder für den Zutritt einer Kraftstoffladung in die Verbrennungskammer und einer Auslaß im..Zylinder für den Ausstoß von Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungskammer umfaßt,, wobei die beiden Kolben während eines Verdichtungshubs innerhalb des Zylinders gegeneinander bewegbar sind, um die Kraftstoffladung zu verdichten, und während eines Expansionshubs nach Zündung der verdichteten Ladung voneinander weg bewegbar sind, und wobei das Ladegebläse geeignet ist, die Kraftstoffladung durch den Einlaß unter Druck in die Verbrennungskammer zu befördern.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kraftquelle, welche als Kraftquelle für ferngesteuerte Fluggeräte geeignet ist, ohne daß die Erfindung auf diesen besonderen " Anwendungszweck beschränkt ist.
Ferngesteuerte Fluggeräte, die relativ kleine Kraftquellen erfordern, sind gut bekannt, vorzugsweise als Hobby. Derartige Fluggeräte erfordern eine kompakte und ausreichend kräftige Kraftquelle. Viele bisher bekannt gewordene Maschinen sind jedoch nicht für Flugzeuge mit einer Spannweite von einigen Metern geeignet. Derartige Flugzeuge werden benötigt, um größere Lasten zu tragen, wie z.B. Kameras für Aufklärungs- und Überwachungszwecke.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftquelle zu schaffen, die verhältnismäßig einfach und kompakt herstellbar ist, um für die Anwendung in kleinen Fluggeräten geeignet zu sein. 5
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das Ladegebläse umfaßt:
eine Pumpenkammer mit inneren Kammerwandungen, einen angetriebenen, exzentrisch in der Pumpenkammer gelagerten Rotor,
wenigstens einen Pumpenflügel mit einer verschwenkbar am Rotor gelagerten inneren Kante und einer äußeren Kante, welche unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors gegen die Kammerwandungen legbar und gegen den Rotor zurückschwenkbar ist, eine Einlaßöffnung zur Aufnahme eines für die Kraftstoffladung benutzten Strömungsmittels, wobei die Einlaßöff nung in der Kammerwandung in deren Expansionsabschnitt angeordnet ist, in welchem sich die Außenkante dieses wenigstens einen Pumpenflügels unter dem Einfluß der Zen-' trifugalkraft vom Rotor nach außen bewegt, eine Auslaßöffnung in der Kammerwandung in deren Verdichtungsabschnitt, in welchem sich die Außenkante dieses, wenigstens einen Pumpenflügels nach innen gegen den Rotor bewegt, wo sich die Kammerwandung dem exzentrisch gelagerten Rotor nähert, wobei die Auslaßöffnung mit dem Einlaß des Zylinders in Verbindung steht, um das Strömungsmittel unter Druck zur Verbrennungskraftmaschine'zu befördern,
wobei der Rotor in einer solchen Richtung angetrieben wird, daß die Außenkante dieses wenigstens einen Pumpen-
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flügels hinter seiner Innenkante nachläuft, damit jeder Strömungsmittelrückdruck aus der Auslaßöffnung zwischen der Außenkante des Pumpenflügels und der Kammerwandung durch Verschwenkung des Pumpenflügels in Richtung auf den Rotor abbaubar ist.
Diese Konstruktion kann sehr kompakt angeordnet und leicht auszuführen sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der wenigstens eine Pumpenflügel über seine radiale Breite derart gekrümmt ist, daß er voneinander abgewandt eine konkave Oberfläche und eine konvexe Oberfläche aufweist, von welchen die konkave Oberfläche dem Rotor zugewandt und im allgemeinen komplementär zur Außenfläche des Ro-. tors geformt ist, derart, daß der Pumpenflügel in eine voll zurückgezogene Position verschwenkbar ist, in der die konkave Oberfläche eng an der Rotoraußenfläche anliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Pumpenflügeln vorgesehen, deren jeder verschwenkbar mit dem Rotor verbunden und so angeordnet ist, daß die Pumpenflügel in ihrer voll zurückgezogenen Stellung die gesamte Umfangsflache des Rotors überdecken.
Die Verbrennungskraftmaschine kann zwei Kurbelwellen umfassen, mit denen die Kolben jeweils über Pleuelstartgen verbunden sind, wobei die Kurbelwellen zur synchronen Drehung gekuppelt sind.
