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Kugelförmiger Drehschieber, insbesondere zur Steuerung von Brennkraftmaschinen
Es sind Motoren, insbesondere Explosionsmotoren, bekannt die mit einem kugelförmigen
Drehschieber mit zwei verschiedenen Kanälen ausgerüstet sind, von denen der eine
einen nach der Drehachse gerichteten Einlaßkanal mit einer Öffnung des Motorzylinders
und der andere diese Öffnung mit einem ebenfalls nach der Drehachse gerichteten
Auslaßkanal verbinden kann.
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Bei .diesen bekannten Motoren wird der kugelförmige Schieberkörper
überhängend von einem einzigen Zapfen getragen, der sich in zwei voneinander entfernten
Lagern dreht.
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Diese Anordnung zeigt eine Reihe von Nachteilen. Denn der einzige
Tragzapfen muß eine merkliche Länge besitzen, und die Traglager- müssen voneinander
entfernt sein, was zu einem merklichen und asymmetrischen Raumbedarf des Zylinderkopfes
führt. Andererseits ist die Abdichtung zwischen der Auslaßöffnung des Schieberkörpers
und dem feststehenden axialen Auslaßkanal schwer dicht zu halten, weil die Schiebertemperatur
hoch ist und der in seinem überhängenden Teil nicht gehaltene Kopf infolge der Erhöhung
der Temperatur und seiner inneren Asymmetrie Formveränderungen erfährt. Diese Nachteile
sollen nun durch den Erfindungsgegenstand behoben werden, der einen kugelförmigen
Drehschieber, insbesondere zur Steuerung von Brennkraftmaschinen betrifft, welcher
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schieber sich im Zylinderkopf mittels zweier
Hohlzapfen dreht, von denen der eine als Einlaß- und der andere als Auslaßkanal
dient, wobei diese
Kanäle im Schieber in einer Richtung quer zur
Achse abgebogen sind und in Öffnungen enden, die vor die Öffnung des Zylinders gelangen
können, was zur Folge hat, daß .der Zylinderkopf klein und symmetrisch gestaltet
und mit Leichtigkeit die Dichtheit der Auslaßabdichtung erreicht weiden kann.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das Schiebergehäuse
aus zwei Schalen von innen halbkugelförmiger Form, die derjenigen des Schiebers
entspricht, und von denen jede halbzylindrische, auf die diametrale Drehachse des
Schiebers zentrierte Ausnehmungen besitzt, in denen Kugellager angeordnet sind,
deren innerer Kranz mit den Zapfen des Schieberkörpers verbunden ist.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Abdichtung zwischen
dem Einlaß und dem Auslaß durch einen oder mehrere Ringe gebildet, die in kreisförmigen
Nuten des Schieberkörpers in der Nähe einer einzigen diametralen Ebene angebracht
sind, die die seitlichen Eirnlaß- und Auslaßöffnungen des Schieberkörpers voneinander
trennt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Abb.
i bis 5 dargestellt, von denen zeigt Abb. i einen Aufriß des oberen Halbgehäuses,
Abb. 2 einen Aufriß des unteren Halbgehäuses, Abb. 3 einen Schnitt durch den Drehschieber
in Höhe der Verbindungsebene des Gehäuses, Abb. ,I einen Schnitt des Drehschieberkörpers
entlang der Linie IV-IV der Fig. 3, Abb.4bis eine Draufsicht auf den Drehschieberkörper,
Abb. 5 eine schematische Ansicht des Gesamtmotors.
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Der in den Abb. i bis 4 dargestellte Drehschieber umfaßt folgende
wesentliche Teile: ein Gehäuse von allgemeiner Kugelform, das aus- zwei Halbkugelschalen
i1 und i2 gebildet wird.
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In der Schale il (Abb. i) sind auf dem Durchmesser x-x zwei halbzylindrische
Lagerflächen 21, 2, und zwei Aussparungen 31, 32 für Kugellager vorgesehen. Die
Schale i1 ist mit äußeren Kühllamellen ,4 ausgestattet. Diese Schale i1 ist senkrecht
zur Verbindungsebene mit Löchern 5 für den Durchtritt von Befestigungsbolzen versehen.
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Die Schale i2 (Abb. 2) besitzt die gleiche Form wie die Schale il,
sie ist jedoch von Einlaßöffnungen 6 durchbrochen.
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In das Gehäuse i, das durch die Vereinigung der Schalen i1, i, gebildet
wird, ist vor dem Schließen des Gehäuses ein Verteiler 7 eingeführt, der Kugelform
besitzt und der zwei einander entgegengesetzte Drehzapfen aufweist, von denen jeder
durch eine erste zylindrische Lagerfläche 8l, 82 entsprechend der Lagerfläche 21,
22 des Gehäuses und am Ende eine zylindrische Fläche g., 92 von kleinerem Durchmesser
als die vorhergenannte besitzt.
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Der Drehschieberkörper 7 ist an den Endflächen 9l, 9, mit den inneren
Käfigen io, ii der Kugellager i2, 13 fest verbunden, deren äußere Käfige 14, 15
in den Ausnehmungen 31, 32 des Gehäuses angeordnet sind.
