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Vielzylinder-Zweitakt-Gegenkolbenmotor Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Zweitaktmotor mit gegenläufigen Kolben, bei dem ein oder mehrere hintereinanderliegende,
um eine Mittelwelle angeordnete, aus je sechs Einzelmotoren bestehende Kränze fest
auf einem Gehäuse montiert sind.
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Bekanntlich ist die Leistung eines Motors grundsätzlich abhängig von
seinem Hubvolumen, jedoch kann durch Aufteilung eines gegebenen Hubraumes in eine
größere :Anzahl von Arbeitszylindern die Leistung erheblich gesteigert werden. Ein
mit Gemisch gefüllter Zylinder ergibt einen bestimmten Mitteldruck, die Drehzahl
ist durch die Lagerbelastungen infolge der -Massenkräfte und durch die Füllung nach
oben begrenzt, was durch die mittlere Kolbengeschwindigkeit erfaßt werden kann.
Daraus folgt, daß die pro Quadratzentimeter Kolbenfläche erzielbare Leistung, die
sogenannte Kolbenflächenleistung, durch den Mitteldruck und die zulässige mittlere
Kolbengeschwindigkeit eindeutig festgelegt ist. Dies bedeutet, daß zur Erzeugung
einer geforderten Leistung eine bestimmte Gesamtkolbenfläche erforderlich ist.
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Je größer die Anzahl der Zylinder, desto kleine wird für eine bestimmte
Leistung der erforderliche Hubraum. Somit nimmt unter Voraussetzung gleicher Kolbengeschwindigkeit
und gleichen Mitteldrucks die Literleistung FS/i zu. Ein weiterer Vorteil der kleinen
Zylinder liegt in ihrer geringen thermischen Belastung.
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Eine größere Anzahl von Zylindern als Reihenmotor hintereinander anzuordnen,
ist wegen der langen Kurbelwelle und den ungünstigen Kühlverhältnissen bei Luftkühlung
nicht möglich. Auch die
Anordnung eines Sternmotors läßt bei guten
Kühlverhältnissen nur eine begrenzte Zylinderzahl zu und führte daher zur Bauweise
des mehrfachen Sternmotors, der kühlungsmäßig bei Luftkühlung Schwierigkeiten machte.
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In Erkenntnis dieser Tatsachen sind zahlreiche Motoren entwickelt
worden, welche durch um eine Mittelwelle angeordnete Zylinderkränze mit je drei,
vier oder sechs Zylindern gekennzeichnet waren.
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Die an sich idealste Lösung der Sechskantbauform der Zylinderkränze
konnte sich bisher in der Praxis jedoch noch nicht durchsetzen, weil fertigungstechnische
Schwierigkeiten eine Serienproduktion unmöglich machten.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu suchen, durch Unterteilung
des Hubvolumens in möglichst viele kleine Einheiten die Wirtschaftlichkeit und Gesamtleistung
zu steigern und durch Erhöhung der Motorendrehzahl größere Zylinderleistung zu erzielen.
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Das Kennzeichen der Erfindung liegt in der konstruktiven Ausführung
des Motors, vorzüglich in der Möglichkeit seiner einfachen Montage und Demontage,
in der Kraftübertragung, der Gas-bzw. Luftzuführung, der Gasabführung, der Gemischvorwärmung
und anderem mehr.
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Gemäß der Erfindung ist der Motor in eine Anzahl Einzeltriebwerke
aufgeteilt, welche je aus einem Zylinderring aus sechs je in einem geschlossenen
Motorengehäuse in Sechskantforin angeordneten Einzelmotoren mit je einem Arbeitszylinder
und zwei Arbeitskolben bestehen. Jedoch kann, vorzugsweise für Kraftwagen, selbstverständlich
auch ein aus einem Zylinderring bestehendes Einzeltriebwerk vorteilhaft Verwendung
finden. Das Gegenkolbenprinzip, bei dem bekanntlich keine freien Massenkräfte auftreten,
e.;möglicht einen weitgehendst erschütterungsfreien Lauf.
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Je nach den Verhältnissen kann der Motor für Wasser- oder Luftkühlung
eingerichtet werden. Er kann sowohl nach dem Otto- als auch nach dem Dieselverfahren
arbeiten. Der einfacheren Übersicht halber wird im folgenden der luftgekühlte Dieselmotor
betrachtet, da der prinzipielle Erfindungsgedanke in allen Fällen der gleiche ist.
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Jeder der sechs Zylinder trägt auf beiden Seiten ein Kurbelgehäuse
derart, daß ein solches Kurbelgehäuse für jeweils zwei im Winkel von 12o° aufeinanderfolgende,
seitlich um ein Pleuelstangenlager versetzte Zylinder eines Ringes vorgesehen ist.
Zwei Kolben zweier benachbarter Zylinder arbeiten demnach auf je eine Kurbelwelle,
deren Kurbeln jeweils um i8o° versetzt sind. Die Kraftübertragung geschieht von
diesen sechs Kurbelwellen aus über sechs Planetenräder auf das Sonnenrad der Hauptwelle.
