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Sprengstoffverbrennungskraftmaschine mit Hilfskolben. Es sind bereits
Maschinen in Vorschlag gebracht worden, welche mit Sprengstoffen betrieben werden.
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Dieselben weisen zwei große Übelstände auf. Zunächst wird der Raum,
in welchem der Sprengstoff -zur Verbrennung oder Vergasung gelangt, von den Verbrennungsrückständen
entweder gar nicht, oder nur sehr unvollkommen gesäubert, so daß wohl nach gänz
kurzer Zeit eine solche Maschine zum Stillstand kommen muß. Außerdem wird' bei den
bekannten- Motoren der Sprengstoff vor der Berührung mit dem im Zylinder befindlichen
Schmieröl nicht geschützt, so daß eine Zündung des Sprengstoffes sehr erschwert
oder überhaupt unmöglich gemacht wird.
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Bei der die Erfindung bildenden Maschine kommen diese beiden Übelstände
dadurch in Wegfall, daß ein Hilfskolben den Verbrennungsraum nach dem Zylinderinnern
zu während einer bestimmten Zeit abschließt, ein Riegel denselben während dieser
Zeit an einer Bewegung hindert und ein Kolben das Säubern des Verbrennungsraumes
von den Rückständen bewirkt.
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Die Zeichnung enthält eine beispielsweise Ausführung einer -solchen
Sprengstoffverbrennungskraftmaschine in schematischer Darstellung, wobei Abb. i
einen Längsschnitt durch die Zylindermitte, und Abb. a einen solchen :nach der Linie
A-B-C-D der Abb. i veranschaulicht.
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Zunächst gelangt der zur Verbrennung bestimmte Sprengstoff durch den
mit einem Behälter in Verbindung stehenden Kanal n und bei geöffnetem Ventil zv
in den mit dem Kolben k versehenen Zylinder z (Abb. i). Aus :diesem wird der gesamte-
Brennstoff durch den Kolben k in den. Raum a gedrängt, wodurch dieser vollständig
gefüllt wird. Außerdem soll durch die Ventile v und' x ein Verstopfen der beiden
Zuführungskanäle ia und y und ein bei etwaiger Frühzündung entstehendes Rückschlagen
der Explosionsflamme in den Sprengstoffbehälter verhindert werden. Wenn sich der
Kolben k von links nach rechts bewegt und kurz vor Beginn dieser Bewegung Ventil
v geöffnet und Ventilx geschlossen wird, so entsteht in dem Zylin-
der z ein
Unterdruck, mit Hilfe dessen und der eigenen Schwere der Sprengstoff in der bestimmten
Menge in den Zylinder z übertritt. Das Hubvolumen des Kolbens k und damit die geförderte
Brennstoffmenge wird etwas größer gewählt, als das Volumen des Zündraumes a beträgt.
Vor Umkehrung und Bewegung des Kolbens k in seine linke Ausgangsstellung zurück,
erfolgt das Schließen des Ventils v und Öffnen des Ventils x. Hierauf beginnt das
Füllen des Raumes a mit Sprengstoff, welches in der Weise bewirkt wird, daß der
Kolben k bei seiner Bewegung von rechts nach links den Sprengstoff in den Kanal
y, und durch das - geöffnete Ventil x schiebt (Abb.-i). Durch die Ventile x und
v wird ein Zurückschlagen der Explosionsflamme durch die Kanäle y- und n in den
Sprengstoffbehälter verhindert. Da immer eines von diesen Ventilen geschlossen ist,
so kann nur der im Zvlinder z befindliche Sprengstoff zur Explosion gelangen. Gegebenenfalls
ist noch ein Sicherheitsventil an
dem Zylinder z erforderlich. Der
Zündraum -a selbst erhält am zweckmäßigsten die Form eines Würfels. Um nun einen
hohen Explosionsdruck zu erzielen, muß der Sprengstoff den Zündraum a ganz füllen,
und es muß derselbe möglichst klein gewählt werden. Ist das Laden *des Zündraumes
a beendet und hat der Arbeitskolben c , seine obere Totpunktlage erreicht, so erfolgt
die Entzündung des im Raum a befindlichen Sprengstoffes. Dieselbe wird nicht durch
den elektrischen Strom bewirkt, weil bekanntlich Sprengstoffe sich mit Hilfe von
Funken nicht gut entzünden lassen und beim Ansetzen vonVerbrennungsprodukten an
die Kontaktstellen der Strom unterbrochen wird. Es erfolgt vielmehr: das Entzünden
durch den von einer Flamme angewärmten Draht w. Derselbe ist an einem Ende mit der.
