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Doppeltwirkender Motor. Bei den bekannten Kolbenkraftmaschinen wird
der Leistungsfähigkeit dadurch schnell eine Grenze gesetzt, daß die Kolbengeschwindigkeit
unter einem verhältnismäßig niedrigen Maximalwert gehalten werden muß, indem der
Druck des benutzten Treibmittels (Dampf, Gas oder Druckluft) nicht genügend erhöht
werden kann, um eine ausreichend hohen Beschleunigung der Massen des Kolbens und
der damit verbundenen hin und her gehenden Teile herbeizuführen. Ein zweiter Mangel
an den bekannten Kolbenkraftmaschinen ist, daß ein Reibungsverlust an den Stopfbüchsen,
am Kreuzkopf, in der Verbindung zwischen Schubstange und Kurbel usw. unvermeidlich
ist. Wenn auch diese Verluste, namentlich bei großen Maschinen und guter Ausführung,
auf ein sehr kleines Maß gebracht werden können, ist es doch ausgeschlossen, daß
der mechanische Wirkungsgrad auf den Wert r gebracht werden kann, Die Erfindung
bezweckt die Herstellung eines Motors, welcher eine sehr hohe Leistungsfähigkeit
im Verhältnis zu seiner Größe besitzt und an welchem die mechanischen Verluste so
gering wie möglich gemacht worden sind. Dieses erzielt man dadurch, daß der Motor
so eingerichtet wird, daß der benutzte Kolben eine außerordentlich große Geschwindigkeit
erhalten kann, ferner dadurch, daß die. Zahl der Glieder, durch welche die durch
die Expansion des Treibmittels entwickelte mechanische Energie auf den Energieabnehmer
übertragen wird, besonders klein gehalten ist, so daß die Reibungsverluste geringer
werden.
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Nach der Erfindung sind der ganze Zylinder oder wenigstens dessen
beide Deckel, welchem oder welchen die entwickelte Energie entnommen wird, in der
Richtung der Zylinderachse beweglich. Der Kolben bewegt sich frei, d. h. ohne Verbindungsstangen
im
Zylinder unter dem Einfluß des Treibmittels, das abwechselnd
den beiden Enden des Zylinders zugeführt wird. Der Druck des Treibmittels verpflanzt
sich also nicht durch den Kolben auf den Energieabnehmer, sondern der Kolben wirkt
als eine Art beweglicher Druckdeckel, so daß der Rückdruck der auf den Kolben wirkenden
Kräfte das Hin-und Herbewegen des Zylinders (oder der Enddeckel) verursacht. Diese
hin und her gehende Bewegung des Zylinders oder der Deckel wird unmittelbar auf
den Energieabnehmer, der ein mechanischer oder ein elektrischer sein kann, übertragen.
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Die Schwingungszahl der Maschine wird vom Gewicht des Kolbens bestimmt.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden,
welche schematisch einige Ausführungsformen des Motors zeigen.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt eines Motors mit schwerem Kolben und
Kanalsteuerung; Abb. a ist eine Seitenansicht eines Motors mit leichtem Kolben und
Ventilsteuerung, teilweise im Schnitt; Abb. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Motors
mit innerer Verbrennung; Abb. q. ist ein Längsschnitt eines Motors, welcher miteinander
verbundene, bewegliche Enddeckel hat, die denselben Durchmesser wie der Kolben besitzen;
Abb. 5 zeigt einen ähnlichen Längsschnitt eines Motors, an welchem die beweglichen
Deckel und der Kolben verschiedene Durchmesser besitzen, und Abb. 6 zeigt eine der
Abb. 4 entsprechende Ausführungsform des Motors in Seitenansicht, an welchem die
Verbindung der Deckel außerhalb des Zylinders liegt.
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Für die Ausführungsformen nach den Abb. i bis 3 gilt, daß dem Zylinder
des Motors, der an beiden Enden geschlossen ist und sich in seiner Achsenrichtung
hin und her bewegen kann, die Druckenergie an beiden Enden abwechselnd in der Weise
zugeführt wird, daß die Masse des im Zylinder befindlichen Kolbens ohne Verbindungsstangen
in folge der Expansion Energie in der Form von Bewegungsenergie erhält, wie auch
auf den Zylinderkörper selbst Energie in der Form von Bewegungsenergie jedoch in
der umgekehrten Richtung übertragen wird, und zwar so, daß eine Verdichtung an demjenigen
Ende des Zylinders erfolgt, an dem im gegebenen Moment nicht expandiert wird.
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Wenn die Expansion und die Kompression beendigt sind, ist die gegenseitige
Geschwindigkeit zwischen Kolben und Zylinder gleich Null. Ein Teil der Bewegungsenergie
ist in Druckenergie umgewandelt, während der Rest der Energie, abzüglich der Energieverluste,
der Maschine von außen durch die Bewegung des Zylinders entnommen ist.
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In dem Augenblick, in welchem die gegenseitige Geschwindigkeit Null
ist (wenn der Kolben zum Zylinder stillsteht), wird von der expandierenden Luftart
eine Menge entladen, die der von außen verbrauchten Energie vermehrt um die Energieverluste
entspricht.
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Die Nullenergie wird von außen durch Bremsen der hin und her gehenden
Bewegung des Zylinders entnommen.
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Bei der in Abb. i gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
erhält die Maschine die treibende Luftart durch eine biegsame Rohrverbindung i,
den Stutzen a und den damit verbundenen ringförmigen Kanal 3 im Zylinder q., der
an beiden Enden durch Deckel 5 geschlossen ist.