Damit arbeitet jeder Zylinder gleichzeitig auf zwei Planetenräder, was eine Teilung
,der stoßweisen Belastung bedingt und damit dem Motor einen besonders ruhigen Gang
gewährleistet.
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DieAnwendungsmöglichkeit des Motors erstreckt sich auf alle Gebiete
des Fahrzeug- und Schiffbaus. Als Kraftwagenmotor ist er zweckmäßig nur mit einem
Zylinderring ausgebildet und ist hier besonders für Zweizapfenlagerung im Fahrgestell
geeignet, er läßt sich also zur Hinterachse schwingbar anordnen. Über eine normale
Scheibenkupplung kann er einem normalen Schaltgetriebe angeflanscht werden und gestaltet
das gesamte Antriebsaggregat wesentlich kürzer. Die sechs Kurbelwellenenden der
Einzelmotoren können je ein Hilfsaggregat, beispielsweise Lichtmaschine, Zündverteiler,
Ölpumpe, Kraftstoffpumpe u. dgl., antreiben. Die Hauptwelle läßt sich nach vorn
durchführen für einen Luftpropeller bzw. für die Antriebskurbel. Für See- und andere
Wasserfahrzeuge, Eisenbahnzugmaschinen, Kraftanlagen und andere Maschinen größerer
Leistung kann die Zahl der Zylinderringe beliebig vermehrt werden, im allgemeinen
wird man jedoch über sechs Ringe nicht hinausgehen und bei größeren Leistungsanforderungen
mehrere dieser Motorenaggregate verwenden.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung beispielsweise, und zwar
zeigt Fig. i eine axiale Ansicht eines Zylinderringes mit teilweise aufgeschnittenen
Zylindern und Kurbelgehäusen, Fig. 2 Schnitt A-B nach Fig. i, Fig.3 Einzelmotor
mit zwei Kurbelgehäusen, Fig. 4 Schnitt C-D nach Fig. 3, Fig.5 Kurbelgehäuseteilung.
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In einem Rädergehäuse i ist in Gleitlagern 2 eine Mittelwelle 3 angeordnet,
um welche in Sechseckform Zylinderkränze liegen. Jeder Zylinderkranz besteht aus
sechs Zylindern, deren ,Achsen die Seiten eines Sechseckes bilden, so daß je zwei
Zylinder einen Winkel von 120° bilden.
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Je drei Zylinder eines Kranzes, und zwar jeder zweite, liegen jeweils
in einer Ebene, welche senkrecht auf der Mittelwelle 3 steht. So liegen die Zylinder
4, 5 und 6 in der in Fig. 2 angedeuteten Ebene 7 und versetzt zu diesen die Zylinder
8, 9 und io in einer solchen Ebene i i. Jeder Zylinder besitzt zwei gegenläufige
Kolben 12 und 13, deren Pleuelstangen 14 auf die in den Ecken des Sechsecks liegenden
Kurbelwellen 15 wirken. Zwischen jeweils zwei Zylindern ist also eine Kurbelwelle
angeordnet, so #daß je zwei Kolben zweier benachbarter Zylinder auf eine Kurbelwelle
wirken. Die in einem Kurbelgehäuse befindlichen beiden Pleuelstan.genlager der Kurbelwelle
sind jeweils um i8o° versetzt. Da jedoch die Achsen zweier benachbarter Zylinder
im Winkel von i2o° aufeinanderstehen, wird jeweils schon ein Kolben wirksam, wenn
der benachbarte einen Totpunkt erreicht hat. Einer Kurbelwellendrehung entsprechen
also sechs Explosionshübe, das bedeutet, daß bei einem Motor mit sechs Zylinderkränzen
auf eine Kurbelwellenumdrehung 36 Explosionen kommen und bei einer Übersetzung von
1:3 von Kurbelwelle 15 auf Mittelwelle 3 entsprechend auf eine Mittelwellendrehung
1o8 Explosionen, wodurch ein äußerst ruhiger und gleichmäßiger Lauf der Maschine
gewährleistet ist.
Um Wärmespannungen in den Motorkränzen zu vermeiden,
werden die Zylinder auf der einen Seite mittels eines Flansches i6 und auf der anderen
Seite mittels einer Cberwurfmutter 17 mit den Kurbelgehäusen verbunden, und die
Aufnahme der Explosionsdrücke erfolgt über starke Spannbolzen 18 mit Distanzrohren
i9. Innerhalb der Überwurfmuttern 17 eingesetzte Dichtungsringe 20 -gewährleisten
eine sichere Abdichtung. Jedes Kurbelgehäuse ist von dem auf der Kurbelwelle benachbarten
getrennt. Durch die besonders zweckmäßige Aufteilung der Kurbelgehäuse kann ein
jedes und damit jeder Kolben und Zylinder gesondert demontiert werden, ohne daß
die anderen Motoren des Zylinderkranzes auseinandergenommen zu werden brauchen.
