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Mehrzylinderkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinderkolbenmaschine
mit rings um die Welle liegenden Zylindern. Es ist bekannt, die Zylinder sternförmig
um die Welle herumzusetzen; dabei müssen die inneren Enden der Zylinder so weit
voneinander entfernt sein, daß zwischen ihnen Platz für die Kurbel bleibt. Es ist
auch bekannt, zur besseren Raumausnutzung die Zylinder so anzuordnen"daß ihre Mittellinien
in einer Ebene liegen und miteinander ein regelmäßiges Vieleck bilden. Dabei hat
man zwei Zylinder gleichachsig mit den offenen Seiten gegeneinander gerichtet und
die Zylinder durch ein Planetenradgetriebe auf einer gemeinsamen Hauptwelle arbeiten
lassen. Der Übergang von der schwingenden Bewegung der Zylinder auf die umlaufende
Bewegung der Planetenräder wurde dabei durch Kurbelanordnungen be-
kannter
Art erreicht.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, den Antrieb einfacher, leichter und
raumsparender zu gestalten, den Einbau eines übersetzungsgetri--bes mit geringstem
Aufwand zu ermöglichen und durch weitgehenden Massenausgleich jede Erschütterung
nach außen sowie das Auftreten. kritischer Drehzahlen zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß die schwingende Bewegung
der Kolben auf Planetenräder übertragen wird, deren Übersetzung gegenüber den auf
der gemeinsamen Mittelwelle sitzenden Sonnenrädern durch außermittig an den Planetenrädern
gelagerte
Lenker selbsttätig während des Uinlaufs geändert wird.
Dies kann z. B. auf z21 folgende Weise geschehen: Einige von diesen Planetengetrieben
haben fest oder verstellbar am Gehäuse angebrachte Außenzahnkränze, andere der Planetengetriebe
haben um die Mittelachse schwingbare, mit den Kolben gelenkig oder durch Zahntrieb
verbundene Außenzahnkränze. Die Bewegung der schwingbaren Zahnkränze wird gesteuert
durch Lenkerverbindungen zwischen den Planetenrädern der schwingbaren und den PlanetenTädern
der festen Zahnkrän7e. Die Planetenräder der schwingbaren Zahnkränze haben nämlich
außermittig sitzende Drehzapfen, während die Planetenräder der fest-en Zahnkränze
mittige Drehzapfen haben, oder unigekehrt: die Planetenräder der festen Zahnkränze
haben außermittige und die Planetenräder -der schwing-baren Zahnkränze mittige Drehzapfen.
Jedes Planetenrad der schwingbaren Zahnkränze ist an seinem Drehzapfen durch einen
Lenker mit einem Drehzapfen eines Planetenrades im festen Zahnkranz verbunden. Dadurch
wird das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad und dem schwingbaren Zahnkranz
je nach der Stellung des außermittigen Drehzapfens am Planetenrad fortwährend
geändert. jedes Planetenrad mit außermittigen Drehzapfen bleibt infolgedessen. gegenüber
dem mit ihm gekuppelten Planetenrad mit mittigem Drehzapfen abwechselnd zurück oder
eilt ihm vor. So kommt eine schwingende Bewegung des Zahnkranzes zustande, die zum
Antrieb des in zwei gleichachsigen Zylindern laufenden Doppelkolbens benutzt werden
kann. Die schwingbaren Zahnkränze sind mit Gleitzapfen an drehbaten Steinen oder
durch einen Zahntrieb in der Mitte der Koppelkolben geführt.. Die Bewegung der einzelnen
Doppelkolben untereinander kann gegenläufig oder gleichgerichtet eingestellt sein.
Die Planetenräder sind gruppenweise gekuppelt. Es können" je nach dem verfügbaren
Platz und der gewünschten Leistungsübertragung, eine oder mehrere voneinander unabhängige
Gruppen in dem gemeinsamen Ringraum zwischen den Sonnenrädern und den Zahnkränzen
untergebracht werden.
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Kolbeiihubzahl und der Drehzahl
der Hauptwelle in der Zeiteinheit bestimmt sich nach dem Größenverhältnis der Planetenräder
zu den Sonnenrädern. Demnach kann man, die Untersetzung durch Auswechseln der Räder
beliebig ändern.
