DE35640C - Differenziai-Gasmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT. \<S

. Der Zweck der Erfindung ist die Construction einer Gasmaschine, welche ihre Arbeit auf die Triebwelle in ungefähr einer Viertelumdrehung derselben überträgt und in welcher der ganze Arbeitsvorgang, also Ansaugen, Zusammendrücken, Entzünden und Entleeren der Verbrennungsmischung, nur innerhalb einer vollen Umdrehung der Triebwelle und nur in einem Raum, und zwar nur zwischen den beiden Kolben der Maschine stattfindet, welche Kolben sich in einem an beiden Enden offenen Cylinder bewegen. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, dafs sich die beiden Kolben A und B in einer eigenthümlichen Weise so hin- und herbewegen, dafs ihre Richtung immer eine und dieselbe, ihre Geschwindigkeit unter einander aber verschieden ist.

In Fig. ι bis 4 bezeichnet D den Cylinder, A den Saugkolben, B den Arbeitskolben, L die Einmündungsstelle des Kanales für die Entzündung, K diejenige für die Füllung, / diejenige für die Entleerung, C die Hauptwelle, H die Kurbelscheibe, G den Kurbelzapfen, O und P, sowie E und F die Verbindungsstangen zwischen der Kurbelwelle und den Kolben A und B; M und JV die Drehpunkte der letzteren.

In den Fig. 1 bis 4 sind die sich bewegenden Maschinentheile schematisch, d. h. so gezeichnet, dafs sich aus diesen Figuren die Aufeinanderfolge der vier wichtigsten, während einer Umdrehung der Hauptwelle C ermöglichten Kolbenstellungen ergeben.

Es stellen dar:

. Fig. ι das Ende der Entleerung der Verbrennungsproducte,

Fig. 2 den gröfsten Raum für die Menge der angesaugten Verbrennungsmischung, also der Füllung,

Fig. 3 den kleinsten Raum für die zusammengedrückte Füllung,

Fig. 4 den gröfsten Raum, welchen die explodirte Mischung nach der Entzündung und Ausdehnung einnimmt.

Fig. 5 zeigt die Vorderansicht der Differenzial-Gasmaschine,

Fig. 6 einen Längsschnitt des Cylinders D,

Fig. 7 einen verticalen Schnitt, welcher in einer Ebene liegt, die einen rechten Winkel zu derjenigen der Fig. 5 bildet,

Fig. 8 eine Entzündungseinrichtung,

Fig. 9 die Füllungsventile K und R,

Fig. 10 das Auslafsventil J.

Die hier gezeichnete Maschine hat einen horizontalen Cylinder D, welcher so angeordnet ist, dafs er den untersten Theil der Maschine bildet.

Jeder der Kolben A und B ist durch eine Lenkstange mit dem unteren Ende je eines schwingenden Hebels verbunden, und zwar der Saugkolben A mit dem Hebel E und der Arbeitskolben B mit dem Hebel F.

Diese Hebel E und F sind unterstützt durch die Achsen M und JV, deren Lager von dem Hauptrahmen der Maschine getragen werden und in welchen die Hebel E und F schwingen.

Die Hebel E und F sind ferner an den anderen Enden durch Lenkstangen O und P mit dem Kurbelzapfen G und der Kurbelscheibe H verbunden, welche letztere auf der Hauptwelle C befestigt ist.

Diese eigenthUmlichen Anordnungen und Verbindungen der Kolben mit den Lenkstangen, den Hebeln und dem einzigen Kurbelzapfen G der Maschine bedingen die hin- und hergehende Bewegung der Kolben A und B, so dafs sich diese zugleich in derselben Richtung, jedoch mit verschiedener Geschwindigkeit bewegen. Hierdurch wird die Verschiedenheit der Gröfse des einzigsten Arbeitsraumes zwischen den Kolben A und B bedingt,' wie in den Fig. ι bis 4 (in vier Hauptstellungen gezeichnet) dargestellt. Die Kolben A und -B haben sich am meisten genähert, wenn sie sich, wie Fig. 1 zeigt, an dem Ende des Cylinders befinden, welches Ende als das Vorbereitungsende bezeichnet werden kann.

