DE386356C - Explosionskraftmaschine mit umlaufenden Kolben - Google Patents

Description

Die vielen Versuche, denExplosionsviertaktmotor als Motor mit umlaufenden Kolben auszubilden, haben bisher zu einem brauchbaren Ergebnis nicht geführt. DieUrsache liegtin der Schwierigkeit, die einzelnen durch Schieber gebildeten Kammern so abzudichten, daß die Vorgänge des Viertaktes sich richtig abspielen. Die Abdichtung hängt aber im wesentlichen davon ab, daß Fliehkraft und Massenwirkungen der umlaufenden Solbentrommel bzw. der hin und her gehenden Schieber verhindert oder unschädlich; ' gemacht werden. Diese Aufgabe ist bei umlaufenden Explosionsmotoren deswegen nicht einfach zu lösen, weil durch die Symmetrie von Kolbentrommeln, Gehäuse und Schiebern noch nicht ohne weiteres ein ausgeglichener Motor geschaffen ist, sondern weil dazu auch eine besondere Verteilung der Arbeitsvorgänge des Viertaktes auf die Kolben und die Anordnung besonderer Explosionskammern außerhalb des Zylinders notwendig ist. Erst durch· die Vereinigung dieser Merkmale ist es gelungen, einen brauchbaren Umlaufmotor zu schaffen.

Die Erfindung besteht demnach darin, daß eine Kolbentrommel mit paarweise und symmetrisch angeordneten Kolben in einem zylindrischen Gehäuse gelagert ist, das die gleiche Zahl von Schieberpaaren und geschlossenen Verbrennungskammern in symmetrischer Anordnung besitzt.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb. ι bis 6 zeigen im Querschnitt eine Maschine mit Kolben- und Schieberpaar bei verschiedenen Stellungen der Kolbentrommel.

Abb. 7 ist ein Schnitt nach Linie a-b in Abb. 2,

Abb. 8 ein Schnitt nach Linie c-d in Abb. 1, Abb. 9 ein Schnitt nach Linie e-f in Abb. i,

Abb. 10 ein Schnitt nach Linie g-h in Abb. i,

Abb. 11 ein Schnitt nach Linie i-k der Abb. 2. .

Abb. 12 bis 17 sind Querschnitte einer Maschine mit zwei Schieber- und zwei Kolbenpaaren bei verschiedenen Stellungen der Kolbentrommel.

Abb. 18 ist ein Schnitt nach Linie l-m in Abb. I2_r

Abb. 19 ein Schnitt nach Linie n-o in Abb. 13.

Abb. 20 ist die Rückansicht der Maschine von der Deckelseite (linke Seite von Abb. 18 oder 19).

Abb. 21 zeigt in größerem Maßstabe die Explosionskammer mit den von der Kolbentrommel gesteuerten Ventilen zur Verbindung der Kammer mit den Räumen vor und hinter dem Schieber.

Abb. 22 ist ein Schnitt durch eine Explosionskammer, bei der die Ventile von einer Nockenwelle gesteuert werden.

Abb. 23 und 24 zeigen in einem Querschnitt durch den Motor die Kühlvorrichtung für die Kolbentrommel.

Abb. 25, 26, 27 veranschaulichen in größerem Maßstabe die Abdichtung der Schieber und der Kolben gegenüber dem Gehäuse. ao Das Gehäuse 1 wird durch einen geschlossenen Hohlzylinder gebildet, dessen eine Stirnwand durch einen Deckel 2 gebildet wird (Abb. ι und 7). In der Achse des Gehäuses ist die Kolbentrommel 3 zentrisch gelagert. Die Kolben werden durch Nasen 4, 4' der Trommel gebildet, deren seitliche Begrenzungsfiächen ganz allmählich in die Zylinderflächen übergehen. Im Ausführungsbeispiel sind die Nasen durch Tangentialflächen begrenzt. Die Nasen sind paarweise und symmetrisch angeordnet. Die Kolbentrommel bildet somit einen in sich ausgeglichenen Umlaufkörper. Gegen die Umf lache der Kolbentrommel 3 liegen unter der Wirkung von Federn stehende Schieber 5 und 5' auf, die ebenfalls paarweise entsprechend der Zahl der Kolbenpaare angeordnet und im Gehäuse 1 verschiebbar gelagert sind. Die Schieber werden durch einzelne Lamellen 102, 103 (Abb. 25 und 27) gebildet, die je unter der Wirkung zweier Federn 100, 101 stehen. Je zwei aneinanderliegende Lamellen nehmen in . ihrer Mitte eine Druckfeder 106 auf, deren 1 Widerlager durch Fenster 104 und 105 der ■ Lamellen gebildet wird. Auf diese Weise werden die einzelnen Lamellen abwechselnd an ihren Schmalseiten gegen das Gehäuse 1 abgedichtet. Die Schieber dienen lediglich zur Abdichtung der durch die Nasen und die Schieber gebildeten Kammern. Infolge des allmählichen Überganges der ümfläche der Kolbentrommel in die Kolben sind die Schieber von größeren Massenbeschleunigungsdrücken frei.

