-
Kraftmaschine Durch das Patent 451 379 und das Zusatzpatent .a.72563
sind Kraftmaschinen geschützt, welche eine ununterbrochen kreisende Gruppe von nach
einer Kreislinie angeordneten Zylindern und eine Gruppe zugehöriger Kolben besitzen,
die relativ zu den Zylindern abwechselnd zurückbleiben und beschleunigt vorgeholt
werden. Derartige Kraftmaschinen vereinigen in sich die Vorteile kreisender Kraftmaschinen,
vor allem die unmittelbare übertragung der Kraft auf eine umlaufende Kraftwelle,
mit den Vorteilen der üblichen Kolbenmaschinen. Diese Bauart ist nicht nur auf Kraftmaschinen,
sondern auch auf Arbeitsmaschinen anwendbar, welche die Umkehrung von Kraftmaschinen
darstellen, z. B. Pumpen und Kompressoren.
-
Soll diese schon vielfach angestrebte Bauart brauchbar werden, so
müssen eine Reihe von grundlegenden Bedingungen erfüllt sein. Die wesentlichsten
dieser Bedingungen sind folgende: Die Kraft muß in tangentialer Richtung direkt
auf die Triebwelle übertragen werden. Die Bewegung der Kolben muß so gesteuert werden,
daß die Kolben abwechselnd während eines Hubes den Weg o und während des nächsten
Hubes den Weg 2" zurücklegen, wenn a, der Weg der gleichmäßig umlaufenden Zylinder
während eines halben Kolbenspiels ist. Das Getriebe, welches die Kolbenbewegung
steuert, darf während des Arbeitshubes, d. h. also solange der Kolben stillsteht,
an der Kraftübertragung nicht beteiligt sein, da sonst eine rein tangentiale Übertragung
der Kraft nicht möglich ist. Die Kolben müssen in ihrer Bewegung allmählich beschleunigt
bzw. verzögert werden. Die Bewegung darf also nicht ruckartig aus dem Stillstand
heraus einsetzen bzw. nicht schlagartig aus der Bewegung auf o übergehen. Bei fast
allen bisher bekannten Konstruktionen derartiger Motoren setzt die Kolbenbewegung
aus der Ruhelage sofort mit der Geschwindigkeit der.Zylinder ein oder endet damit.
Derartigen Stößen ist aber praktisch kein Material gewachsen. Die Bewegung der Kolben
muß genau nach einer als Optimum erkannten Geschwindigkeitskurve steuerbar sein.
Die Kolben müssen während ihres Stillstandes, d. h. während des Krafthubes, gegen
Bewegung in beiden Richtungen gesperrt sein.
-
Zum großen Teil sind diese Bedingungen schon bei der erwähnten älteren
Ausführung erfüllt. Die Sperrung der Kolben während jedes zweiten Hubes sowohl gegen
als auch im Umlaufsinn ist Gegenstand des erwähnten Zusatzpatentes.
-
Die Maschinen nach den erwähnten älteren Ausführungen haben noch den
Nachteil, daß während des Stillstandes der Kolben bei dem in der Zeichnung der genannten
Patentschriften dargestellten Ausführungsbeispiel die Zylinder mit dem Kolben durch
das Vorholgetriebe nicht mehr vollständig zwangläufig, sondern unter Einschaltung
einer
Feder verbunden sind, damit das leerlaufende Vorholgetriebe
trotz des Kolbenstillstandes seine kleinen Bewegungen entsprechend der radialen
Schleife der Zykloide noch vollführen kann.
-
Bei dein Motor nach vorliegender Erfindung ist das Vorholgetriebe
dagegen so ausgebildet, daß es auch während des Stillstandes der Kolben, natürlich
ohne daß dadurch eine Übertragung der Kraft auf die Triebwelle eintritt, die zwangläufige
Verbindung zwischen Kolben und Zylinder aufrechterhält. Hierdurch wird einem Stoß
im Getriebe vorgebeugt, der sonst beim Übergang des Kolbens vom Stillstand zur Bewegung
sich einstellen und durch eine Feder aufgenommen werden muß. Bei den älteren Ausführungen
ist beim Beginn des Kolbenhubes das Vorholgetriebe bereits in einer Bewegungsstufe,
die bei der Mitnahme des Kolbens einen Stoß zur Folge hat. Überhaupt läßt sich dadurch,
daß die zwangläufige Verbindung zwischen Kolben und Zylinder ununterbrochen aufrechterhalten
wird, die Beschleunigung des Kolbens beim Beginn seines Hubes nach einem beliebigen
Gesetz, also auch so regeln, daß die Geschwindigkeitskurve den für einen stoßfreien
Betrieb günstigen Verlauf hat, Natürlich ist der Fortfall einer Feder auch deshalb
wertvoll, weil bei schnellaufenden Maschinen die Mitwirkung von Federn überhaupt
unerwünscht ist.
