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Drehkolbenkraftmaschine, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenkraftmaschinen, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschinen,
mit stetig umlaufenden Zylindern und abwechselnd stillstehenden und durch ein an
der Kraftübertragung unbeteiligtes Getriebe beschleunigt nachgeführten Kolben.
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In solchen Maschinen hatte man bisher zum sicheren Stillsetzen der
Kolben beispielsweise Sperrklinken verwendet, womit die bei allen Sperrklinken unvermeidlichen
Unzuträglichkeiten verbunden waren. Man hatte auch, um die Sperrklinken entbehrlich
zu machen, schon vorgeschlagen, einen Punkt eines den Zylinderkörper mit dem Kolbenkörper
verbindenden Winkelgestänges durch eine Kurve in einer solchen Bahn zu führen, daß
der Kolbenkörper während des Stillstandes nach beiden Richtungen gesperrt war. Aber
auch die zuverlässige Herstellung dieser Kurvenführung, die die ganze Kolbenkraft
aufnehmen muß, ist mit Schwierigkeiten verbunden.
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Bei der Erfindung wird als Nachführgetriebe ein Kurbelgetriebe verwandt
und dessen Eigenschaft, in den Totlagen für eine von der Schubstange aus eingeleitete
Bewegung selbstsperrend zu sein, zur Sperrung des nachgeführten Teiles ausgenutzt.
Als selbstsperrendes Kurbelgetriebe zur beschleunigten Nachführung der Kolben wird
ein doppeltes Planetenkurbelgetriebe benutzt.
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Bei dem Getriebe gemäß der Erfindung ist in dem umlaufenden -Zylinderkörper
ein Planetenkurbelrad gelagert, und die am Kurbelzapfen dieses Rades angelenkte
Schubstange fallt, vorzugsweise unter Einschaltung eines toten Ganges, einen um
die Hauptachse der Maschine frei drehbaren Zwischenkörper. Dieser trägt seinerseits
ein zweites Planetenkurbelrad, und die am Kurbelzapfen dieses zweiten Planetenrades
angelenkte Schubstange faßt mit ihrem anderen Ende den die Kolben tragenden Stern.
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Die Verhältnisse sind gemäß der Erfindung so gewählt, daß das zweite
Planetengetriebe, wenn die Kolben ihren Nachlauf beendet haben, sich also in ihrer
dem Zylinderboden nächsten Stellung befinden, in einer solchen Stellung angelangt
ist, daß es durch den Zug der am Kolbenstern anfassenden Schubstange beim Arbeitshub
der Maschine nicht mehr bewegt werden kann. Für die Sperrung besonders günstige
Verhältnisse erhält man, wenn man den Kurbelarm des im Zwischenkörper gelagerten
Planetenrades kleiner macht als den Teilkreis dieses Planetenrades.
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Die beiden Planetenräder greifen der Einfachheit wegen in ein und
dasselbe Sonnenrad ein, und zwar vorzugsweise in ein innen verzahntes Sonnenrad,
und der Teilkreisdurchmesser der Planetenräder ist gleich einem Bruchteil, z. B.
gleich 1/4, des Teilkreisdurchmessers des Sonnenrades gewählt, so daß die Kurbelzapfen
der Planetenräder annähernd Astroiden beschreiben. Um die Abnutzung
der
Zähne gleichmäßig zu halten, wird jedoch vermieden, die Zahnzahlen genau im Verhältnis
i : -., i : 5 usw. zu halten.
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Die Maschine ist als Zweitaktmaschine mit durch den Kolben überschliffenen
Auspuff-und Spüllufteinlaßschlitzen ausgeführt. Uln ausreichende Zeit für die Spülung
zu gewinnen, werden die Getriebeglieder zur Nachführung derart bemessen, daß die
Kolben beim Nachholen zunächst eine geringe Beschleunigung erhalten und die Schlitze
lange geöffnet bleiben.
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Die Abbildungen zeigen schematisch die Stellung der Hauptteile der
:Maschine in fünf Lagen, und zwar Abb. i bei Beendigung des Arbeitshubes, Abb. z
bei größter Entfernung der Kolben vom Zylinderboden Abb.3 während der beschleunigten
Nachführung der Kolben, Abb. q. bei Beendigung des Verdichtungshubes, also bei größter
Annäherung der Kolben an die Zylinderböden, Abb. 5 während des Arbeitshubes, also
bei stillstehendem Kolben.
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In den Abbildungen ist i der Körper, mit dem die Zylinder 2 fest verbunden
sind und der stetig um die im Raume feststellende Hauptachse 3 der Maschine umläuft;
die Mittellinie der Zylinder ist konzentrisch zur Achse gekrümmt. Die Kolben 4 sind
durch Arme 5 mit einer ebenfalls auf der Achse 3 gelagerten, unabhängig vom Körper
i drehbaren Nabe 6 verbunden. Auf der Achse 3 ist ferner, unabhängig von dein Zylinderkörper
i und der Kolbennabe 6 drehbar, der Zwischenkörper 12 gelagert.-Fest mit dem Zylinderkörper
i verbunden ist die Achse 7 des Planetenkurbelrades 8, das mit seiner Verzahnung
in die Innenverzahnung des feststehenden Sonnenrades 9 eingreift. An dem Kurbelzapfen
io des Kurbelrades 8 greift das eine Ende der Pleuelstange i i all, deren anderes
Ende an einem Zwischenpunkt der mit beiden Enden am Zwischenkörper 12 befestigten
Gelenkkette 14. angreift.
