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Zweitaktverbrennungskraftmaschine mit Schubkurvengetriebe. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Maschine, und zwar insbesondere eine Zweitaktverbrennungskraftmaschine,
bei der die Kolben mit einer Kurvenbahn zusammenwirken. Bei feststehender Kurvenbahn
und umlaufenden Zylindern kommt man infolge der auftretenden Schleuderkräfte im
Beharrungszustande der Maschine mit einer einzigen äußeren Kurvenbahn aus, gegen
die sich die zweckmäßig mittelbar oder unmittelbar an den Kolben vorgesehenen Rollen
legen. Zum Anlassen und Auslaufen der Maschine, während welcher Betriebszustände
die Schleuderkräfte und der Verdichtungsdruck noch nicht die Normalgröße haben,
ordnet man eine innere Hilfskurvenbahn an, durch welche der Kolben zwangläufig die
erforderlichen Bewegungen erteilt werden.
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Da bei diesen Betriebszuständen die Haupt-und Hilfskurvenbahn durch
die Rollen abwechselnd belastet werden, hat man bisher zur Vermeidung von Schlägen
und Stößen den Abstand zwischen den beiden Bahnen genau so groß wie den Rollendurchmesser
bzw. so groß gewählt, daß bei Anordnung je einer Rolle für die Hauptbahn und die
Hilfsbahn die Rollen dauernd gleichzeitig mit den zugehörigen Bahnen in leichter
Berührung bleiben. Bei dem Druckwechsel kann dann ein Klappern der Maschine nicht
eintreten (genau ebenso wie man bei Maschinen mit Kurbeltriebwerk von den Wellenlagern
und Kurbellagern jeden Spielraum fernhält, damit das Triebwerk nicht klappert).
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Die Erfindung betrifft nun die Gattung einer mit einer Kurvenbahn
als Steuerglied arbeitenden Maschine, bei welcher die Zylinder feststehen und mit
der Kurvenbahn versehene Schwungmassen umlaufen, wobei die Hauptbahn so ausgebildet
ist, ilaß man auch bei dieser Gattung von Kurvenmaschinen für den Beharrungszustand
der Maschine nur mit einer einzigen Kurvenbahn auskommt. Dies ist dadurch erreicht,
daß die Bahnteile, welche den Verdichungshub vom Umkehrpunkte der Beschleunigung
an, also die zweite Hälfte
des Verdichtungshubes steuern, so ausgebildet
sind, daß die durch diese Bahnteile zugelassene Verzögerung der Triebwerksteile
überall kleiner ist, als die durch den Verdichtungsdruck erzeugbare Verzögerung
dieser Teile. Es ist hierdurch die Gewähr gegeben, daß unter Berücksichtigung der
Massenbeschleunigungskräfte der Triebwerksteile auch auf der zweiten Hälfte des
Verdichtungshubes die Kräfte, welche erforderlich sind, um die Triebwerksteile der
Bahnform entsprechend zu verzögern, geringer sind als die Kräfte., welche von den
Verdichtungsdrucken auf den Kolben ausgeübt werden. Die Rollen liegen daher ständig
an der Kurvenbahn an, vorausgesetzt natürlich, daß der Verdichtungsdruck sowie die
Massenkräfte der Triebwerksteile ihre normale Größe haben und im übrigen die Maschine
ordnungsmäßig läuft. Zum Anlassen und Auslaufen der Maschine bedarf man natürlich
auch hier einer Hilfskurvenbahn.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einer derartig ausgebildeten
Hauptkurvenbahn, deren Abstand von der Hilfskurvenbahn so groß ist, daß die an den
Kolben angebrachten Rollen beim Anliegen an der Hauptkurvenbahn die Hilfskurvenbahn
nicht berühren. Infolge des nunmehr zielbewußt belassenen Spiels zwischen den Rollen
und den Kurvenbahnen tritt zwar beim Anlassen und Auslaufen der Maschine ein Klappern
ein, dieser praktisch unbedeutende übelstand wird aber im Hinblick auf den wesentlichen
Vorteil in Kauf genommen, daß man dadurch ein ausgezeichnetes Wahrnehmungsmittel
erhält, für Störungserscheinungen, die eine Gefahr für die Maschine bilden, wenn
sie nicht im Anfangsstadium erkannt und beseitigt werden.