-
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen erläutert. In Abb. i ist
beispielsweise die genannte ältere Ausführungsform dargestellt. In den kreisenden
Zylindern i bewegen sich die Kolben 2. Das Vorholgetriebe besteht für jedes Kolbenpaar
aus einem Planetenrad :I, das sich auf einem ortsfesten Zahnkranz 5 abwälzt und
mit einer größeren, etwa doppelt so großen Kurbelscheibe 8 verbunden ist, deren
Kurbelgelenk i i durch die Kurbelstange g mit einem Kolbenarm 6 in gelenkiger Verbindung
steht. Durch Einschalten einer Feder 22 ist die Kurbelstange in der Längsrichtung
nachgiebig. Der Kurbelgelenkpunkt 1i beschreibt eine Epizykloide mit radialen Schleifen.
Wenn sich der Kurbelgelenkpunkt i i auf diesen schmalen Schleifen bewegt, werden
die Kolben des zugehörigen Kolbenpaares festgestellt, wobei die geringfügige Längsverschiebung
- der Kurbelstange durch die eingeschaltete Feder ausgeglichen wird. Dieser Stillstand
erfolgt während jedes zweiten Hubes, worauf dann die Kolben um das gesamte Kolbenspiel
vorgeholt werden.
-
Der Kurbelgelenkpunkt i i der Schubstange beschreibt die in Abb.2
dargestellte Bahn. Diese Bahn besteht für den gewöhnlichen Fall, daß analog der
Wirkungsweise des üblichen Kurbelgetriebes Arbeits- und Kompressionshübe bzv. Arbeits-
und Nacheiliübe gleich sind, aus zwei zeitgleichen Abschnitten, dem Bogen 15-i5
und der Kurbelschleife 15-33'15 Während des Durcheilens der Kurbelschleife sollen
die Kolben stillstehen und gegen den feststehenden Teil der Maschine in beiden Drehrichtungen
verriegelt sein. Aus der Kurve ist die von der Feder 22 während des Stillstandes
der Kolben aufnehmende Bewegung der Kurbelstange ersichtlich.
-
Erfindungsgemäß dagegen wird die Bewegung des Vorholgetriebes für
die Kolben zwangläufig so geleitet, daß sie genau die` gewünschte Kolbenbewegung
hervorruft.
-
In Abb.3 ist in einem Geschwindigkeits-Zeit (v, t)-Diagramm der zweckmäßige
Verlauf der Kolbengeschwindigkeit während einer Periode dargestellt. Es bezeichnet
die Strecke 2s den Weg des Kolbens, der einem Hinundhergang beim üblichen Kurbelgetriebe
entspricht. Der halbe Wert dieser Strecke ist dann s und soll Hub der Maschine äenannt
werden, wieder analog den Vorgängen bei einem üblichen Kurbelgetriebe. Während aller
Hübe s sollen sich die Zylinder mit der annähernd gleichen Geschwindigkeit v drehen.
Die Kolbengeschwindigkeit soll dann während des ersten Hubes o sein, während beim
zweiten Hub die Geschwindigkeit von o über ein Maximum wieder .auf o zurückgeht.
Die Werte dieser Geschwindigkeitskurve sind so angenommen, daß Arbeits- und :\Tacheilhub
entsprechend dem Kurbelgetriebe zeitgleich sind, was aber bei dem Motor nach der
Erfindung nicht der Fall zu sein braucht. Der Kolben legt dann in der Zeit, in der
der Zylinder sich um einen Hub s vorbewegt, die gesamte Strecke 2s zurück.
-
Dieser Erfindungsgedanke. die Kolbenbewegung nach der gewünschten
Kolbengeschwindigkeitskurve durch das Vorholgetriebe zwangläufig zu steuern, kann
auf die verschiedenste Weise gelöst werden.
-
In Abb. q. ist beispielsweise eine einfache Lösung angedeutet. Die
Zylindergruppe i läuft möglichst gleichmäßig um. Der Kolben 2 wird durch die Kurbelstange
g vorgeholt. Der Endpunkt i i dieser Kurbelstange bewegt sich erstens gleitend auf
der umlaufenden Kurbel 811, deren Bewegung irgendwie von der Zylinderhauptbewegung
abgeleitet wird, zweitens auf der Kurve 1o, die fest am Zylinder sitzt und so geformt
ist, daß der Kolben genau die vorgeschriebene Bewegung ausführt.