Die Verbrennungsproducte der letzten Verbrennungsmischung oder Füllung sind in dieser Stellung der Kolben A und B durch das selbsttätige Auslafsventil J, Fig. 10, welches sich nach aufsen öffnet, sowie das damit verbundene Auslafsrohr aus dem einzigen Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B entleert.

Aus dieser Stellung bewegt sich der Saugkolben A nach dem anderen Ende des Cylinders, welches als das Arbeitsende bezeichnet werden kann. Gleichzeitig bewegt sich der Arbeitskolben B, aber etwas langsamer als A, jedoch in derselben Richtung; während dieser Zeit saugt der Kolben A die Verbrennungsmischung durch die freiliegende Einlafsöffnung und das selbstthätige Einlafsventil K, Fig. 9, in den einzigen Arbeite- und Füllungsraum zwischen die Kolben A und B, welcher schon so grofs war, als die Stellung Fig. 2 angiebt, kurz bevor der Kolben B den Einlafs K abschlofs.

Beide Kolben bewegen sich nun aus der Stellung Fig. 2 ferner in derselben Richtung, jedoch nunmehr der Arbeitskolben B schneller als der Saugkolben A, bis ersterer diesen Theil seiner Bewegung, während welcher die Kolben die Verbrennungsmischung zusammendrücken, an dem Arbeitsende des Cylinders D fast vollendet hat, Fig. 3. In dieser Stellung, Fig. 3, ist dann auch die Füllung oder die Verbrennungsmischung in dem einzigen Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B so weit, als beabsichtigt, zusammengedrückt.

Während der ganzen Zeit, in welcher die Mischung in dem einzigen Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B zusammengedrückt wird, ist diese Mischung nur von Cylinder- und Kolbenwandungen eingeschlossen und kann in keinerlei Verbindung mit irgend einer Ein- oder Auslafsöffnung kommen, so dafs Gasverluste durch dieselben ausgeschlossen sind. Wenn die Füllung so weit, als beabsichtigt, zusammengedrückt ist, hat der Kolben B, wie oben schon gesagt, seinen Lauf fast vollendet; der Kolben A dagegen bewegt sich dann noch rascher als B voran und stellt so sicher und rechtzeitig die Verbindung mit der Oeffhung des Zündrohres L, Fig. 8, her, welches hohl ist und in welches dann ein kleiner Theil der geprefsten Verbrennungsmischung aus dem einzigsten Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B tritt.

Das Zündungsrohr L ist aufserhalb des Cylinders D so angebracht, dafs es durch irgend eine äufsere Heizung, z. B. einen Bunsen-Brenner, Fig. 8, in rothglühendem Zustande erhalten werden kann.

Der kleine, aus dem einzigsten Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B in das Rohr L getretene Theil der Verbrennungsmischung wird durch die rothglühenden Wandungen desselben entzündet und damit auch zugleich die ganze Füllung der explosiblen Verbrennungsmischung, welche sich in dem. einzigen Arbeitsraum zwischen den Kolben A und -B im Cylinder D befindet.

Durch die nun stattfindende Explosion der Verbrennungsmischung wird der Arbeitskolben B sehr rasch in der Richtung nach dem Vorbereitungsende des Cylinders hin bewegt, während der Saugkolben A so lange fast stillsteht, bis der Raum zwischen den Kolben A und B ungefähr dem des früher eingesogenen Volumens der Verbrennungsmischung gleich ist. Die in dieser Zeit durch die Ausdehnung bezw. den Druck der explodirten Verbrennungsmischung auf den Kolben B geleistete Arbeit ist die Grenze der Leistung aller bisherigen Gasmaschinen.

Die Wirkung der Differenzial-Maschine ist jedoch eine weitergehende und deshalb deren Leistung eine gröfsere. Denn obgleich der Saugkolben A von nun an langsam dem Kolben B in der Bewegung in der Richtung nach dem Vorbereitungsende folgt, vergröfsert sich der einzigste Arbeitsraum, der zwischen beiden Kolben, durch die fernere Ausdehnung der Verbrennungsproducte und demzufolge rascherer Bewegung des Kolbens B noch immer, und zwar bis zu der Stellung, welche Fig. 4 zeigt, und findet also während dieser Zeit ein ferneres Vorantreiben des Kolbens B durch das explodirte Gemenge bezw. die Verbrennungsproducte desselben statt.