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Der Einlaß kann durch eine oder mehrere Öffnung im Zylinder gebildet werden, die so angeordnet sind, daß sie durch einen Kolben freigegeben und dadurch geöffnet werden, wenn er seine äußerste Stellung innerhalb seiner Bewegungsbahn erreicht, und der Auslaß kann durch eine oder mehrere Öffnungen im Zylinder gebildet werden, die so angeordnet sind, daß sie durch den anderen Kolben freigegeben und dadurch geöffnet werden, wenn er seine äußerste Stellung innerhalb seiner Bewegungsbahn erreicht, wobei der Einlaß und der Auslaß simultan geöffnet sind, derart, daß die unter Druck durch den Einlaß einströmende Ladung zumindest teilweise die Verbrennungsprodukte durch den Auslaß austreibt.
Anhand der nun folgenden Beschreibung einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird diese näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftquelle und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1.
Die dargestellte Kraftquelle umfaßt eine Verbrennungskraftmaschine 10 und ein Ladegebläse 11. Die Maschine 10 umfaßt einen Zylinder 12 und zwei einander gegenüberliegende Kolben 13 und 14 im Zylinder 12,· welche zwischen sich eine Verbrennungskammer 15 bilden. Ein Einlaß 16 für eine verbrennbare Ladung wie z.B. ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mündet in die Verbrennungskammer 15. Zur Ableitung der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer 15 dient ein im Zylinder 12 vorgesehener Auslaß
Die beiden Kolben 13 und 14 sind während eines Verdichtungshubs im Zylinder 12 gegeneinander beweglich, um die verbrennbare Ladung zu verdichten, und sie sind während eines Expansions- oder Krafthubs voneinander weg bewegbar, nachdem die verdichtete Ladung z.B. durch eine Zündkerze 19 "gezündet worden ist.
Die Maschine 10 enthält zwei Kurbelwellen 20 und 21 mit denen die Kolben 13 bzw. 14 mittels Pleuelstangen 22 bzw.
23 verbunden sind. Die beiden1 Kurbelwellen 20 und 21 sind um zueinander parallele Achsen drehbar und sind miteinander gekuppelt, um eine synchronisierte Rotationsbewegung auszuführen. Die synchronisierende Kupplung der beiden Kurbelwellen 20 und 21 erfolgt durch Riemenscheiben 24 und 25 oder dergl. an einander entsprechenden Enden der Kurbelwellen 20 und 21, über welche ein Zahnriemen 26 oder dergl. läuft, so daß die Kurbelwellen 20 und 21 eine synchrone Drehbewegung ausführen werden. Ein Kettentrieb oder ein äquivalenter anderer Mechanismus könnte als Alternative verwendet werden.
Die Maschine 10 kann als 4-Takt-Motor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Maschine 10 aber ein 2-Takt-Motor, so daß jede relative Annäherung der Kolben 13 und 14 einen Verdichtungshub und jede relative Entfernung einen Expansions- oder Krafthub der Maschine 10 darstellt. Die beiden Kolben 13 und 14 sind so angeordnet, daß sie sich in einem mittleren Bereich des Zylinders 12 am nächsten kommen, in welcher Position eine Zündkerze 19 zur Zündung des komprimierten Luft-Kraftstoff-Gemischs und zur dadurch bewirkten Einleitung des Expansionshubs vorgesehen ist.
Der Einlaß 16 ist an einem Ende oder im Bereich eines Endes des Zylinders 12 und der Auslaß 17 am anderen Ende des Zylinders 12 vorgesehen. Der Einlaß 16 und der Auslaß 17 können durch zugeordnete Ventile geöffnet oder geschlossen werden, die in einer im allgemeinen bekannten Weise von einer Nockenwelle gesteuert werden können. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind der Einlaß 16 und der Auslaß 17 jedoch so angeordnet, daß sie durch die Kolben 14 bzw. 13 geöffnet und geschlossen werden, d.h., der Einlaß 16 wird durch Öffnungen 28 im Zylinder 12 gebildet, die so angeordnet sind, daß sie vom Kolben 14 freigegeben und dadurch geöffnet werden, wenn er seine äußerste Stellung im Lauf seiner Bewegung erreicht, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Auslaß 17 wird durch Öffnungen 29 im Zylinder 12 gebildet, die so angeordnet sind, daß sie vom anderen Kolben 13 freigegeben und dadurch geöffnet werden, wenn er seine äußerste Stellung im Laufe seiner Bewegung erreicht (Fig. 1). Der Einlaß 16 und der Auslaß 17 sind simultan geöffnet, wodurch der Zustrom.der Kraftstoffladung unter Druck durch den Einlaß 16 zumindest teilweise die Verbrennungsprodukte durch den Auslaß 17 austreibt.