Die erste Ausführungsform besitzt ein Kolben- und ein Schieberpaar. Der Kolben 4 ist Saug- und Auspuffkolleü, der andere Kolben 4' Arbeits- und Koinpressionskolben. Zu diesem Zweck besitzt der erstere mit Be- _t zug auf die Drehrichtung hinter der Führungsfläche im Gehäuse einen Kanal 6, der in einem j Stutzen 7 der Kolbentrommel radial verläuft und in einem geschlossenen Ringkanal 8 der Gehäusewand 9 mündet (Abb. 9). Der Kanal 8 ist durch einen Stutzen 8' an den Vergaser 10 angeschlossen (Abb. 7). Derselbe Kolben 4 besitzt vor seiner Führungsfläehe im Gehäuse einen Auspuffkanal 11 (Abb. 2 und 9), der ebenfalls in einen Stutzen 12 der Trommel radial geführt ist und in einen bogenförmigen Ringkanal 13 ausmündet, der in der am Gehäusedeckel 2 anliegenden Stirnwand 14 der Kolbentrommel angeordnet ist (Abb. 9). Der Ringkanal 13 nimmt daher an der Drehung der Kolbentrommel teil. Er überläuft dabei im rechten Augenblick Auspufföffnungen 15 und 15' im Deckel 2 des Gehäuses.

Jedem Schieber 5, 5' des Gehäuses ist eine geschlossene Explosionskammer 16 zugeordnet (Abb. 11), die an der Stirnwand 9 des Gehäuses liegt. Die Kammer 16 steht durch Öffnungen 17 und 18 zu beiden Seiten des Schiebers mit dem Innenraum des Gehäuses 1 in Verbindung. Die Öffnungen werden durch Ventile 19 und 20 gesteuert. Das Ventil 19 8g liegt mit Bezug auf die Drehrichtung der Kolbentrommel vor dem Schieber, das Ventil 20 hinter dem Schieber. Die Öffnung des Ventils 19 erfolgt immer dann, wenn der Arbeits- und Kompressionskolben 4' bei seiner Umdrehung dem Schieber 5 sich so weit genähert hat, daß das von der Vorderfläche des Kolbens 4' und der hinteren Fläche des Schiebers 5 eingeschlossene Brennstoff-Luft-Gemisch den gewünschten Verdichtungsdruck erreicht hat. Das verdichtete Gemisch strömt dann durch die Öffnung 17 und das Ventil 19 in die Explosionskammer 16. Hier wird es durch die zwischen den Ventilen angeordnete Zündkerze 22 gezündet. Sobald der Kolben 4' den Schieher 5 überschritten hat, erfolgt die Öffnung des Ventils 20, so daß die entzündeten Treibgase in die durch die Hinterfläche des Kolbens 4' und die Vorderfläche des Schiebers 5 gebildete Arbeitskammer gelangen und der Kolben angetrieben wird. Derselbe Vorgangwiederholt sich bei dem gegenüberliegenden Schieber 5'.

In Abb. ι bis 6 sind drei verschiedene Stellungen der Kolben dargestellt. Die nebeneinanderstehenden Abbildungen sind Schnitte nach x-x (Abb. 1, 3, 5; und y-y (Abb. 2,4, 6) der Abb. 9 bei gleicher Kolbenstellung. Kolben 4 saugt mit der Hinterfläche frisches Gemisch an und stößt, mit der Vorderfläche die verbrannten Gase aus. Abb. 2 zeigt den Zeitpunkt des Beginns des Auspuffes Der bogenförmige Kanal r3 steht mit seinemEnde gerade in C eckung mit der Auspufföffnung 15 des Gehäuses. Der Kolben 4' ward auf seiner Hinterfläche angetrieben und verdichtet mit seiner Vorderfläche. Die Abb. 3und4 zeigen dasEnde der