Viertelkreiskurve i und am anderen Ende an einer in einem kleinen Zylinder d sich
bewegenden Scheibe s, vor welcher die Feder e gelagert ist, verbunden. Unter der
Viertelkreiskurve i gleitet ein mit demselben Radius wie die Kurve i zu einem Halbkreis
ausgebildeter Nocken t entlang. Dadurch wird ermöglicht, daß die Viertelkreiskurve
i mit dem Draht w der Scheibe s und der Feder e sich hin und-, her
verschiebt (Abb. a). Befindet sich z.B. der Nocken t in der . in ausgezogener
Stellung angedeuteten Lage, so befinden sich sämtliche Teile dieser Vorrichtung
in ihrer linken Endlage. Wird nun der Nocken t in die gestrichelt gezeichnete Stellung
gedreht, so wird die ganze Vorrichtung mit Hilfe der gespannten Feder e plötzlich
nach rechts geschnellt, und zwar ist dabei der Hub so groß, d'aß die vorher durch
Flamme r angewärmte Stelle u des Drahtes w in die Mitte des
Zündraumes a gelangt und' somit den hier befindlichen Sprengstoff zur Entzündung
bringt. Es könnte auch der Draht w mit Hilfe des elektrischen Stromes angewärmt
werden.
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Da bekanntlich Sprengstoffe nach ihrer Verbrennung eine erhebliche
Menge Verbrennungsprodukte zurücklassen, so würden diese nach wenigen Krafthüben
den Zündraum a anfüllen, was ein Versagen der Maschine zur Folge haben würde. Um
diesem Übelstand zu begegnen, ist es erforderlich, .den Zündraum möglichst nach
jedem Krafthub von den rückständigen Verbrennungsprodukten zu reinigen, was bei
der den Gegenstand der Erfindung bildenden Maschine dadurch erreicht wird, d'aß
der Kolben g, welcher eine Seitenwand des. den einen Würfel darstellenden Zündraumes
d bildet, denselben nach erfolgtem Krafthub und Ausstoßen der Abgase durchstreicht,
dabei die an den Wänden des Zündraumes anhaftenden Verbrennungsprodukte gewissermaßen
abschabt und in den Auspuffkanal p befördert, wo dieselben dann mit den Abgasen
ins Freie gelangen. Um aber beim Ausschaben der Verbrennungsprodukte in den Kanal
P zu verhindern, daß Rückstände in ,den Arbeitszylinder m und auf den Kolben c fallen
würden und nun überhaupt ein vollständiges Füllen- des. Zündraumes a mit Sprengstoff
zu bewirken, ist derselbe .durch einen Hilfskolben b-- nach unten abgeschlossen.
Da nun die einzelnen Vorrichtungen zum Ausführen ihrer Bewegungen Zeit erfordern,
wird' die Maschine zweckmäßig im Sechstakt betrieben. Die Arbeitsweise der Maschine
ist folgende: Wenn die Entzündung .des sich im Raute a befindlichen Sprengstoffes
erfolgt ist, so werden durch - den sich entwickelnden hohen Druck die beiden im
Arbeitszylinder in sich bewegenden Kolben b und c in ihre untere Totpunktlage gedrückt.
Während dieses ersten Taktes bleiben alle anderen Organe in Ruhe. Sind die beiden
Kolben b und c im unteren Totpunkt angelangt, so öffnet sich das Ventil lt, und
der eine Seitenwand vom Zündraum a bildende Schieber j wird zurückgezogen.
Beim zweiten Takt, bei der Rückkehr der beiden Kolben b und c in ihre obere Ausgangsstellung
und bei der Bewegung des Kolbens g nach rechts, werden die Abgase bei geöffnetem
Ventil h -und Schieber j in die Leitung P ausgestoßen. Gleichzeitig öffnet sich
Ventil v, und .der Kolben k bewegt sich im Zylinder z nach .rechts, wobei letzterer
mit Sprengstoff angefüllt wird. Am Ende des zweiten Taktes, bei welchem die beiden
Kolben b und c ihre obere Totpunktlage erreicht haben, wird der Riegel z durch eine
Feder e, welche auf eine mit dem Riegel fest verbundene Scheibe s1 drückt, ein Stück
in den Arbeitszylinder m gestoßen. Um dies zu ermöglichen, ist in dem Arbeitskolben
c die Nut o eingearbeitet. Bei der nun folgenden Bewegung des Hauptkolbens c nach
unten, dritter Takt,, wird der Hilfskolben b :durch den Riegel l festgehalten, also
an einer weiteren Bewegung gehindert, während der Kolben c nach seinem unteren Totpunkt
eilt. Auf .diesem Wege wird von demselben durch das geöffnete Kegelventil h Luft
angesaugt. Gleichzeitig durchstreicht der Kolben g den Zündraum c" um denselben
von den Rückständen der Verbrennung zu reinigen. Beim Zurückkehren des Kolbens c
in seine obere Stellung, vierter Takt,,'stößt derselbe die im Zylinder in befindliche
Luft durch Ventil 1Z aus. Während dieser Zeit schließt der Schieber j den
Zündraum a nach rechts ab, wobei er die an der vorderen Fläche des Kolbens
g anhaftenden Verbrennungsprodukte abschabt. Danach geht daün der Kolben g auf seine
linke
Ausgangsstellung zurück.. Weiter schließt sich Ventil v, und Ventil x wird geöffnet.
