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Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen, insbesondere
Viertaktmaschinen, die nach Art eines Dieselmotors arbeiten.
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Um eine möglichst gedrängte Bauart zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen
worden, einen feststehenden Zylinderblock vorzusehen, in dem die Zylinder in der
Mitte radial zusammenlaufen und der von einem kreisenden, luftdichten Gehäuse umgeben
ist. Die in den Zylindern beweglichen Kolben bilden im Zentrum der Maschine eine
Explosionskammer, die durch keilförmige Ausbildung der Kolbenböden zu verkleinern
ebenfalls bekannt ist.
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Für den Betrieb und die sichere Wirkungsweise einer derartigen Maschine
ist jedoch die Anordnung der Ventile, die Luft- und Brennstoffzuführung und die
Bewegungsübertragung von ausschlaggebender Bedeutung.
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Gemäß der Erfindung besitzt die Maschine Einlaß- und Auslaßventile
im umlaufenden, mit einem luftgekühlten Lager und Innenverzahnung versehenen Gehäuse
zur Zufuhr von Luft, die vom Gehäuseinnern beim Saughub der Kolben erst durch ein
das Gehäuseinnere mit dem Raum zwischen den Kolben verbindendes Ventil und bei erhöhtem
Druck im Gehäuse durch Ventile in den schrägen Wandungen der an sich bekannten keilförmigen
Kolbenböden in den Raum zwischen den Kolben gelangt. Mit dem Gehäuse ist eine Welle
verbunden, die gegen den Zylinderblock durch ein Stirnlager abgestützt ist und Ventilatorflügel
trägt, derart, daß einer Luftkammer im Zylinderblock an dem Lager vorbeistreichende
Luft zugeführt wird. Die Innenverzahnung im Gehäuse ist als eine Triebstockverzahnung
ausgebildet, auf der an sich bekannte Zahnräder, die auf Kurbelwellen sitzen, umlaufen.
Zylindrische Bolzen der Triebstockverzahnung sitzen mit konischen Enden im Gehäuse
unter abnehmbaren Seitenplatten, wobei sie mittels eines Gewindeteiles im Gehäuse
festgehalten werden und drehbare Rollen tragen. Im Gehäuse befindet sich ein ringförmiger
Raum mit geschlitzten Wandungen, der mit dem Innern des Gehäuses in Verbindung steht
und in dem sich Schmiermittel durch die Zentrifugalkräfte sammeln. Es sind ferner
Schmierkanäle vorgesehen, durch die der Verzahnung, den Lagern, der Zahnräder und
den Lagern der Kurbelwellen aus dem ringförmigen Raum Schmiermittel zugeführt werden.
Der Explosionskammer wird Brennstoff durch eine Düse auf der dem Lufteinlaßventil
gegenüberliegenden Seite zugeführt.
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In den Zeichnungen ist Abb. i ein senkrechter Längsschnitt, in dem
einige Teile der Maschine in Ansicht gezeigt sind, Abb. a ein senkrechter Schnitt
nach der Linie 2-a der Abb. i, Abb.3 eine Teilansicht eines der Bolzen im Gehäuse
und seiner Befestigung in größerem Maßstab, -Abb. q. eine Teilansicht, die teilweise
im Schnitt in größerem Maßstab Eintrittsöffnungen der Luftkühlung zeigt, die auf
Abb. i auf der rechten Seite angedeutet ist, Abb.5 eine teilweise Seitenansicht,
aus der
die Form der Maschine hervorgeht, die sie als Rotor eines
Gleichstromgenerators annimmt, Abb. 6 ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Abb. 5,
Abb.7 eine Teilansicht, aus der die Form der Maschine hervorgeht, die sie als Rotor
eines Wechselstromgenerators annimmt, und Abb.8 ein Schnitt nach der Linie 8-8 der
Abb. i.
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Die Maschine enthält einen Block A von im allgemeinen runder Form
mit zylindrischen Ansätzen i und 2 an seinen Enden. Diese Ansätze bilden Zapfen,
auf denen zylindrische Lagermuffen 3 und 4 eines Gehäuses B drehbar gelagert sind.