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Der Kanal 6 im Kolben 7 steht in der auf der Zeichnung dargestellten
Lage des Kolbens mit dem Kanal 3 in Verbindung, wodurch die treibende Luftart zum
linken Ende des Zylinders 4. geführt wird, so daß sie den Kolben 7 nach rechts treibt.
Wenn die Öffnung des Kanals 6 am Kanal 3 vorbeigewandert ist, wird der treibenden
Luft der Zugang abgeschnitten. Damit beginnt die Expansion am linken Ende des Zylinders.
Gleichzeitig steht das rechte Ende des Zylinders ,4 mit den Auslaßkanälen 3 und
i i in Verbindung, und der Auslaß erfolgt teils durch den Stutzen 9 und die biegsame
Rohrverbindung io, teils durch den Kanal 14, den Stutzen i a und die biegsame Rohrverbindung
13. Der Kolben bewegt sich noch immer nach rechts, gleichzeitig damit bewegt
sich der Zylinder 4 nach links.
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Wenn das rechte Ende des Kolbens 7 und die an der zylindrischen Oberfläche
des Kolbens gelegene Öffnung des Kanals 1d. die Auslaßkanäle 8 und i i überdeckt
haben, wird der Ausströmung der Weg abgeschnitten, dann fängt die Kompression am
rechten Ende des Zylinders an. Sobald nun das linke Ende des Kolbens 7 und der Kanal
6 die Kanäle i i und 8 erreichen, beginnt der Auslaß am linken Ende des Zylinders.
Wenn schließlich der Kanal 14 den Kanal 3 erreicht, beginnt der Einlaß der treibenden
Luft zum rechten Ende des Zylinders. Gleich danach ist die gegenseitige Bewegung
des Zylinders und des Kolbens wieder gleich Null, wonach sich die Bewegungen in
umgekehrter Richtung abspielen. Auf diese Weise wird die Wirkung fortgesetzt.
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Die achsiale Verschiebung des Zylinders d. ist dadurch angedeutet,
daß der Zylinder Arme i5 hat, welche lose um feste Lenkstangen 16 herumgreifen.
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Bei den in den Abb. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen sind die
biegsamen Rohrverbindungen und die Mittel zum Steuern des Zylinders nicht dargestellt.
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Bei der in Abs. 2 gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist der Kolben 17 kurz gehalten und nicht mit Kanälen versehen. Die treibende Luftart
wird dem Zylinder 18 durch öffnungen i9 in den Deckeln 2o zugeführt und mittels
der Ventile 2i gesteuert, die in irgendeiner Weise geöffnet und verschlossen werden.
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Der Auslaß erfolgt durch den Kanal 22 und den Stutzen 23. Die Verbindung
mit dem Kanal 22 sowie die Absperrung desselben wird selbsttätig vom Kolben, wie
in Abb. i beschrieben, herbeigeführt. Die Arbeitsweise der Maschine ist ebenfalls
im wesentlichen dieselbe wie die, welche an Hand von Abb. i erläutert wurde.
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Bei der in Abb. 3 gezeigten Ausführungsform wird die Druckenergie
der treibenden Luftart durch innere Verbrennung im Zylinder 24 erzeugt, indem der
Zugang von Brennstoff und Luft durch den Stutzen 25 und die Ausströmung durch den
Stutzen 26 erfolgen.
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Der Motor arbeitet somit nach demselben Grundgedanken wie die jetzt
bekannten Zweitaktmotoren mit innerer Verbrennung. Die Zündung erfolgt elektrisch
durch Reibungsfunken zwischen den Stangen 31 in den Deckeln 32 und den ringförmigen
Kämmen 27 an den Enden des Kolbens 28. Die Ingangsetzung der Maschine geschieht
mittels einer Stange 29. Die Bewegungsenergie des Zylinders wird der Maschine während
des Ganges durch eine Stange 3o entnommen.
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Die in den Abb. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
unterscheiden sich von denen der Abb. i bis 3 dadurch, daß die Enddeckel des Zylinders
als Kolben im Zylinder beweglich angeordnet und miteinander durch Stangen verbunden
sind, die im oder außer dem Zylinder angebracht sind. Hierdurch erreicht man, daß
man den Zylinder selbst fest verankern kann, so daß sich die Anwendung biegsamer
Rohrverbindungen vermeiden läßt. Der Rückdruck der auf den Kolben wirkenden Kräfte
bewirkt, daß die Deckel des Zylinders hin und her bewegt werden, welche Bewegung
unmittelbar auf den Energieabnehmer übertragen werden kann.
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Diese Anordnung der Teile des Motors ermöglicht eine Veränderung in
der Wanderung der beweglichen Deckel gegenüber der Wanderung des Kolbens dadurch
herbeizuführen, daß man die Durchmesser der beweglichen Deckel von dem Durchmesser
des Kolbens abweichen läßt.
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In Abb. 4 bezeichnet 37 den Zylinder, 38 und 39 die beweglichen Deckel,
4o den Kolben, 41 eine der Deckel verbindende Stange, 42 eine Stange, der die entwickelte
mechanische Energie entnommen wird.
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In Abb. 5 hat der Teil 43 des Zylinders, in welchem sich der Kolben
46 bewegt, einen anderen Durchmesser als die Enden 49, 5o des Zylinders, in welchen
die beweglichen Deckel 44, 45 gleiten, wodurch erzielt wird, daß die Wanderung der
Deckel eine von der Wanderung des Kolbens abweichende ist. 47 ist eine die Deckel
verbindende Stange, 48 eine Stange, welcher die Energie entnommen wird.
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In Abb.6 sind die nicht dargestellten beweglichen Deckel des Zylinders
58 miteinander durch Stangen 62, Arme 6o und Verbindungsstangen 59 verbunden. 61
ist die Stange, welcher die Energie entnommen wird.