Der Einlaß 16 steht mit einem Einlaßleitungssystem 30 in Verbindung, welches sich um die Außenseite des Zylinders 12 erstreckt. In ähnlicher Weise steht der Auslaß 17 mit einem Auspuffleitungssystem 31 (Fig. 2) in Verbindung, welches sich zumindest teilweise um die Außenseite des Zylinders 12 erstreckt.
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Die dargestellte Kraftquelle umfaßt außerdem ein Ladegebläse 11, welches dazu dient, die Kraftstoff-Ladung unter Druck durch den Einlaß 16 in die Verbrennungskammer 15 zu drücken. In der Zeichnung erhält das Gebläse 11 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus einer Mischvorrichtung 34, die Kraftstoff durch den Einlaß 35 und Luft durch den Einlaß 36 erhält. Andere Anordnungen sind möglich. Z.B. kann das Gebläse 11 so angeordnet sein, daß es Luft verdichtet, in welche nach der Verdichtung Kraftstoff eingebracht wird. Die. unter Druck stattfindende Einbringung des Luft-Kraftstoff-Gemischs ist erwünscht, um die Ladung schnell in den Zylinder 12 einzubringen und bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform der Maschine 10 treibt die Einbringung des Luft-Kraftstoff-Gemische durch den Einlaß 16 unter Druck wenigstens einen Teil der Verbrennungsprodukte durch den Auslaß 17.
Das Gebläse 11 ist als Zentrifugalpumpe dargestellt, die durch die Kurbelwelle 20 der Maschine 10 angetrieben wird, und zwar - falls nötig - über ein geeignetes Getriebe.
Die gezeigte Zentrifugalpumpe umfaßt eine Pumpenkammer 40 mit inneren Kammerwandungen 41 und einem angetriebenen Rotor 42, der exzentrisch in der Pumpenkammer 40 angeordnet ist. Das Gebläse 11 umfaßt drei Pumpenflügel 43, deren jeder eine innere Kante 44 besitzt, die gelenkig mit dem Rotor 42 verbunden ist, und eine äußere Kante 45, die unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors 42 an den Kammerwandungen 41 anliegt und die sich in Richtung auf den Rotor 42 zurückverschwenken kann.
Das Gebläse 11 umfaßt eine Ansaugöffnung 46 zur Aufnahme des Luft-Kraftstoff-Gemischs, wobei die Ansaugöffnung in der Pumpenkammerwandung 41 im Expansionsbereich (linke Seite der Fig. 2) angeordnet ist, wo sich die Außenkante 45 eines jeden Flügels 43 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft vom Rotor 42 weg nach außen bewegt. Das Gebläse 11 umfaßt auch eine Auslaßöffnung 47, die sich in der Pumpenkammerwandung 41 auf der Verdichtungsseite (rechte Seite in Fig. 2) befindet, wo die Außenkante 45 eines jeden Flügels 43 nach innen in Richtung auf den Rotor 42 zurückbewegt wird, wo sich die Kammerseitenwandung 41 dem exzentrisch gelagerten Rotor 42 nähert. Die Auslaßöffnung 47 steht über die Leitung 48 und das Einlaßleitungssystem 30 mit dem Einlaß 16 des Zylinders 12 in Verbindung, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch unter Druck in die Maschine 10 zu fördern.
Der Rotor 42 wird in Richtung des Pfeils A in Fig. 2 angetrieben, so daß die Außenkante 45 eines jeden Flügels 43 hinter der Innenkante 44 nachläuft, wodurch jeder Strömungsmittelrückdruck, welcher durch die Auslaßöffnung wirksam wird, zwischen der Außenkante 45 und der Kammerwandung 41 durch Verschwenkung des Flügels 43 in Richtung auf den Rotor 42 abgebaut werden kann.
Das Gebläse 11 umfaßt ein Gehäuse 50, welches die Pumpenkammer 40 umschließt. Die Pumpenkammer 40 kann im wesentlichen zylindrisch sein, mit einem Paar nicht gezeigter, einander gegenüberliegender Stirnwände, von welchen eine durch eine abnehmbare Deckplatte gebildet sein kann, die den Zugang zur Kammer 40 für Montage-
und Wartungszwecke ermöglicht. Die zugeordnete Kurbelwelle 20 kann sich durch die andere Stirnwand erstreckken.
Vorzugsweise ist die Auslaßöffnung 47 so angeordnet, daß das Strömungsmittel nicht expandiert, wenn es in die Auslaßöffnung 47 einströmt, weil dies einen Verlust von dem Rotor 42 zugeführter Arbeit bedeuten würde.