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Die Kolbenmaschine nach der Erfindung hat außer den schon erwähnten
Vorteilen des geringen Gewichtes und ruhigen Laufes noch folgende Vorteile: Es können
durchweg Wälzlagger verwendet werden, der Gang der Maschine ist weitgehendst unabhängig
von der räumlichen Lage der Achse und von der Drehrichtung der Maschine, in den
Getriebekästen ist eine zentrale Umlaufschinierung init geringen Mitteln durchführbar,
die Gleitbahndrucke und Reibungsverluste in der Kolbenlaufbahn werden sehr gering.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine im Schnitt
senkrecht zur Drehachse in der Ebene der Zylindermittellinien, bei dem nur einer
der Kolben im Schnitt gezeichnet ist.
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Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Drehachse nach der
Linie 0-A der Fig. i.
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Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Drehachse nach der
Linie 0-B der Fig. i.
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Fig. -t ist ein Schnitt längs der Drehachse nach der Linie O-C der
Fig. i.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dampfmaschine, Förderpumpe,
eines Kolbenverdichters o. dgl.
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Fig. 6 ist ein Erläuterungsscherna für die Planetengetriebe
an den Ausführungen ge-
mäß Fig. i und Fig. 5.
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Fig. 7 und 8 sind andere Ausführungsbeispiele von Planetengetrieben
im Schnitt senkrecht zur Drehachse, ähnlich Fig. i.
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In den Fig. i bis 4 ist i die Hauptwelle der Maschine. Um diese herum
liegen, in dem gezeichneten Beispiel als Quadrat angeordnet, acht Zylinder 2 bis
g. je zwei von (Fesen Zylindern, nämlich 3, 4; 5, 6; 7, 8: 9,
2 liegen gleichachsig und haben starr miteinander verbundene Kolben io bis
17. Die Kolben 11, 12: 13, 14; 15, 16 und 17, io bilden miteinander
je einen Doppelkolben. Die Zylinder, die ungleichachsig an derselben Ecke
des Ouadrates zusammenstoßen, sind durch geiTieinsame Verbrennungsräume 18 bis 21
zu je einem Raum vereinigt. In die Zylinder t' 3, 4, 7 und
8 münden die Auflade- und Spülschlitze 22. In die jeweils damit zusammenhängen,den
Zylinder 2, 5, 6 und 9
münden die AuspuffschlitZe
23. Die Zylinderecken sind durch zwei Deckel 4o verschlossen, die mit Öffnungen
41 versehen sind, welche zur Aufnahme der Einspritz- oder Zündorgane der Brennkraftmaschine
dienen können. Die Doppelkolben tragen in ihrer Mitte drehbare Steine 24, in denen
Drebzapfen:25 sitzen. Diese Drehzapfen sind für die einander gegenüberliegenden
Doppelkolben 15, 16 und 11, 12 mit einem um die Mittelachse schwingbaren, innen
verzahnten RadkranZ26 starr verbunden, während die beiden anderen einander gegenüberliegenden
Drehzapfen starr mit einem gleichfalls um die Mittelachse
schwingbaren,
innen verzahnten Radkranz:27 verbunden sied, der in einer ande-. ren Ebene als der
Radkranz 26 liegt. Neben diesen beiden schwingbaren Radkränzen sind noch
zwei fest am Gehäuse angebrachte, innen verzahnte Radkränze 28 vorhanden.
Sämtliche vier kadkränze bilden mit entsprechenden Sonnenrädern 29 auf der Welle
i Planetengetriebe.
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In den festen Zahnkränzen 28 laufen die vier Planetenräder
30 mit den mittigen Drehzapfen 33. In :dem schwingbaren Zahnkranz
26 laufen die bei-den Planetenräder 31 und in dem schwingbaren Zahnkranz
27 die beiden Planetenräder 38. Diese Planeten_ räder 31 und
38 haben außermittige Drehzapfen 32. Diese Drehzapfen sind mit den
mittigen Drehzapfen 33 durch Lenker 34 verbunden. Auf der Welle i sitzt eine
Schwungscheib#e 35. Das Gemisch zum Spülen und Aufladen wird durch die öffnungen
36 den Schlitzen 22- zugeführt. Der Auspuff tritt aus den Schlitzen
23 in: die Auspuffstutzen 37.