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Es kann sich z. B. die Reiburig eines Kolbens im Zylinder dadurch
vergrößern, daß er sich infolge unzulässiger Erwärmung ausdehnt, oder daß sich durch
Verbrennungsrückstände die Kolbenringe festsetzen. Die hierbei auftretende Erhöhung
des Reibungswiderstandes macht sich bei Maschinen mit Kurbeltrieb oder einer Kurvenmaschine,,
deren Rollen dauernd an den Bahnen anliegen, nicht eher bemerkbar, als bis durch
gänzliches Festfressen des betreffenden Kolbens der Weiterlauf der ganzen Maschine
in Frage gestellt wird oder sogar der Bruch eines Triebwerksteiles eintritt. Der
mit diesem Vorgang verbundene -Schaden ist sehr schwerwiegend. Wird aber erfindrangsgemäß
der Bahnenabstand absichtlich größer .gewählt, als unbedingt nötig ist, so daß im
Beharrungszugstande der Maschine die Rolle nur an der Hauptbahn anliegt, so macht
sich das Auftreten von unnormalen Reibungen und Hemmungen sofort bei Beginn der
Störung bemerkbar, weil dann der Gasdruck im Zylinder zur Überwindung der Reibungsarbeiten
verbraucht wird und daher nicht mehr ausreicht, um den Kolben so zu beschleunigen,
daß seine Rolle ständig an der Hauptbahn anliegt. Die Rollen werden daher zwischen
Haupt- und Hilfsbahn hin und her gestoßen und erzeugen infolge des Zwischenraumes
ein auffallendes Surren und ein klapperndes Geräusch schon gleich zu Anfang des
Auftretens der Hemmung. Man wird daher auf die Störung aufmerksam und kann sie beseitigen,
bevor ein Schaden entsteht.
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Während also bisher insbesondere bei mehrzylindrigen Kraftmaschinen
sich die unzulässige Reibung eines Kolbens erst feststellen ließ, wenn durch Festfressen
des Kolbens der Zylinder schon beschädigt oder gar ein Bruch eingetreten war, kann
infolge der Zusammenwirkung der Massenbeschleunigungskräfte der Triebwerksteile,
des Gasdruckes im Zylinder und der besonderen Gestaltung der Hauptkurvenbahn die
Hilfskurvenbahn gemäß der Erfindung dazu herangezogen werden, eine unzulässige Reibung
eines Kolbens schon im Beginn ihres Auftretens zu erkennen, so daß eine Beschädigung
des Zylinders durch ein nicht ordnungsmäßiges Arbeiten eines Kolbens sicher vermieden
wer= den kann.
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Läßt man auf der Haupt- und Hilfsbahn in an sich bekannter Weise je
eine Rolle laufen und werden die Haupt- und Hilfsrollen am Querhaupt gleichachsig
angeordnet, so braucht der gegenseitige Abstand der Haupt- und Hilfskurvonbahn nur
etwas größer als die Summe der Halbmesser der beiden Rollen zu sein.
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Auf der .Zeichnung ist eine Ausführungsform der Maschine nach der
Erfindung dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch die Maschine, Abb. 2 Ein abgebrochen
,gezeichneter Querschnitt nach der Linie. A-B der Abb. i und Abb. 3 zeigt .einen
Teil der Abb. i in größerem Maßstabe.
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Bei der dargestellten Zweitaktverbrennungskraftmaschine spielen in
dem feststehenden Zylinder i, der an einer Seite von einem Bock 14 getragen wird,
gegenläufige Kolben 2, 3, die durch Kolbenstangen q. mit Querhäuptern 5 verbunden
sind. . Diese sind in Führungen 6 radial verschiebbar und tragen Rollen 7, welche
mit Kurvenbahnen zusammenwirken. Die Kurvenbahnen sind an Ringen 15 vorgesehen,
die an Schwungscheiben 8 befestigt sind. Die eine Schwungscheibe ist auf dem Bock
1q. ,gelagert und die andere mit der angetriebenen, in einem Bock 16 gelagerten
Welle 17 unmittelbar verbunden.
Der flüssige Brennstoff wird durch
eine Öffnung i i in den für beide Kolben 2, 3 gemeinsamen Verbrennungsraum 18 des
Zylinders i eingeführt. Die Spülluft tritt durch die vom Kolben 3 gesteuerten Spülschlitze
io ein, während die Verbrennungsrückstände durch die vom Kolben 2 gesteuerten Schlitze
9 entweichen.