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Der Block A ist fest und unbeweglich auf einem Träger oder Rahmen
5 auf der Seite des Ansatzes i befestigt, und ein Träger 6 stützt die andere Seite
der Maschine mittels einer Lagermuffe 7 ab, in der die Lagermuffe ¢ läuft.
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Der Block A besitzt eine Anzahl (zweckmäßig vier) radiale Bohrungen,
die Zylinder 8 bilden, in denen Kolben 9 hin und her gehen. Da sämtliche Zylinder,
Kolben und dazugehörige Teile auf genau die gleiche Art ausgebildet sind, werden
dieselben Bezugszeichen benutzt, um entsprechende Teile zu bezeichnen.
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Das Gehäuse B enthält einen mittleren Ring io, an dem Seitenplatten
ii und i2 in passender Weise befestigt sind. Der mittlere Ring io enthält im Innern
einen ringförmigen Raum 13 zur Aufnahme von Schmiermittel mit zusammenlaufenden
Rändern oder Wänden 14, die durch einen Schlitz 15 getrennt mit dem Innern des Gehäuses
in Verbindung stehen.
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Der Ring io enthält zwei kreisförmige Reihen von Bolzen 16, die eine
Triebstockverzahnung bilden. Die Bolzen sind in besonders einfacher Weise angebracht,
so daß sie sich leicht auswechseln lassen und eine feste und dauerhafte Verbindung
ergeben. In Abb. 3 ist einer dieser Bolzen 16 und seine Befestigung näher gezeigt.
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Die Bolzen 16 bestehen zweckmäßig aus hochwertigem Stahl und haben
eine gehärtete und geschliffene Oberfläche. Sie haben einen doppelten Konus und
erstrecken sich quer über eine Nut 17 im Ring io, wobei die Nut durch Schmierkanäle
18 mit dem Raum 13 verbunden ist. Die Bolzen sind mit ihren konischen Enden gut
eingepaßt und werden durch ein Gewindeteil i9 in ihrer Stellung gehalten. Die Seitenplatten
ii und 12 des Gehäuses liegen zweckmäßig gegen die äußeren Enden der Bolzen an und
verhindern dadurch eine Verlagerung der Bolzen; sie können jedoch zum Einsetzen
eines neuen Bolzens entfernt werden, wenn einer der Bolzen gebrochen ist.
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Schubstangen 21 verbinden Zapfen 22 des Kolbens 9 mit Kurbelzapfen
23, auf denen Paare von Zahnrädern 24 befestigt sind. Diese Zahnräder stehen mit
den Bolzen 16 der Triebstockverzahnung oder genauer mit Rollen so auf den Bolzen
16 in Eingriff, und eine hin und her gehende Bewegung der Kolben versetzt die Zahnräder
24 und dadurch das Gehäuse B in Umdrehung.
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Die Schubstangen 21 enthalten Längsschmierkanäle 25, die mit Lagermuffen
26 und 27 auf den Zapfen 22 und 23 in Verbindung stehen. Die Kurbelzapfen 23 enthalten
ebenfalls Schmierkanäle 28, die mit Lagern 29 im Block A in. Verbindung stehen.
In diesen Lagern sind Stirnzapfen 3o der Zahnräder 24 drehbar gelagert. Die äußersten
Enden der Schubstangen 2i besitzen eine Öffnung 31, durch -die bei der Bewegung
der Schubstangen Schmiermittel aufgenommen werden, so daß die verschiedenen Lager
während des Laufes der Maschine in genügendem Maße geschmiert werden.
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Durch die Drehbewegung der Maschine werden die Schmiermittel gewöhnlich
in dem Raum 13 infolge der Zentrifugalkraft gehalten. Die Schmiermittel sind
dabei mehr oder weniger im Umlauf, so daß durch die Bewegung der beweglichen Teile
eine gute Schmierung der Lager gewährleistet ist.