Dies bedeutet eine wesentliche Erleichterung der Montage bzw. vier Demontage, da
beispielsweise jede Kurl)elwelle für sich herausgenommen werden kann und hierbei
nur die Gehäuse der einen Welle zu öffnecl sind. Erreicht wird dies dadurch, daß
jedes Kurbelgehäuse aus zwei Schalen besteht, welche in einem Winkel von 12o° aufgeschnitten
sind, und zwar jeweils in den Ebenen, die von den Achsen benachbarter Zylinder gebildet
werden und sich in der Kurbelwellenmitte überschneiden.
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Die beiden Schalen der Kurbelgehäuse sind durch Bolzen 21 miteinander
verschraubt und durch entsprechenden Kitt abgedichtet. Die beidseitige Abdichtung
der Kurbelgehäuse an den Kurbelwellen kann jedoch durch den 12o°-Schnitt nicht vollständig
erfolgen, da dieLagerschalen22 dieKurbelwelle nicht in einem Winkel von 24o° umgreifen
können, weil sonst das äußere Gehäuse nicht abzunehmen wäre. Die Lagerschalen 22
sind daher unter 12o° geschnitten, und die äußere Schale des Kurbelgehäuses muß
entsprechend im Durchmesser dieser Lagerschalen eingeschnitten sein, 23 (Fig. 5),
so daß nach der Montage Öffnungen 24 verbleiben, welche jedoch durch den Bund der
Lagerschalen abgedeckt werden. Um die Kurbelwelle unabhängig vom Rädergehäuse montieren
zu können, ist diese in dein Zwischenstück 26 geteilt und mittels Flansches 27 verbunden.
Das Zwischenstuck 26, das zwischen erstern Kurbelgehäuse und Rädergehäuse liegt,
ist durch Bolzen 28 zusammengehalten.
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Bei 'Motoren hoher Leistungsfähigkeit sind die Kurl>clgehätise mit
stählernen Spanndeckeln 29 verstärkt, durch welche die Spannbolzen 18 geführt sind.
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Die Kurl>elwellengehäuse des ersten Zylinderkranzes sind mit
dem Maschinengehäuse i an Laschen 3o der Mittelwellennabe 34 durch Stützspannstücke
fest verbunden. Bei mehrerenZylinderkränzen erfolgt der Halt ihrer Kurbelgehäuse
in gleicher Weise durch sechs Spannwände 3i welche in der Richtung der Mittelwelle
laufen, damit eine gute Stabilität gewährleisten und dem Kühlungsluftstrom praktisch
keinen Widerstand entgegensetzen, sondern im Gegenteil eine gute Leitung der Kühlungsluft
gewährleisten.
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Am Ende des Motorblocks ist auf die Mittelwelle 3 ein Sonnenrad 32
aufgesetzt und verkeilt. Auf (lies-ein Sonnenrad laufen sechs Planetenräder 33,
welche je am Rande einer Kurbelwelle 15 aufgesetzt sind. Dabei wird zweckmäßig die
Untersetzung von Kurbelwelle auf Mittelwelle 3:1 betragen.
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Das Rädergehäuse selbst ist mit einer starken versteiften Mittelnabe
versehen und wird aus einem Stück gegossen, welches dem ganzen Motor den erforderlichen
Halt gibt.
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Die Gemisch- bzw. Luftzuleitung zu den Zylindern erfolgt auf dem kürzesten
Wege und gewährleistet eine absolut gleichmäßige Verteilung der Gase auf die Zylinder.
Sie erfolgt über ein Rohr 35 und eine zwischen Mittelnabe 34 und Mittelwelle 3 befindliche
Ringkammer 36, welche in axialer Richtung nach außen abgedichtet ist. In diese Ringkammer
münden dieAnsaugstutzen 37 der einzelnen Zylinder. Die Ringkammer 36 verjüngt sich
vom Ansatz des Zuführungsröhres 35 aus konisch in eben dem Maße, in dem sich die
Mittelwelle 3 erweitert, da für die am Ende der Ringkammer befindlichen Zvlinder
nur noch deren Bedarf an Gemisch gedeckt zu werden braucht. Durch die Rotation der
Mittelwelle 3 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gut durchgemengt und gelangt bereits
i n feinverteilter Form in die Kurbelgehäuse, wo es verdichtet wird und von dort
über die üblichen Öffnungsschlitze in die Zylinder gelangt. Zur Erzielung eines
noch besseren Wirkungsgrades wird das in der Ringkammer befindliche Gemisch durch
die Auspuffgase vorgewärmt. Zu diesem Zweck ist die Mittelwelle 3 mit einer axialen
Bohrung 38 versehen, und außerdem sind in ihr in der Ebene des letzten Zylinderkranzes
radiale Bohrungen 39 angeordnet und in ihrer Höhe eine Ringnut 40 ausgefräst. In
dieseRingnut münden zwei oder mehrere Rohre 4i, welche von den Auspuffrohren 42
der Zylinder abzweigen. Somit gelangen heiße Auspuffgase durch diese Rohre 41 in
die Ausbohrung 38 der Mittelwelle 3, erwärmen diese und damit das in der Ringkammer
befindliche Gemisch und verlassen sie durcb das Ende derselben.