Die vier Planetenräder 30 werden
in ihrer Mittelbalin um die Hauptwelle i durch die Lenker 39 geführt. Die
vier Planetenräder 31 und 38 haben. für den gleichen Zweck beiderseits der
Verzahnung in Höhedes Teilkreises Schultern, die sich an Gegenschultern der schwingbaren
Zahnkränze bzw. der zugehörigen Sonnenräder abrollen.
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Das Getriebe nach den Fig. i und 6 arbeitet in folgender Weise-Bei
der Drehung der Welle i mit den Sonnenrädern 29 werden die Planetenräder
30 in den festen Zahnkränzen 28 mit reduzierter Umlaufzahl mitgenommen.
Durch die Lenker 34 nehmen sie auch die außermittig gelagerten Planetenräder.
31 und 38 in den schwingbaren Zahnkränzen 26 und :27 mit. Durch das
Abrollen dieser Planetenräder 31 und 38 verlagert sich der Angriffspunkt
der Lenker 34 fortwährend, so daß zwischen Jen zugehörigen Sonnenrädern 29 und den
schwingbaren Zahnkränzen 26, 2,7 eine veränderliche Übersetzung eintritt,
je nachdem, ob die Drehzapfen 32 näher an dem Sonnenrad oder näher
an dem Zahnkranz liegen. Wenn die Drehzapfen 32, genau in der Mitte zwischen
dem Sonnenra-d und -dem Zahnkranz lägen, wäre die Übersetzung i : i, und
die schwingbaren Zahnkränze würden infolgedessen, da sie genau unter denselben Bewegungsverhältnissen
ständen, ebenso stillstehen wie die festen Zahnkränze. Infolge des fortwährenden
Übersetzungswechsels bleiben sie jedoch abwechselnd hinter den festen Zahnkränzen
zurück &der eilen, ihnen voraus. Die hin und her schwingende Bewegung ist über
dib Schwingzapfen:25 mit den Doppelkolben gekoppelt. Das Getriebe ist so eingestellt,
daß je zwei an einer Ecke des Quadrates zusammentreffende Kolben gegenläufige
Bewegungen machen ' und zwar so, daß die beiden Kolbenpaare 15, 16 und 11,
12 zeitlich den beiden Kolbenpaaren 13, 14 und io, 17 etwas nacheilen. In
Fig. i ist der Zeitpunkt dargestellt, wo z. B. das Kolbenpaar i i, 12 noch in der
Bewegung nach links begriffen ist, die sich jedoch nach kurzem, nämlich nach Freigabe
des rechten Schlitzes 22, umkehren wird, während das Kolbenpaar io, 17 gerade in
der Totlage ist und sich nunmehr nach unten be-
wegen wird. Der -untere Auspuffschlitz
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am Kolben io ist gerade freigegeben und wird demnächst geschlossen, bevor
der Aufladeschlitz 22 rechts am Kolben i i geschlossen wird. Auf diese Art entsteht
eine Nachla,dung in dem Verbrennungsraum 18. Bei jedem Hubwechsel der vier Kolbenpaare
erfolgt eine Doppelzündung.
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Die Drehzahl der Antriehswelle kann durch Wahl der Übersetzungen der
Planetenräder zu den Sonnenrädern weitgehend den Erfordernlissen des Betriebes angepaßt
werden. Der Kolbenhub bestimmt sich aus der Mittenversetzung der Drehzapfen an den
Planetenrädern.
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Die besondere Anordnung der Kolben und Zylinder wird dazu ausgenutzt,
einen Gleichstrombetrieb zu schaffen, in dem je einer der beiden# Kolben
mit gemeinsamem Verbrennungsraum die Auflade- und Kühlschlitze und der andere der
beiden Kolben die Auspuffschlitze steuert. Die Bewegungen der beiden Kolben werden
zeitlich so gegeneinander versetzt, daß die erwünschte Spülung zustande kommt oder
daß durch vorzeitiges Schließen des Auspuffs eine Nachladung des Verbrennungsraumes
bewirkt wird.