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Der Zwischenkörper 12 trägt die Achse 7a eines zweiten Planetenkurbelrades
8a, das ebenso wie das Rad 8 ausgebildet ist und ebenfalls in das Sonnenrad 9 eingreift.
An seinem Kurbelzapfen ioa greift das eine Ende der Pleuelstange i i11 an, deren
anderes Ende eine Nase 13 der Kolbennabe 6 faßt.
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Die Zähnezahlen von Sonnenrad und Planetenräder verhalten sich annähernd
wie i : 4. (z. B. 16 : 65), so daß die Kurbelzapfen langsam vorrückende Astroiden
beschreiben, und zwar, da in diesem Beispiel die Kurbelradien kleiner sind als die
Teilkreisradien, verkürzte Astroiden.
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In der Nähe des Hubendes sind in den Zylindern Eintrittsschlitze 15
für die Sl3Villuft und Austrittsschlitze 16 angebracht; die Einspritz- und Zündvorrichtung
ist nicht dargestellt.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Drehrichtung der Maschine
ist der Drehrichtung des Uhrzeigers entgegengesetzt. Der Ver diclitungshub möge
beendet sein, das Getriebe sich also in der Stellung nach Abb. -. befinden.
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Beim Weiterlauf des Zylinderkörpers will die Pleuelstange i i Druck
auf den Zwischenkörper 12 ausüben, was bei der augenblicklich durchgebogenen Lage
der Gelenkkette 14 nicht möglich ist; der Zwischenkörper 12 und mit ihm das zweite
Planetengetriebe 7a, 811, loa, lia und die Kolbennabe 6 erfahren also keinen weiteren
uhrzeigerwidrigen Antrieb. Der Druck auf die Kolben versucht die Kolbennabe uhrzeigermäßig
zu drehen, aber das Planetengetriebe 7a bis i ja befindet sich in seiner Sperrstellung,
so daß es dem Zug der Pleuelstange ija nicht nachgeben kann. Die Kolben stehen also
still, und der Arbeitshub beginnt.
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Der Zylinderkörper schreitet unter Mitnahme des Planetengetriebes
7, 8, 9 und unter weiterer Lockerung der Kette 14 fort in die Stellung nach Abb.
5 und über diese hinaus unter wieder beginnender Straffung der Kette 14. in die
Stellung nach Abb. i.
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In dieser Stellung sind die Schlitze 15 und 16 an dem immer noch stillstehenden
Kolben vorbeigegangen; durch den äußeren Schlitz treten die Abgase aus, während
durch den inneren Schlitz Spülluft aus dem Maschinengehäuse eintritt.
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Wenn das Getriebe in der Stellung nach Abb. 2 angelangt ist, haben
die Kolben ihre größte Entfernung vom Zylinderboden erreicht, und die Kette 14 ist
straff gezogen. Die Spülung dauert noch an.
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Bei weiterem Fortschreiten des Zylinderkörpers folgt der Zwischenkörper
12 dem Zuge der Pleuelstange i i, weil die Kette 14 jetzt straff ist; das auf dein
Körper 12 gelagerte Planetenrad 811 beginnt wieder zu rollen, und die Pleuelstange
ija zieht die Kolbennabe und mit dieser die Kolben nach. Da die Bewegung von einer
Totlage ausgeht, beginnt sie langsam, so daß noch Zeit zu weiterer Spülung bleibt;
die Geschwindigkeit steigt dann, während das Getriebe durch die Stellung nach Abb.
3 hindurchgeht, bis bei wieder abnehmender Kolbengeschwindigkeit wieder die Lage
nach Abb. q., dieses Mal jedoch um eeine Viertelumdrehung gegen den Uhrzeigersinn
versetzt, erreicht ist und das Spiel sich wiederholt.
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Wenn der Kolben auf dem Wege voll Stellung 2 nach Stellung 3 die Schlitze
i S und 16
geschlossen hat, wird das Einspritzventil geöffnet, und
bei Erreichung des Zündpunktes wird die Zündung eingeleitet. Ein Vergaser ist, da
für die Verteilung des Brennstoffes der ganze Verdichtungshub zur Verfügung steht,
entbehrlich.
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Der Einfachheit wegen ist nur je eine Planetenkurbel dargestellt;
es können aber natürlich auch mehrere gleichmäßig um den Umfang verteilte Planetengetriebe
angewandt werden. Auch können die Kurbeltriebe durch Exzentergetriebe ersetzt werden;
die Innenverzahnung kann durch eine Außenverzahnung ersetzt werden usw.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Einrichtung auch ghne die Einschaltung
eines federnden Zwischengliedes oder toten Ganges arbeitet, allerdings macht dann
der Zwischenkörper 12 eine Art Pilgerschrittbewegung, jedoch hat diese sich als
unschädlich für die Arbeit der Maschine herausgestellt.