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Die äußeren Käfige 14, 15 sind unbeweglich in den Aussparungen 31,
32 durch Halteschrauben befestigt, die in Löcher 16 eingeschraubt sind, welche mit
fliegendem Gewinde an der zylindrischen Berührungsfläche zwischen den äußeren Käfigen
und dem Gehäuse eingearbeitet sind (Abb. i und 2).
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Der Endabsatz 9, des Drehzapfens 82, 9, des Verteilers ist in mechanischer,
kraftschlüssiger Verbindung mit der Kurbelwelle des Motors. In dem in dem Beispiel
dargestellten Fall erfolgt die Mitnahme des Verteilers mit Hilfe einer Kette, die
über ein Zahnrad 17 läuft, das auf dem Endaibsatz 92 des Drehzapfens aufgepaßt ist.
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Der Drehschieberkörper ist von zwei Führungskanälen durchbohrt. Einer
i-st der Einlaßkanal 18 (Abb. 4.), der einerseits in der Achse des Drehzapfens 81,
91 auf der dem Antriebszahnrad 17 gegenüberliegenden Seite und andererseits seitlich
in einer Öffnung ig mündet, die sich bei Drehung des Körpers 7 um die Achse x-x
vor die Öffnung 6 des Gehäuses bewegen kann.
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Der andere Kanal, der Auslaßkanal2o, mündet einerseits in der Achse
des Drehzapfens 82, 92, der das Antriebsrad 17 trägt, und andererseits seitlich
in einer Öffnung a1, die sich bei Drehung des Körpers 7 ebenfalls vor die Öffnung
6 des Gehäuses bewegen kann.
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Der Einlaßkanal i8 und der Auslaßkanal 2o liegen jeder symmetrisch
zu je einer durch die Achse x-x' führenden Ebene. Diese beiden Symmetrieebenen bilden
untereinander einen gewissen Winkel, der sich aus dem gewählten Verteilungsdiagramm
ergibt.
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Die Kugel 7, welche den Drehschieberkörper bildet, wird beiderseits
einer Durchmesserebene z-z' von zwei Aussparungen (Ringkanälen) 22 durchkreuzt.
Die Durchmesserebene z-z' ist so gewählt, daß sie die seitlichen Öffnungen ig, 21
des Einlaßkanals 18 und des Auslaßkanals 2o (Abb. 4sis) voneinander trennt. Die
Aussparungen 22 enthalten Dichtungsringe 221.
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Ferner sind Dichtungsringe 23 in den Aussparungen 24 angeordnet, die
in den zylindrischen Teilen 81 und 82 des Drehschiebers vorgesehen sind.
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Der oben beschriebene Drehschieber ist, wie in Abb. 5 dargestellt,
oberhalb des Motorzylinders 25 befestigt. Der Zylinder besitzt außerdem die Zündkerze
26.
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Das Kettenrad 17, das auf dem Drehzapfen 82, 92 des Drehschieberkörpers
aufgepaßt ist, wird durch eine Kette 27 angetrieben, die weiterhin über ein Kettenrad
28 läuft, das auf der Kurbelwelle 29 des Motors sitzt. Der Kanal 2o des Drehzapfens
82, 92 ist an den Anlaßkanal 31 angeschlossen.
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Der Kanal i1& des Drehzapfens 81, 91 auf der entgegengesetzten
Seite ist an den Vergaser 3o angeschlossen, der mit Luft und Treibstoff in der bekannten
Weise gespeist wird.
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Der Drehschieber arbeitet folgendermaßen: Der Körper 7 des Drehschiebers
bringt den Zylinderraum 25 während eines Teiles der Umdrehung des
Körpers
in Verbindung mit dem Einlaß. Wenn die Einlaßöffnung i9 die Öffnung 6 verläßt, wird
diese durch den vollen Teil der Kugel 7 abgeschlossen. In diesem. Augenblick befindet
sich der Kolben ungefähr auf seinem unteren Totpunkt.
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Der Kompressionsabschnitt, die Zündung und der Arbeitsabschnitt (Expansion)
vollziehen sich während des Vorbeiganges des vollen Teiles der Kugel 7 vor der Öffnung
6 des Gehäuses und erstrecken sich etwa auf die Hälfte ihres Umfanges.
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Gegen Ende des Arbeitsabschnittes, d. h. etwa in dem Augenblick, wo
der Kolben sich an seinem unteren Totpunkt befindet, gibt die Öffnung 2i des Auslaßkanals
die Öffnung 6 frei, und der sich aufwärts bewegende Kolben treibt die verbrannten
Gase durch diese Öffnung 6 in den Auslaßkanal 3 i. Etwa beim anschließenden oberen
Totpunkt befindet sich die Öffnung ig vor der Öffnung 6 und verbindet den Zylinder
mit dem Einlaß.
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Der Drehschieber gemäß der Erfindung känn bei allen Motoren z. B.
Diesel-, Gas-, Dampf- usw. Motoren, ebenso wie bei Gas- und Flüssigkeitskompressoren
angewendet werden.