Der Kolben k hat inzwischen seinen rechten Totpunkt erreicht, wobei das Anfüllen
des Zylinders z mit Sprengstoff erfolgt ist. Auf die darauffolgende abermalige Bewegung
des Kolbens c nach seiner unteren Totpunktlage, fünfter Takt, wird wiederum Luft
durch Ventilh angesaugt, und gleichzeitig wird der Kolben k nach links verschoben,
dabei den Zündraum a mit Sprengstoff füllend. Bei dem sechsten und letzten Takt
wird die im Zylinder m befindliche Luft wiederum durch den hochgehenden Kolben c
bei geöffnetem Ventil h ausgestoßen. Der Riegel L wird mit Hilfe des. Nockens
qu, welcher exzentrisch in .dem kreisförmig gestalteten Gehäuse 25 angeordnet ist,
aus der gezeichneten Stellung zurückgezogen. Ferner beendet der Kolben k seinen
Hub nach links, so daß der Zündraum a mit der erforderlichen Menge Sprengstoff angefüllt
wird. Danach schließt sich Ventil x. Der halbkreisförmige Nocken t ist während dieser
Zeit in die punktiert gezeichnete Stellung gelangt, so daß das Einschnellen der
angewärmten Stelle u des Drahtes w in den Zündraum a erfolgen kann
und somit die Entzündung des Sprengstoffes und gleichzeitig das ganze beschriebene
Spiel wieder beginnt.
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Da das Zurückziehen der die Zündung des Sprengstoffes hervorrufenden
Stelle as des Drahtes w aus dem Zündraum a heraus nach links hin schon bei dem zweiten
Takt erfolgt und dadurch der Draht w während vier Takte hindurch in Ruhe bleibt,
so wird er in genügender Weise von der Flamme Y erwärmt.
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Infolge -des zweimaligen Ansaugens und Ausstoßeis von kalter Luft
wird ferner eine gute Kühlung der Zylinderwände erzielt, so daß ein Heißlaufen des
Kolbens b vermieden wird.
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Weiter muß infolge des kleinen Zylinderdurchmessers der Arbeitskolben
c möglichst lang gewählt werden, und der Pleuelstangenbolzen i möglichst tief angebracht
werden, damit ein Anschlagen der Pleuelstange 2 an die Zylinderstirnwand verhütet
wird. Bei sehr kleinem Zylinderdurchmesser ist außer der Pleuelstange eine besondere
Kolbenstange notwendig. Es ist selbstverständlich, daß die beiden Kolben h und g,
der Schieber j und der Nokken t auf irgendeine Weise angetrieben werden müssen.
Der Antrieb ist bei den drei ersten Organen ein und derselbe und vollzieht sich-folgendermaßen:
.Die --von der Kurbelwelle 3 aus mit dem erforderlichen Übersetzungsverhältnis gedrehten
Wellen q., 5 und 6 tragen je eine Kurbel 7; 8 und 9, deren andere Enden zweckmäßig
mit den Rollen io, ii und 12 au gestattet sind. Die Kurbeln kreisen in den mit den
Kolbenstangen 13 und 14 und der Schieberstange 15 fest verbundenen und somit deren
Bewegung ausführenden Kurvengehäusen 16" 17 und 18. Die Bewegungen .dieser= Vorrichtungen
werden in der Weise bewirkt, daß die vorderen Enden der Kurbeln i o; i i und 12
an den Kurvengehäusen 16, 17
und 18 entlang,-leiten und dadurch eine
Hälfte des Hubes ausführen, um dann mit Hilfe der Kurvenschienen i9, 2o und 2i die
Vorrichtungen auf die Ausgangsstellung wie-.der zurückzubringen, also auch die zweite
Hälfte des Hubes herbeizuführen. Nach Beendigung ,des letzteren bewegen sich die
Rollen i o, i i und 12 der Kurbeln 7, -8 und 9, ohne Einfluß auf die Kolben
k und g und den Schieber j auszuüben, im oberen Teil der Kurvenschleifen 16, 17
und 18, welche einen Halbkreis mit dem Radius der Kurbeln 7, 8 und 9 bilden, so
daß also die ganze Vorrichtung in Ruhe bleibt. Sobald die oberen Enden der Kurbeln
io, ii und 1.2 wieder die Anfangsstellen 22, 23 und 24 erreicht haben, treten die
Vorrichtungen wieder in Tätigkeit.