Nach Erlangung der Stellung Fig. 4 bewegen· sich die Kolben zwar ferner in der Richtung zum Vorbereitungsende des Cylinders D, nunmehr jedoch der Saugkolben A rascher als der Arbeitskolben B, so dafs sich der Arbeitsraum zwischen den Kolben nunmehr verkleinert und so die Verbrennungsproducte der Füllung, weil zugleich der Kolben B die Austrittsöffnung freigegeben hat, durch das sich öffnende, weil selbstthätige, Auslafsventil J, Fig. 10, ausgetrieben werden. Nachdem dies geschehen, ist wieder die Stellung Fig. 1 erreicht, in. welcher.

der Kolben A anfängt, durch die in dieser Stellung ebenfalls durch ■ den Kolben B nicht verdeckte Einlafsöffnung und das Einlafsventil K die neue Füllung von Gas und Luft in den einzigsten Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B für eine neue Arbeitsleistung einzusaugen.

Die Kolben A und B können also, weil sie durch die zugehörigen Maschinentheile unter einander und mit dem einen Kurbelzapfen G bezw. der Triebwelle C verbunden sind, während einer Umdrehung der letzteren die beschriebenen, auf einander folgenden Bewegungen ausführen, durch welche nur allein bei der Differenzial-Gasmaschine alle zum Füllen, Zusammendrücken, Entzünden und Entleeren der Verbrennungsmischung nöthigen Leistungen in dem einzigsten Arbeitsraum zwischen den Kolben A und B ermöglicht sind.

Die relativen Verhältnisse der verschiedenen Inhalte des einzigsten Arbeitsraumes zwischen den Kolben A und B sind auf leichte Weise durch entsprechende Construction und Anordnung der Hebel E und F, der Lenkstangen O und P und der Drehpunkte M und N zu erreichen.

Die Einlafsöffnung für die Verbrennungsmischung sowohl, als die Auslafsöffhung für die Verbrennungsproducte befinden sich beide, wie beschrieben und gezeichnet, in dem Vorbereitungsende des Cylinders D und werden beide durch den Arbeitskolben B freigegeben und abgeschlossen.

Der Zutritt der Füllung sowohl, als der Austritt der Verbrennungsproducte durch diese Oeffnungen wird durch selbsttätige Tellerventile K und J, Fig. 9 und 10, bestimmt, deren Anordnungen verhindern, dafs Verbrennungsmischung sowohl, als deren Verbrennungsproducte andere als die oben beschriebenen Wege einschlagen können. Die Einrichtungen zur Mischung von Gas und Luft sind hier, weil ohne Einflufs auf die Construction und Wirkung der Differenzial-Gasmaschine, nicht beschrieben.

Obgleich die beschriebene Art der Entzündung der Füllung durch das hohle Zündungsrohr L, Fig! 8, eine sehr einfache und sichere ist, weil die Zeit der Entzündung sehr genau durch den sich über die Zündungsöffnung fortbewegenden Saugkolben A bestimmt ist, so ist doch eine andere Art der Entzündung der Füllung bei der Differenzial-Gasmaschine keineswegs ausgeschlossen. Für diese Differenzial-Gasmaschine können auch mehrere Cylinder D angeordnet werden; diese können eine verticale, horizontale oder geneigte Lage haben.

Die Maschinentheile der Differenzial - Gasmaschine können auch eine andere als die gezeichnete Anordnung bekommen.

Immer aber mufs die dieser Differenzial-Gasmaschine eigentümliche bestimmte Bewegung der Kolben A und B in ein und derselben Richtung, jedoch mit verschiedener Geschwindigkeit erreicht werden.

Obgleich bei der Differenzial - Gasmaschine kein Maschinentheil gesteuert zu werden braucht, kann es für gewisse Fälle zweckmäfsig sein, das Ventil ■ k, Fig. 9, mit welchem man die zutretende Gasmenge begrenzen kann, durch eine entsprechende Einrichtung so mit der Haupttriebwelle zu verbinden, dafs dasselbe zugleich als Regulator wirkt.