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Die mit den Rollen 7 zusammenwirkenden Kurvenbahnen setzen sich aus
Bahnelementen b-a-b zusammen, von denen jedes eine Zweitaktperiode steuert. Der
Strecke c-a des Bahnelementes, welche die zweite Hälfte des Verdichtungshubes steuert,
ist eine derartige Gestalt gegeben, daß im Beharrungszustande der Maschine die Kräfte,
-welche erforderlich sind, um die Triebwerksteile der Bahnform entsprechend zu verzögern,
kleiner sind als die Kräfte, welche von den Verdichtungsdrucken auf den Kolben ausgeübt
werden. Hierdurch ist erreicht, daß, sobald der Verdichtungsdruck und die Massenkräfte
der Triebwerksteile auf ihre normale Größe gekommen sind, ein ständiger Kraftschluß
zwischen den Rollen 7 und den Kurvenbahnen gesichert ist. Für den Beharrungszustand
der Maschine käme man daher allein mit den Kurvenbahnen b-a-h aus.
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Auf der Achse i 9 der Rollen 7 sind nun ferner noch Rollen 2o angeordnet,
welche mit Hilfsku.rvenbahnen b'-a'-b' zusammenwirken, die zu den Hauptkurvenbahnen
b-a-b so angeordnet sind, daß die Rollen 7 bzw. 2o ihre zugehörigen Bahnen mit auf
einem Durchmesser gegenüberliegenden Punkten berühren können. Die Hilfskurvenbahnen
sind an Ringleisten 21 der Schwungscheiben 8 vorgesehen und haben ein zur Hauptkurvenbahn
äquidistantes Profil. Der Abstand x jedes Punktes der Hilfskurvenbahn b'-ä'-b' ist
vom gegenüberliegenden Punkte der auf derselben Seite liegenden Hauptkurvenbahn
b-a-b bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel, ebi dem die Rollen 7 und
2o gleichachsig sind, etwas größer als die Summe der Halbmesser der beiden Rollen.
Es liegen also entweder die Hauptrollen 7 an den Hauptkurvenbahnen oder die Hilfsrollen
2o an den Hilfskurvenbahnen an.
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Beim Anlassen der Maschine stützt sich der obere Kolben 2 mit seinen
Hilfsrollen 2o auf die Ringleisten 21, also auf die Hilfskurvenbahnen, während die
Hauptrollen 7 des unteren Kolbens 3 auf den Ringen 15, also auf den Hauptbahnen,
sich drehen. Beide Kolben führen daher die zur Steuerung der Kanäle erforderlichen.
Bewegungen aus. Ist die Maschine in den Beharrungszustand gekommen, so heben sich
die Hilfsrollen 2o des Kolbens 2 von den Leisten 21 ab (Abb. i und 3'), und die
Hauptrollen ; dieses Kolbens kommen mit den Hauptkurvenbahnen-in Berührung. Bei
ordnungsmäßigem Betriebe lieben alle Rollen 7 der Querhäupter 5 ständig an den Hauptkurvenbahnen
an.
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Haben sich nun z. B. die Ringe eines der beiden Kolben 2 oder 3 verschmutzt,
so daß die Reibung zwischen Kolben und der Wandung des Zylinders i erheblich größer
ist als sie der Berechnung zugrunde liegt, so wird der kraftschlüssige Betrieb aufgehoben,
der Kolben bleibt beim Ausdehnungshub etwas zurück, da die Kräfte, welche von den
Expansionsdrucken auf ihn ausgeübt werden, nach Überwindung der Kolbenreibung nicht
mehr ausreichen, um die Triebwerksteile der Bahnform entsprechend zu beschleunigen.
Die Hilfsrollen 2o kommen dadurch mit den Ringleisten 21 in Berührung, werden aber
von den Hilfskurvenbahnen b'-a'-b' wieder gegen die Hauptkurvenbahnen gestoßen.
Bei jedem Arbeitsspiel wiederholen sich diese Bewegungen des Querhauptes 5, wodurch
ein klapperndes Geräusch entsteht. Das nicht ordnungsmäßige Arbeiten eines Kolbens
wird daher für den Maschinisten schon beim Beginn der Störung hörbar, so daß er
rechtzeitige Gegenmaßnahmen zur Beseitigung der Störung treffen kann.
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Die Ausbildung der Maschine nach der Erfindung eignet sich für alle
Maschinen mit feststehenden Zylindern und umlaufenden, durch eine Kurvenbahn angetriebenen
Schwungmassen.