-
In Abb. 5 ist die Kurbelstange des Vorholgetriebes nach Abb. i dargestellt
mit einer
Vorrichtung zur zwangläufigen Steuerung der Kurbelstangenlänge
nach der Kolbengeschwindigkeitskurve. Wie schon erwähnt, beschreibt das Kurbelgelenk
i i Epizykloiden mit radialen Schleifen nach Art der Abb. -2-Durch Veränderung der
Länge der Kurbelstange ist erstens vom Punkt 14. bis 15 und von 15 bis 13 die Verzögerung
bzw. Beschleunigung von der Geschwindigkeit des Epizykloidengetriebes auf o bzw.
von o bis auf die entsprechende Geschwindigkeit und zweitens vom Punkt 15 über Punkt
33 nach Punkt 15 Stillstand der Kolben zu erreichen.
-
Die Kurbelstange 9 ist im Lager i ja fest an der Kurbel 81° befestigt,
am anderen Ende trägt sie einen rahmenförmigen Ansatz 16. Auf dem Balken 17 dieses
Rahmens ist das Zahnrad IS gelagert, das in die ebenfalls in 17 gelagerten Zahnräder
i9 eingreift. Die Zahnräder i9 sind mit zwei exzentrischen Scheiben 23 starr verbunden.
Zwischen den Umfängen dieser exzentrischen Scheiben gleitet, in dem Rahmen 16 gelagert,
das bewegliche Lager 25, welches mit dem Zapfen 26 unmittelbar oder mittelbar an
den Kolben 2 angelenkt ist. Mit dem Zahnrad IS ist der Hebel 27 starr verbunden,
dessen unteres Ende die Stange 28 trägt, die in dein Lager 29 gleitend gelagert
ist. Das Lager 29 ist drehbar am Kolbenarm befestigt. Am freien Ende der Stange
28 befindet sich das Schiffchen 3o, das in der Steuerkurve 31, die an der Stange
9 angebracht ist, gleitet. Durch das Aufundabsch`vingen der Stange 9 wird mit Hilfe
der Stangen 28 und 27 dem Rade IS und damit den Exzenterscheiben 23 eine Drehung
gegeben, die ein Hinundhergehen des Punktes 26 im Rahmen 16 herbeiführen. Es ist
nun kinematisch möglich, dem Steuerungsmechanismus eine solche Form zu geben, daß
genau die gewünschte Kolbenbewegung dadurch hervorgerufen wird.
-
In Abb. 6 ist eine Maschine nach der Erfindung schematisch dargestellt.
Die nach einer Kreislinie angeordneten Zylindergehäuse i sitzen auf Armen 12 und
sind mit der Triebwelle 3 fest verbunden. An zwei Armen 12 sitzt drehbar ein Planetenrad
.I, das sich auf einem mit feststehenden Maschinenteilen starr verbundenen Zahnkranz
5 abwälzt. An Arnien 6 sitzen, beispielsweise zu je zweien, die Kolben 2, die von
Ringen 37 ausgehen. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Zahl der
Kolbenantriebe und der angetriebenen Kolben beliebig zu wählen ist. Diese Ringe
37 können sich um die feststehende Nabe 38 nur drehen, wenn es das Rücksperrgetriebe
nach dem ersten Zusatzpateilt erlaubt. Es besteht aus einer mit den Zylindern verbundenen
Kurvenbahn .Io, einer mit den Kolben verbundenen Kurvenbahn 39 und mit am feststehenden
Teil der Maschine um Bolzen .I1 schwingbaren Klinkenhebeln 4.2. Es sperrt die Kolben
während jedes zweiten Hubes sowohl -2-,--en als auch im Umlaufsinn gegenüber dem
eststelienden Teil der Maschine. Zvlinder und Kolben sind durch Zykloidell-Schubkurbelgetriebe
mit zwangläufig gesteuerter Kurbelstange nach Abb. 5 verbunden.
-
Das geschilderte Schubkurbelgetriebe läßt sich auch für andere Zwecke,
insbesondere für die Bewegung der Werkzeuge von Werkzeugmaschinen, z. B. Schleifmaschinen,
verwenden.
-
Außerdem ist wiederum zu bemerken, daß die Aufgaben von Zylinder und
Kolben bei der Kraftmaschine vertauscht sein können sowie daß die Erfindung auch
für die Umkehrung der Kraftmaschine, also für eine Pumpe, anwendbar ist.