Die Anordnung, dafs der Raum zwischen den Kolben nach der Entzündung, wie in Fig. 4 gezeichnet, gröfser ist als der durch die Stellung Fig. 2 begrenzte Raum der Füllung, ist darum vorzuziehen, weil dann, wie schon angedeutet, die Ausdehnung der Verbrennungsproducte, d. h. die Arbeitsleistung der Maschine in gröfserem Mafse stattfinden kann, als in den bis jetzt hergestellten Gasmaschinen.

Die Differenzial - Gasmaschine kann jedoch auch so eingerichtet werden, dafs sie umgesteuert werden kann, d. h. dafs sich die Hauptwelle in beiden Richtungen umdreht; in diesem Falle müssen jedoch die Inhalte der Räume zwischen den Kolben A und B für die Füllung, Fig. 2, und für die Ausdehnung, Fig. 4, gleich oder fast gleich gemacht werden.

Die Versuche mit der Differenzial-Maschine haben bewiesen, dafs das Vorbereitungsende des Cylinders D viel kühler bleibt als das Arbeitsende desselben, und dafs man deshalb nur einen kleinen Theil des Cylinders mit wenig Wasser zu kühlen braucht.

Diese Erscheinung beruht auf der beschriebenen Thatsache, dafs die Ausdehnung der entzündeten Füllung in viel kürzerer Zeit, also plötzlicher erfolgt, als in den bisherigen Gasmaschinen.

Daraus folgt, dafs bei dieser Differenzial-Gasmaschine ein bei weitem gröfserer Procentsatz der bei der Entzündung der Füllung erzeugten Wärme in Kraft übergeführt und auf die Kurbelwelle C übertragen wird, weil weniger Wärme durch Ausstrahlung an die Luft und an das kühlende Wasser verloren werden kann. Es ist allgemein bekannt, dafs auf diese Weise bei den bisher ausgeführten Gasmaschinen die Hälfte und mehr der gesammten erzeugten Wärme verloren geht, so dafs durch die beschriebene plötzlichere Entwickelung der Kraft, welche die verbesserte Anordnung der Theile der Differenzial-Gasmaschinen ermöglicht, eine sehr wichtige Ersparnifs erreicht wird.

Durch die beschriebenen Anordnungen der Differenzial-Gasmaschine sind auch die arbeitenden Theile im Vergleich zu anderen Gasmaschinen sehr vereinfacht, haltbarer gemacht, und deren Zahl verringert; die Differenzial-

Gasmaschine bedarf ζ. Β. keiner Schieber mehr, welche bekanntlich Ursache beständiger Betriebsstörungen waren.

Die Ein- und Auslafsventile sind einfache, selbstthätige Tellerventile und keinem hohen Druck ausgesetzt, und selbst eine kleine Undichtigkeit derselben kann keinen Einflufs auf den Gang und die Leistung der Maschine haben, weil die Verbrennungsmischung nach der Füllung sofort aufser Verbindung sowohl mit der Einlafs- als der Auslafsöffhung gebracht ist.

Die Differenzial-Maschine hat keine Pumpe, keine Cylinderdeckel, also keine Mehrzahl von Arbeitsräumen, sondern nur den einen Arbeitsraum zwischen den beiden Kolben A und B, in welchen allein die Verbrennungsmischung gesaugt, und in welchem allein sie zusammengedrückt, entzündet, also zur Explosion gebracht und aus demselben entleert wird. Weil keine Mehrzahl von Arbeitsräumen nöthig, sind auch keine Verbindungskanäle solcher Räume und keine Abschlüsse dieser Verbindungen vorhanden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   An einer Gasmaschine, bei welcher die Uebertragung der Arbeit auf die Triebwelle C nur in etwa einer Viertelumdrehung derselben, der ganze zur Krafterzeugung nöthige Vorgang, also das Ansaugen, Zusammendrücken, Entzünden und Entleeren der Verbrennungsmischung, nur innerhalb einer vollen Umdrehung der Welle und nur in einem Cylinderraume, und zwar zwischen den Kolben A und B stattfindet, die Anordnung der Hebel E und F, welche durch je zwei Verbindungsstangen mit dem Kurbelzapfen der Trieb welle C einer- und den Kolben A und B andererseits so verkuppelt sind, dafs die Kolben in dem Cylinder zwar stets nach übereinstimmenden Richtungen, aber mit verschiedenen Geschwindigkeiten unter einander sich hin- und herbewegen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.