Saug- und Auspuffperiode des Kolbens'4 und das Ende der Kompressions- und Arbeitsperiode des Kolbens 4'. Der bogenförmige Kanal 13 steht mit seinem Anfang in Dekkung mit der Auspuff öffnung 15 (Abb. 4). Das Ventil 17 wird geöffnet, so daß das verdichtete Gemisch in die Explosionskammer ιό übertreten kann. Sobald der Kolben 4' den Schieber 5 überschritten hat, erfolgt die Öffnung des Ventils 20 und die Zündung des Gemisches. Die Explosionsgase treten hinter den Kolben 4'. Diese Stellung geben Abb. 5 und 6 wieder. Der Kolben 4' erhält seinen zweiten Antrieb während der ersten Umdrehung. Das vor dem Kolben 4' liegende frische Gemisch wird verdichtet. Der Kolben 4 treibt die verbrannten Gase aus, da der bogenförmige Kanal 13 an seinem Ende in Deckung mit der Auspufföffnung 15' gelangt ist (Abb. 6). Die Rückseite des Kolbens 4 saugt frisches Gemisch an. Es finden somit bei jeder Umdrehung des Kolbens zwei Zündungen statt. Die Maschine arbeitet daher mit zwei Kolben wie eine doppelt wii"kende Maschine. Der gewöhnliche Viertaktmotor mit zwei hin und her gehenden Kolben besitzt dagegen bei einer Umdrehung nur eine Zündung.

Aus der Beschreibung der Wirkungsweise geht ohne weiteres hervor, daß das Überströmventil 19 ungesteuert sein kann, weil der Verdichtungsdruck im Sinne der Ventilöffnung wirksam ist. Das Zündventil 20 muß in jedem Fall gesteuert werden. Zweckmäßig wird man beide Ventile steuern. Nach Abb. 21 erfolgt die Steuerung der Ventile durch Hubkurven 27 der Kolbentrommel. Um bei verspäteter Öffnung des Zündventils 20 die Kammer 16 zu entlasten, ist diese mit einem Sicherheitsventil 74 ausgestattet (Abb. 22). Um die Zündung bei geschlossenem Ventil 20 überhaupt unmöglich zu machen, kann die \⁷entilöffnung in Abhängigkeit zur Zündung gebracht werden, so zwar, daß der Zündstromkreis nur bei geöffnetem Ventil 20 geschlossen wird. Zu diesem Zweck wird an dem Schaft des Ventils ein Kontakt 8 r mittels eines Isolators 80 angeschlossen, dessen Gegenkontakt

9-2 in einer Büchse 86 angeordnet ist, die in der verlängerten Ventilschaftführung 87 gegen die Wirkung einer Feder 91 verschiebbar gelagert ist. Die beiden Kontakte 81, 92 sind durch Leitungen 93, 94 an den Magneten bzw. an die Kerze 22 angeschlossen. Der Abstand der Kontakte kann durch Verstellen der Büchse 86 mittels der Muttern 88, 89 geregelt werden.

Die Steuerung der Ventile kann auch durch die Kolbentrommelwelle mittels Nocken erfolgen. Eine derartige Anordnung gibt Abb. 22 wieder. Der Ventilschaft ist durch ein Gelenk an einen am Maschinenrahmen } festgelagerten Winkelhebel y6 angeschlossen, an dessen anderem Schenkel eine Stange JJ ■ angreift, die mittels einer Rolle 78 auf ' dem Steuernocken 79 der Trommelwelle aufliegt.

Die Ausführungsform nach Abb. 12 bis 17 besitzt zwei Kolbenpaare 4, 4' und entsprechend zwei Schieberpaare 5, 5'. Demgemäß finden während einer Umdrehung des Kolbenrades vier Zündungen statt. Die radialen Ansaugekanäle 6 der Kolben 4 (Abb. 13, 15,17) gleiten bei der Drehung der Kolbentrommel über eine ringförmige Gemischkammer 65 des Gehäusedeckels, die am Umfang mit vier Schlitzen 60 ausgestattet ist. Die Gemisch- g₀ kammer besitzt einen Stutzen 66 (Abb. 19 und 20), an den die zum Vergaser führende Leitung angeschlossen ist. Die Auspuffkanäle 11 der Kolben 4 münden in vier sektorförmige Schlitze 47 des Gehäusedeckels 2 (Abb. 12, 14, 16, 18). Jeder dieser Schlitze steht durch einen Stutzen 67 mit der Auspuffleitung in Verbindung. Die Länge der Ansaugeschlitze 60 und der Auspuffschlitze 47 ist so bemessen, daß die Saug- und Auspuffkanäle rechtzeitig geöffnet und geschlossen werden.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform entspricht genau der ersten Ausführungsform. In den Abb. 12 bis 17 sind verschiedene Phasen der Bewegung der Kolbentrommel darge- stellt. Die verschiedenen Zustände in den von den Schiebern 5, 5' und den Kolben 4, 4' gebildeten Kammern sind in folgender Zusammenstellung enthalten:

r. i\bb. 12 und 13. In den Kammern zwischen jedem Kolben 4 und jedem Schieber 5 herrscht Ansaugen,

- - - - - - 4 - - '- 5' - Auspuff, -- - - - -4'-- -c;'- Expansion,

- - - - - - 4' - - 5 - Kompression.