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Aus Abb.2 ist ersichtlich, daß sämtliche Zylinder 8 in der Mitte des
Blockes miteinander in Verbindung stehen und daß die Kolben 9 keilförmige innere
Endflächen oder Köpfe 32 besitzen, deren Spitzen abgestützt sind, so daß bei der
innersten Lage der Einwärtsbewegung der Kolben ein verhältnismäßig kleiner Raum
33 entsteht. Zwischen den Kolben sind in dieser Lage radiale Zwischenräume vorhanden,
um eine gute Wirkungsweise nach der Zündung und während des Arbeitshubes des Kolbens
zu sichern.
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Die Kolben 9 besitzen in ihren Arbeitsflächen Ventile 34, deren Zweck
später erläutert wird. Der Block A besitzt auf der einen Seite in der Mitte eine
Luftkammer 35, die mit den Zylindern und mit der obenerwähnten Explosionskammer
33 in freier Verbindung steht. Die Außenwand der Kammer 35 ist mit Einlaßöffnungen
36 versehen, die gewöhnlich durch ein nach innen öffnendes Ventil 37 verschlossen
sind. Die Öffnungen 36 stehen mit radialen Kanälen 38 in Verbindung, deren Endöffnungen
39 mit dem Innern der Zylinder 8 verbunden sind und durch die Kolben 9 geöffnet
und geschlossen werden. Die Öffnungen 39 sind vollständig geöffnet, wenn die Kolben
ihre innerste Lage bei der Einwärtsbewegung erreicht haben, bei anderen Kolbenstellungen
aber verschlossen.
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Auf derselben Seite der Maschine, auf der das Ventil 37 und die Kanäle
38 sitzen, befindet sich ein Kugel- oder Rollenstirnlager, das zwischen dem Ansatz
:2 des Blockes A und einem scheibenähnlichen Flansch 41, der an der Lagermuffe 4
des Gehäuses B befestigt ist, liegt. Eine verhältnismäßig große Luftkammer 42 ist
an
dem Ende des Ansatzes 2 vorgesehen, und ein Ventilator oder Gebläse
43 ist in einer Gebläsekammer 44 im Flansch 41 angebracht.
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Im Flansch 41 ist eine Anzahl radialer Lufteinlaßöffnungen 45 vorgesehen,
die mit der Luftkammer 42 in Verbindung stehen. Becherförmige Einlaßöffnungen 46
befinden sich an den Enden der Öffnungen 45, so daß beim Umlaufen des Flansches
Luft in die Luftkammer gedrückt wird.
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Die Ventilator- oder Gebläsekammer 44 hat Saugöffnungen 47 und 48
in ihren Wandungen, durch welche die Luft aus der Kammer 42 beim Umlaufen des Ventilators
43 gesaugt wird. Ein ständiger Luftstrom wird daher in der Kammer 42 aufrechterhalten
und kühlt das Stirnlager 40.
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Der Flansch 41 besteht mit einem zweiten Flansch 49 aus einem Stück,
an dem das Ende einer Welle 5o befestigt ist. An dieser Welle wird die von der Maschine
erzeugte Kraft entnommen. Es kann indessen auch zweckmäßig sein, die Kraft an dem
Umfang des Gehäuses B abzunehmen.
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Der Block A enthält an der dem Ventilator 37 gegenüberliegenden Seite
eine Kammer 51 in offener Verbindung mit dem Innern der Zylinder und mit
der Explosionskammer 33. Eine Einspritzdüse 52 ist im Ansatz i befestigt und ragt
in die Kammer 51 hinein: Ein _ Paar Auspuffventile sind ebenfalls in dem Ansatz
i eingebaut und stehen mit der Kammer 51 in Verbindung. Diese Auspuffventile werden
durch die Bewegung eines Hebels 54, der durch einen Steuerhebel 55 bewegt
wird, geöffnet. Der Steuerhebel ist in einem Träger 56 drehbar gelagert und steht
an seinem freien Ende mit dem Hebel 54 in Eingriff. Das äußere Ende des Hebels 55
ist an einer Verbindungsstange 57 angelenkt, die an einer Führung 58 im Maschinenrahmen
5 angebracht ist. Die Verbindungsstange trägt an ihrem inneren Ende eine Rolle 59,
die mit einem Nockenring 6o auf der Lagermuffe 3 des Gehäuses B läuft, so daß bei
einer Drehung des Ringes die Auspuffventile 53 zeitweise geöffnet werden.