Der Rotor 42 ist im wesentlichen zylindrisch und besitzt eine vorzugsweise durch die zugeordnete Kurbelwelle 20, d.h. die durch die von der Deckplatte abgewandte Stirnseite geführte Kurbelwelle, gebildete Antriebswelle Die Antriebswelle 51 kann in geeigneten, nicht dargestellten Lagern gelagert sein.
Die Flügel 43 sind vorzugsweise im wesentlichen rechteckig ausgebildet. Außerdem ist jeder Flügel 43 - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - längs seiner radialen Ausdehnung gekrümmt, um eine konkave und eine davon abgewandte konvexe, breite Oberfläche 52 bzw. 53 zu bilden, von denen die konkave Oberfläche 52 dem Rotor 42 zugewandt und im allgemeinen komplementär zur Außenfläche des Rotors 42 ausgebildet ist, so daß die Flügel 43 in eine voll zurückgeschwenkte Stellung bewegbar sind, in welcher die konkave Fläche 52 eng auf der Außenfläche des Rotors 42 anliegt, wie dies für den in Fig. 2 obersten Flügel dargestellt ist. Bei der Drehung in Richtung des Pfeils A in Fig. 2 wird Strömungsmittel (Luft, Kraftstoff oder Luft-Kraftstoff-Gemisch) vor der konvexen Oberfläche 53 des Flügels 43 verdichtet und hinter der konkaven Oberfläche 52 wird Strömungsmittel in
die Pumpenkammer 40 angesaugt5 wenn der Flügel 43 am Einlaß 46 vorbeistreicht.
Die drei Flügel 43 haben eine solche radiale Breite, daß die Flügel im wesentlichen die gesamte Rotoroberfläche bzw. dessen Umfang abdecken, wenn alle Flügel 43 voll auf den Rotor 42 zugeschwenkt sind. D.h,, bei drei Flügeln 43 besitzt jeder dieser Flügel einen konkaven Krümmungsradius gleich dem der Außenfläche des Rotors 42 und die Breite eines jeden Flügels 43 in radialer Richtung entspricht etwa einem Drittel des Um-'fangs des Rotors 42.
Jeder Flügel 43 ist an seiner Innenkante 44 mit einem vergrößerten Gelenkkopf zur schwenkbaren Lagerung versehen, wozu der Rotor 42 mit einer komplementären Nut 55 mit einer verengten Öffnung 56 im radial außen gelegenen Bereich der Nut 55 versehen ist, wobei der Ger lenkkopf von der Nut 55 aufgenommen wird und die verengte Öffnung 56 eine radiale Bewegung des Gelenkkopfes aus der Nut 55 verhindert. Die Gelenkköpfe erstrecken sich längs der Innenkante 44 und die Nut 55 verläuft parallel zu der Rotationsachse des Rotors 42. Jeder Flügel 43 kann mit dem Rotor 42 dadurch zusammengebaut werden, daß man den Gelenkkopf in die zugeordnete Nut 55 von einem Ende des zylindrischen Rotors 42 her einschiebt.
Die Pumpenflügel 43 können aus jedem geeigneten Material bestehen. Vorzugsweise wird ein starres, verschleißfestes Material, wie z.B. Metall verwendet,,
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Man sieht, daß ein übermäßiger Rückdruck im Auslaß die beschriebene Pumpe nicht beschädigen kann, weil die Flügel 43 durch jeden übermäßigen Rückdruck gegen den Rotor. 42 geschwenkt werden und einen Abbau des Drucks zwischen den Außenkanten 45 der Flügel 43 und den Kammerseitenwänden 41 ermöglichen. Ein Rückknäll der Verbrennungsmaschine 10 wird diese Pumpenbauart nicht beschädigen.