2. Abb. 14 und

(nach einer Vierteldrehung der Kolbentrommel).

In den Kammern zwischen jedem Kolben 4' und jedem Schieber 5 herrscht Expansion, -- - - - _ 4' _ _ -£j'_ Kompression,

-4-- ~5'- Ansaugen,

- - - - - - 4 - - - 5 - Auspuff.

3· Abb. i6 und

(nach einer halben Drehung der Kolbentrommel). In den Kammern zwischen jedem Kolben 4 und jedem Schieber 5 herrscht Ansaugen,

- - - - - - 4 - - - 5' - Auspuff,

- - - - - - 4' - 5' Expansion,

- - - - - 4' - - 5 - Kompression.

Das Kolbenrad kann noch mit mehr Kolben- und Schieberpaaren ausgerüstet werden. Je größer die Zahl der Kolben ist, desto stetiger wird der Antrieb. Da in jedem Falle die Schieber auf den Umfang gleichmäßig verteilt sind und Saug- und Auspuffkolben und Arbeits- und Verdichtungskolben sich abwechsein, sind die Kräfte, die auf die Kolbentrommel wirken, immer im Gleichgewicht.

Die symmetrische Ausbildung der Kolbentrommel und ihre achsiale Anordnung in einem zylindrischen Gehäuse hat zur Folge, daß die Dichtungsstellen der einzelnen Kolben durch einen einfachen rechteckigen Linienzug bestimmt sind. Die Dichtung gestaltet sich daher überaus einfach (Abb. 24 bis 26). Jeder Kolben wird an seiner Umfläche durch eine einfache Leiste 115 abgedichtet, die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft dicht an die Innenwandung des Zylinders anlegt. An den Stirnflächen erfolgt die Dichtung durch radiale Stäbe 118, die je an verschiedenen Seiten des Dichtungsstabes 115 in Berührung mit diesem angeordnet sind und durch Federn 110 gegen die Stirnwände des Gehäuses angedrückt werden. Die Dichtungsstäbe 118 ruhen auf geteilten, überblatteten Dichtungsringen 107, 109 auf, die durch Federn 108 einerseits gegen die Gehäusewand, anderseits gegen die Trommelwand gedrückt werden. Diese Dichtungsringe bewirken die Abdichtung der Kammern gegen den Innenraum der Trommel.

Der Innenraum der Trommel bleibt somit von allen Steuerorganen frei. Die Zentrifugalwirkung der umlaufenden Trommel kann daher in bequemer Weise zu einer wirksamen Kühlung des Motors benutzt werden. Zu diesem Zweck wird das von der Pumpe geförderte Kühlwasser durch die hohle Welle der Koltentrommel frei in den Tnnenraum der Trommel geführt (Abb. 23). Die Zuführung erfolgt durch eine Ringkammer 98, die ortsfest gelagert und durch Stutzen 97 an die Pumpenleitung angeschlossen ist. Das in die Trommel eintretende Wasser verteilt sich infolge der Zentrifugalkraft an den Innenwandungen der Trommel. Die Sammlung und Abführung des Wassers erfolgt durch ein Rohr 125, das in einen Auffangtrichter 96 ausläuft.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Explosionskraftmaschine mit umlaufenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbentrommel mit paarweise und symmetrisch angeordneten Kolben zentrisch in einem zylindrischen Gehäuse gelagert ist, das die gleiche Zahl von Schieberpaaren und geschlossenen Verbrennungskammern in symmetrischer Anordnung besitzt. VS

2. Explosionskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung nur eines Kolben- und Schieberpaares der Ansaugkanal (6) des Saug- und Auspuffkolbens (4) über einen geschlossenen Ringkanal (8) sich dreht, der in einer Stirnwand (9) des Gehäuses (1) angeordnet und an den Vergaser (10) angeschlossen ist, während der Auspuffkanal (11) im Kolben (4) in einen Ringkanal (13) mündet, der in der gegenüberliegenden Stirnwand der Kolbentrommel (3) angeordnet ist und bei deren Drehung über zwei Auspufföffnungen (Ί5; 15') des Gehäuses streicht.

3. Explosionskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Kolben- und Schieberpaare die Auspuffkanäle (n) jedes Saug- und Auspuffkolbens (4) über Ringschlitze (47) des Gehäusedeckels (2) sich drehen und dadurch mit der Außenluft verbunden werden, während die Saugkanäle (6) durch Schlitze (60) einer ringförmigen Gemischkammer (65) des Gehäusedeckels (2) geöffnet und geschlossen werden.

Hierzu a Blatt Zeichnungen.

BERLIN. CFJUlt'CKl" tS DKK