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Das Gehäuse B enthält Lufteinlaßventile 61 und Luftauslaßventile 62.
Die Ventile 61 öffnen nach innen und die Ventile 62 nach außen, wobei die letzteren
wesentlich kleiner sind und kleinere Öffnungen besitzen als die Ventile 62 und nur
dazu dienen, einen Überdruck im Gehäuse unmöglich zu machen.
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Der Block A besitzt zweckmäßig Wasserkanäle 63, die mit Ein- und Auslaßöffnungen
64 und 65 in Verbindung stehen. Ein gewöhnlich verschlossener Einlaß 66 ist an dem
Ansatz i zur Einführung eines Schmiermittels in das Gehäuse vorgesehen und kann
zum Anschluß einer Luftdruckleitung benutzt werden, um der Luft im Gehäuse einen
Anfangsdruck nach Wunsch zu erteilen. In den Abb. 5 und 6 sind Teile 67 an dem Umfang
des Gehäuses B befestigt, um einen Gleichstromgenerator zu bilden, und in den Abb.
7 und 8 ist derselbe Gedanke durch Teile 68 an dem Umfang des Gehäuses B für einen
Wechselstromgenerator ausgeführt. Das Gehäuse bildet dabei den Rotor des Generators,
es kann aber Kraft auch direkt von der Welle 5o abgenommen oder beide Verwendungsarten
nach Wunsch vereinigt werden.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Maschine ist folgende: In
den Abb. i und 2 sind die Kolben in ihrer innersten Grenzlage gezeigt, die als Zündstellung
angenommen werden mag. Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Maschine werden
die einzelnen Hübe des Kolbens als Einwärts- und Auswärtsbewegung bezeichnet, im
Gegensatz zu der gebräuchlichen Ausdrucksweise einer Aufwärts- und Abwärtsbewegung.
Da die verschiedenen Zylinder radial angeordnet sind, bewegen sich gegenüberliegende
Kolben in entgegengesetzte Richtungen.
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Befinden sich die Teile in der in den Zeichnungen angedeuteten Stellung,
so ist die Luft in dem Raum 33 zwischen den Köpfen der Kolben maximal komprimiert.
Das Ventil 37 wird durch den Luftdruck geschlossen gehalten; die Öffnungen 39 und
Kanäle 38 stehen in offener Verbindung mit dem Innern des Gehäuses, da die Kolben
die Öffnungen 39 in dieser Stellung freigeben. Der Rückdruck auf das Ventil 37 ist
daher gleich dem Druck im Gehäuse.
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Da die Maschine zur Art der Dieselmaschinen gehört, besitzt sie eine
Einspritzdüse 52, durch die ein Strahl von Brennstoff eingespritzt werden kann;
jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art der Einspritzungs-
oder Zündungsmittel.
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Sobald die Einspritzung stattfindet, wird durch die Druckluft gezündet,
und die Kolben 9 werden durch die Ausdehnung der Verbrennungsgase nach außen getrieben.
Diese Bewegung bildet den Arbeitshub der Kolben und wird durch die Schubstangen
21 als Drehbewegung auf die Zahnräder 24 übertragen. Diese greifen in die Bolzen
16 mit Rollen 2o der Triebstockverzahnung ein, und dem Gehäuse B wird eine Drehbewegung
erteilt.