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Der Gleichstrombetrieb gestattet grÜndliche Durchspülung und daher
einen rauchfreien Auspuff. Die erwünschte Nachladung ist leicht durch eine einfache
Versetzung der Getriebeverzahnungen zu erreichen. Das Auspuffgeräusch und die Wärrnebelastung
der Verbrennungsräume wer-den klein, weil die Verbrennungsräume im Verhältnis zur
Maschinenleistung klein sind und Doppelzündungen in schneller Folge auftreten. Die
Spül-, Auflade- und Auspuffventile mit Antrieb und Gestänge fallen fort.
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In dem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 5) sind nur diejenigen
Teile neu mit Nummern bezeichnet, die abweichend von der Ausführung nach Fig. i
vorkommen. Die Zylinder, die nicht gleichachsig an, den Ecken des Vieiecks zusammenstoßen,
sind durch Eckstücke 42 getrennt und abgeschlossen. In jedem dieser Eckstücke ist
ein Drehschieber 43 untergebracht, der mit Schlitzen 44, 45,
4(),
47 den Ein- und Auslaß der Zylinder steuert. Die Drehschieber sind als Doppelrohre
ausgeführt. Ein inneres Rohr 49 stellt in Verbindung mit den beiden gegenüberliegenden
Schlitzen 46, 47, und ein äußeres Rohr48 stellt in Verbindung mit den beiden anderen
Schlitzen44,45. Angetrieben werden die Drehschieber nach der Zeichnung durch eine
Kette5o, die über ein Kettenrad 59 an der Hauptwelle i läuft und an jedem
der Schieber ein Kettenrad 6o antreibt. An Stelle dieser Kette kann jedoch auch
ein im übrigen bekanntes Zabnradgetriebe treten.
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Die Verbindung zwischen den schwingbaren Zahnkränzen und den Doppelkolben
geschieht nach der Fig. 5 durch Zahnstangen 52
an. den Doppelkolben,
in welche Zahnsegmente 53 eingreifen, die an Verlängerungen 54 der schwin,-baren
Außenzahnkränze sitzen. Um den Zusammenbau zu ermöglichen, ist gemäß Fig.
5 das ganze Gehäuse an den vier Stellen 51 geteilt.
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Die Doppelkolben sind so eingestellt, daß ein Kolbenpaar dem anderen
Kolbenpaar um die halbe Hublänge voreilt.
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Die Ausführung gemäß Fig. 5 kommt haupsächlich für Dampfmaschinen,
Kolbenverdichter und ähnliche Masch#inen in Betracht. Es ergibt sich bei der erfindungsgemäßen
Ausführung ein besonders kleiner schädlicher Raum und eine stetige Förderung bei
geringen Schwung-massen.
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Außer der Getriebeausführung gemäß den Fig. i und 5, die in
der Fig. 6 noch einmal schematisch dargestellt ist, können die Getriebe auch
nach den Fig. 7 und 8 ausgeführt sein. In Fig. 7 sind zwei
umlaufende Planetenräder 64, 65 für die festen. Zahnkränze vorgesehen, deren
jedes an einem anderen festen Zahnkranz 62, 63 mitläuft. Die Zahnkränze können
sowohl beide in derselben Richtung wie auch in ihrer Läge gegeneinander verstellt
werden.
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In Fig. 8 ist eine Abänderungdes in Fig. 6
gezeigten
Getriebes dargestellt. Der Unterschied gegenüber der Fig. 6 besteht darin,
daß an dem Planetenrad 3o, das an dein festen Zahnkranz 28 läuft, ein. außermittiger
Zapfen 56 angebracht ist, während. die Planetenräder 31 und
38, die an den schwingbaren Zahnkränzen 26 und 27 laufen, mittige
Drehzapfen 57 und 58 haben. Die Wirkung ist bezüglich der Bewegung
der schwingbaren Zahnkränze dieselbe wie nach Fig. 6, jedoch bewegen sich
die Kolben, bezogen auf den Umfang, gleichzeitig im selben Sinne. Damit auch der
Hubwechsel aller Doppelkolben gleichzeitig erfolgen kann, müssen die Mitten der
drei durch Lenker verbundenen Planetenräder in einer Geraden liegen. 7m diesem
Zwecke sind in Fig. 8 die Durchmesser der festen und schwingbaren Zahnkränze
sowie die der Planetenräder und der Sonnenräder untereinander verschieden groß,
jedoch in ihrern-C1bersetzungsverhältnis gleich gehalten.