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Drehkolbenkraftmaschine, insbesondere Brennkraftdrehkolbenmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenkraftmaschine, insbesondere Brennkraftdrehkolbenmaschine,
mit nach einer Kreislinie angeordneten Zylindern und Kolben, von denen die.einen
gleichförmig kreisen, die anderen aber abwechselnd stillstehen und beschleunigt
vorgeholt werden und bei denen Zylinder und Kolben durch ein Gestänge im Zusammenwirken
mit einer ortsfesten Steuerkurve verbunden sind. Wenn man bei einer derartigen Maschine
in an sich bekannter Weise als Steuergestänge Winkelhebel vorsieht, deren Drehpunkte
an den umlaufenden Zylinderträger angelenkt sind, während die äußeren freien Enden
mit Längsspiel an den Kolbenträgern angeschlossen und die inneren freien Enden an
der innerhalb der Kreismittellinie liegenden Steuerkurve angeschlossen sind, so
erhält diese Kurve einen sägeartigen Verlauf, der ungünstige Reibungsverhältnisse
bedingt und den gleichmäßigen Umlauf behindert. Eine solche innenliegende Schubkurve
ist auch wenig geeignet, das Vorholen des zeitweise stillstehenden Kolbens (bzw.
Zylinders) so zu bewirken, daß das Vorholgetriebe nicht an der Übertragung der Kraft
(Expansionskraft) oder Arbeit auf die umlaufende Maschinenwelle beteiligt ist, das
Getriebe also beim Kolbenstillstand während des Arbeitshubes von dieser Kraftübertragung
zu entlasten, wie es an sich bekannt ist, um so den während des Arbeitshubes auf
den umlaufenden Zylinder ausgeübten Tangentialdruck ohne Verlust durch Zwischengetriebe
für die Drehung der Maschinenwelle auszunutzen, wofür aber bisher als beispielsweise
Ausführungsformen nicht als einfach zu bezeichnende Getriebe (Planetengetriebe in
Verbindung mit Sperrgetrieben) angegeben worden sind oder in einem Patent ein Kniehebelgetriebe
in Verbindung mit einer Schubkurve vorgeschlagen worden ist, die aber selbst bei
Anordnung außerhalb der Zylindermittellinie sägeartig verläuft.
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Nach der Erfindung wird, um die geschilderten Nachteile zu vermeiden,
die Steuerkurve außerhalb der Kreismittellinie von Kolben und Zylinder gelegt und
mit Ästen für eine Stillsetzung der Kolben während der Arbeitshübe und für eine
allmähliche Beschleunigung und Verzögerung versehen, wobei als Steuergestänge Winkelhebel
dienen, die am umlaufenden Zylinderträger drehbar angelenkt, mit den äußeren freien
Enden an der Steuerkurve geführt und an den inneren freien Enden mit Längsspiel,
wie es z. B. mit Kulisse und Kulissenstein zu erzielen ist, an den abwechselnd stillstehenden
und beschleunigt vorgeholten Kolbenträger angeschlossen sind.
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Die Schubkurve erhält einen sehr gestreckten Verlauf mit allmählichen
Übergängen und ist außerdem so ausgebildet, daß der Kolben nicht nur allmählich
in die Stillstandslage übergeht und sich wiederum allmählich aus derselben herausbewegt,
sondern daß auch die in Richtung der Zylinderkreisbahn auftretenden
Drehkräfte
gleichmäßiger ausfallen. Dieser Drehkraftverlauf und die an sich bekannte bereits
erwähnte Feststellung des Kolbens während eines Arbeitshubes unter Entlastung des
Getriebes von der Kraftübertragung gegen den feststehenden Teil der Maschine unter
Mitwirkung eines an diesem feststehenden Maschinenteil gelagerten Sperrungsteiles
ergibt sich dadurch, daß das äußere freie Ende des Winkelhebels als Sperrungsteil
sich an der Schubkurve, die sich am feststehenden Maschinenteil befindet, abstützt,
wobei die im Gelenkpunkt auftretende Kräfteresultierende durch den Maschinenmittelpunkt,
also durch die Maschinenwelle, hindurchgeht. Die entlastende Sperrung der Kolben
während eines Arbeitshubes ist also ohne besondere Sperrglieder allein durch die
Schubkurve und den an ihr anlaufenden Winkelhebel erreicht.