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Beim zweiten Hub oder der Einwärtsbewegung der Kolben werden die Verbrennungsgase
durch die Auspuffventile nach außen gedrückt und diese Ventile geöffnet und während
des ganzen zweiten oder Ausspülungshubes offen gehalten. Beim dritten oder Saughub
des Kolbens fällt der Druck in dem Raum zwischen den Kolben genügend ab, so daß
sich das Ventil 37 öffnet und Druckluft aus den Kanälen 38 gelangt in den Raum 33
zwischen den Kolben. Da aber die Öffnungen 39 durch
die Kolben bei
ihrer Auswärtsbewegung abgeschlossen werden, wird zusätzliche Luft in den Raum 33
bei der Auswärtsbewegung jedes Kolbens gefördert. Durch die Auswärtsbewegung der
Kolben wird die Luft im Gehäuse zusammengedrückt und gelangt durch die Ventile 34
in den Raum zwischen den Kolben. Es wird daher bei jedem Saughub zuerst Luft durch
das Ventil 37 und später durch Öffnen, der Ventile 34 eingelassen, so daß, wenn
die Kolben ihre Endlage beim Saughub erreichen, eine Luftmenge zwischen den , Kolben
eingefangen ist, deren Druck gleich dem Luftdruck im Gehäuse ist.
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Beim vierten oder Kompressionshub der Kolben wird die bereits unter
Druck befindliche Luft weiterhin durch die gemeinsame Bewegung der Kolben in einem
verhältnismäßig kleinen Raum verdichtet, so daß der für Diesehnaschinen notwendige
Druck leicht erhalten wird. Dies liegt nicht nur an der gemeinsamen Wirkung der
Kolben, sondern auch an der keilförmigen Ausbildung der Kolbenendflächen, wodurch
der Raum zwischen den Kolben im Verhältnis zu der eingeschlossenen und komprimierten
Luftmenge recht klein ist. Drücke von 5o Atmosphären und mehr können leicht erreicht
werden, und dies genügt bei weitem für eine Dieselmaschine.
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Während des Umlaufes der Maschine wird eine Luftstromkühlung durch
den Ventilator 43 erzeugt, so daß das Stirnlager 40 unter allen Umständen kühl gehalten
wird; die Konstruktion enthält also eine selbsttätige Kühlluftpumpe.
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Die schnelle Umdrehung des Gehäuses B bewirkt, daß das Schmiermittel
im Raum 13 infolge der Zentrifugalkraft um die Maschine herumläuft. Durch die Bewegung
der Schubstangen 21 wird eine gewisse Menge Schmiermittel in die verschiedenen Aufnahmeöffnungen
aufgenommen und den Lagern der Maschine zugeführt.
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Infolge der ringförmigen Anordnung der gesamten Maschine, der radialen
Anbringung und Bewegung der Kolben in den Zylindern und dadurch, daß die Drücke
gleichmäßig an verschiedenen Punkten oder Abschnitten des Gehäuses wirken, wird
eine gut ausgewuchtete Maschine erhalten. Die Anordnung der Kanäle, Kammern und
Massen ist so getroffen, daß die Maschine eine symmetrische Form besitzt und gut
ausbalanciert ist.
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Bei einer Maschine dieser Art ist kein Schwungrad notwendig, da das
Gehäuse selbst ein genügendes Trägheitsmoment besitzt, um die Kolben unter allen
Umständen über die Totpunktslage hinauszubewegen. Das Gehäuse kann, wie bereits
erwähnt, selbst als Rotor eines Generators dienen oder mechanische Energie abgeben,
und die Welle 5o ist besonders zur Abnahme der Kraft geeignet. Bei der Beschreibung
der Wirkungsweise der Maschine ist gesagt worden, daß das Ventil 37 bei der Auswärtsbewegung
der Kolben geöffnet wird. Es ist klar, daß das Ventil 37 sich öffnet, sobald der
Druck in dem Raum zwischen den Kolben unter den Druck auf der Rückseite des Ventils
sinkt. Es ist daher möglich, daß das Ventil sich öffnet, bevor die Auspuffventile
53 vollkommen geschlossen sind, und das plötzliche Einströmen der Luft kann zur
gründlichen Ausspülung herangezogen werden. Die Öffnungszeit des Ventiles kann jedoch
verschiedenen Bedingungen angepaßt werden, und von dem plötzlichen Einströmen der
Luft durch das Ventil 37 kann j e nach Wunsch Gebrauch gemacht werden.
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Während im vorstehenden eine bevorzugte Ausführung des Erfindungsgedankens
beschrieben ist, lassen sich außerdem verschiedene Änderungen in bezug auf Form
und Anordnung der Teile vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.