Claims (6)

  1. Ansprüche:
    Kraftquelle mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Ladegebläse, wobei die Maschine einen Zylinder, zwei einander gegenüberliegende und eine Verbrennungskammer im Zylinder begrenzende Kolben, einen Einlaß im Zylinder für den Zutritt einer Kraftstoff ladung in die Verbrennungskammer und einen Auslaß im Zylinder für den Ausstoß von Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungskammer umfaßt, wobei die beiden Kolben während eines Verdichtungshubs innerhalb des Zylinders gegeneinander bewegbar sind, um die Kraftstoff ladung zu verdichten, und während eines Expansionshubs nach Zündung der verdichteten Ladung voneinander weg bewegbar sind, und wobei das Ladegebläse geeignet ist, die Kraftstoffladung durch den Einlaß unter Druck in die Verbrennungskammer zu befördern, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladegebläse umfaßt: eine Pumpenkammer (40) mit inneren Kammerwandungen (41),
    einen angetriebenen, exzentrisch in der Pumpenkammer (40) gelagerten Rotor (42),
    wenigstens einen Pumpenflügel (43) mit einer verschwenkbar am Rotor (42) gelagerten inneren Kante (44) und einer äußeren Kante (45),' welche unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors (42) gegen die Kammerwandungen (41) legbar und gegen den Rotor (42) zurückschwenkbar ist, eine Einlaßöffnung (46) zur Aufnahme eines für die Kraftstoffladung benutzten Strömungsmittels, wobei die Einlaßöffnung in der Kammerwandung (41) in deren Expansionsabschnitt angeordnet ist, in welchem sich die Außenkante (45) dieses wenigstens einen Pumpenflügels (43) unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft vom Rotor (42) nach außen bewegt,
    eine Auslaßöffnung (47) in der Kammerwandung (41) in deren Verdichtungsabschnitt, in welchem sich die Außenkante (45) dieses wenigstens einen Pumpenflügels (43) nach innen gegen den Rotor (42) bewegt, wo sich die Kammerwandung (41) dem exzentrisch gelagerten Rotor
    (42) nähert, wobei die Auslaßöffnung (47) mit dem Einlaß (16) des Zylinders (12) in Verbindung steht, um' das Strömungsmittel unter Druck zur Verbrennungskraftmaschine (10) zu befördern,
    wobei der Rotor (42) in einer solchen Richtung angetrieben wird, daß die Außenkante (45) dieses wenigstens einen Pumpenflügels (43) hinter seiner Innenkante (44) nachläuft, damit jeder Strömungsmittelrückdruck aus der Auslaßöffnung (47) zwischen der Außenkante (45) des Pumpenflügels (43) und der Kammerwandung (41) durch
    Verschwenkung des Pumpenflügels (43) in Richtung auf den Rotor (42) abbaubar ist.
  2. 2. Kraftquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Pumpenflügel (43) über seine radiale Breite derart gekrümmt ist, daß er voneinander abgewandt eine konkave Oberfläche (52) und eine konvexe Oberfläche (53) aufweist, von welchen die konkave Oberfläche (52) dem Rotor (42) zugewandt und im allgemeinen komplementär zur Außenfläche des Rotors (42) geformt ist, derart, daß der Pumpenflügel (43) in eine voll zurückgezogene Position verschwenkbar ist, in der die konkave Oberfläche (52) eng an der Rotoraußenfläche anliegt.
  3. 3. Kraftquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Pumpenflügeln (43) vorgesehen ist, deren jeder verschwenkbar mit dem Rotor (42) verbunden und so angeordnet ist, daß die Pumpenflügel (43) in ihrer voll zurückgezogenen Stellung die gesamte Umfangsflache des Rotors (42) überdecken.
  4. 4. Kraftquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Pumpenflügel (43) an seiner Innenkante (44) mit einem vergrößerten Gelenkkopf versehen ist und der Rotor (42) eine komplentäre Nut (55) mit einer eingeschnürten Öffnung (56) in ihrem radial äußeren Bereich aufweist, daß der Gelenkkopf von der Nut (55) aufgenommen ist und die eingeschnürte Öffnung (56) eine radiale Entfernung des Gelenkkopfes aus der Nut (55) verhindert„
    «a ■ «
  5. 5. Kraftquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraftmaschine (10) zwei Kurbelwellen (20, 21) umfaßt, mit denen die Kolben (13, 14) jeweils über Pleuelstangen (22, 23) verbunden sind, und daß die Kurbelwellen (20, 21) zur synchronen Drehung gekuppelt sind.
  6. 6. Kraftquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (16) durch eine Öffnung im Zylinder
    (12) gebildet wird, die so angeordnet ist, daß sie durch einen der Kolben (14) freigegeben und dadurch geöffnet wird, wenn der Kolben (14) seine äußerste Stellung innerhalb seiner Bewegungsbahn erreicht, und daß der Auslaß (17) durch eine Öffnung- im Zylinder
    (12) gebildet wird, die so angeordnet ist, daß sie durch den .anderen Kolben (13) freigegeben und dadurch geöffnet wird, wenn der Kolben (13) seine äußerste Stellung innerhalb seiner Bewegungsbahn erreicht, wobei der Einlaß (16) und der Auslaß (17) simultan geöffnet sind, derart, daß die unter Druck durch den Einlaß (16) einströmende Ladung zumindest teilweise die Verbrennungsprodukte durch den Auslaß (17) austreibt.
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