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Vorteilhaft trägt jeder Winkelhebel an seinem äußeren Ende zwei Rollen
oder Rollenpaare, von denen die eine oder das eine Paar nur auf einer inneren Kurvenbahn
bzw. zwei Bahnen, die andere oder das andere Paar auf einer bzw. zwei äußeren Kurvenbahnen
läuft.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung in einer beispielsweisen
Ausführungsform näher erläutert werden.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die Maschine, die beispielsweise
als Zweitaktbrennkraftmaschine gedacht werden kann.
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Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach II-II der Abb. i.
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Abb. 3 läßt in schematischer Darstellung für einen Zylinder und einen
Arbeitskolben die Relativbewegung der einzelnen Teile erkennen, wobei gleichzeitig
die wichtigsten Kräfte während des Kolbenstillstandes angedeutet sind.
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Weggelassen sind in allen Abbildungen die Einrichtungen für Kühlung,
Zündung und Steuerung der Ventile, da diese in bekannter Weise eingerichtet sein
können.
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In Abb. i und 2 bezeichnet A die Welle der Maschine, durch deren Inneres
das Treib- oder Fördermittel zu- und abgeführt wird; ebenso kann in bekannter Weise
durch die Welle hindurch das Kühlmittel geleitet werden. Mit der Welle A fest verbunden
oder mit ihr aus einem Stück bestehend ist der Körper B, der beispielsweise zwei
diametral gegenüberliegende Zylinder trägt. Dementsprechend sind am Zylinder Tragkörper
B, bei D zwei Winkelheber C drehbar gelagert, die an einem Zapfen
F je zwei Rollen G und H tragen. Das andere Ende des Winkelhebels C faßt mit einer
Kulisse J, die ein Längsspiel gestattet, um den Kolbenbolzen K des Doppelhebels
Z, der mit den an ihm befestigten beiden Arbeitskolben um die Maschinenachse schwingen
kann. Die Rollen G und H laufen auf den Kurven N bzw. M, die zusammen die ortsfeste
Steuerkurve bilden. Diese ist am Gehäuse 0 angeordnet, in welchem auch die Welle
-4 gelagert ist. E ist die Grundplatte der Maschine.
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In Abb. 3, die die Relativbewegung der einzelnen Teile bzw. Punkte
zueinander erkennen läßt; sind auf der Kurvenbahn M, N die einzelnen Stellungen
für die Rollen G, H am freien Ende des Winkelhebels C fortlaufend mit o bis 2o bezeichnet.
Die Strecke o bis 9 wird während der Stillstandsperiode des Kolbens, die Strecke
9 bis =7 während der allmählichen Beschleunigung und die Strecke 17 bis 2o während
der allmählichen Verlangsamung durchlaufen. Während gleicher Zeiten durchläuft der
Gelenkpunkt D mit angenähert gleichförmiger Geschwindigkeit die auf der Kreislinie
angedeuteten entsprechenden Wege o bis 2o. Der Angriffspunkt K des Winkelhebels
am Kolben bewegt sich während der Stillstandsperiode o bis 9 überhaupt nicht, während
er anschließend die Wegstrecken 9 bis 2o zurücklegt.
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In Abb. 3 ist auch die Kräfteresultierende P;, bezogen auf den Drehpunkt
D des Winkelhebels, eingetragen. Diese Kräfteresultierende geht durch den Maschinenmittel-
und Drehpunkt. Sie ergibt sich aus den beiden Komponenten P,2, der Normalkraft an
der Kurvenbahn und der am inneren Hebelende senkrecht angreifenden Kraft P1. Wie
aus diesem Kräfteplan ersichtlich ist, ist der Winkelhebel bei Kolbenstillstand
von der Kraftübertragung entlastet.
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Die Kurven M und N in Abb. i und 2 sind angenähert Äquidistanten zu
der Kurve M, N
in Abb. 3 und so ausgebildet, daß auf N nur die Rolle G und
auf M nur die Rolle H laufen kann. Dadurch wird eine dauernde Formschlüssigkeit,
d. h. zwangsläufige Führung, ermöglicht, indem die eine Rolle auf der äußeren, die
andere aber in entgegengesetzter Drehrichtung auf der inneren Kurvenbahn läuft.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kolben paarig gezeichnet.
Es können aber auch einzelne Kolben oder auch mehr als zwei Kolben vorgesehen sein.
Zweckmäßig wird mehr als ein Kolben benutzt und die Anordnung so getroffen, daß
die Kräfte, die auf das ganze System wirken, ausgeglichen sind, wodurch ein Mindestmaß
an Reibung für das ganze Kolbensystem erzielt wird.