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Brennkraftmaschine mit stufen- und getriebeloser Kraftübertragung
mittels eines Flugkolben-Brennkraftverdichters eines Druckluftsammlers und einer
angetriebenen Kreiselmaschine Die dieser Erfindung zugrunde liegende Erfindung betrifft
eine zweckmäßige Zusammenfassung und Ergänzung mehrerer an sich bekannter Maschinen
mit dem Ziel, die Kraftübertragung von einer Brennkraftmaschine zur Arbeitsmaschine,
die mit wechselnden Drehzahlen laufen soll, unter Umgehung eines kraftverzehrenden
Stufenantriebs oder eines stufenlosen Wechselgetriebes rationeller zu gestalten,
als es bei den bekannten Kraftmaschinen möglich war.
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Als Kraftmaschine dient ein Brennkraftmotor, vorzugsweise mit Dieselantrieb,
der mit zweigegenläufigen Kolben in einem Zylinder ausgestattet ist, die ihrerseits
unmittelbar auf je einen Luftverdichter wirken. Diese bekannten Freikolbenluftverdichter
erzeugen die Druckluft, die einen Druckluftmotor, vorzugsweise eine Zahnradturbine
antreibt, durch welche die jeweilige Arbeitsmaschine anzutreiben ist bzw. bei Fahrzeugen
zur Fortbewegung dient.
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Die für diese Erfindung grundlegende Neuerung ist nun die Zwischenschaltung
eines Druckluftsammlers zwischen den Luftverdichter und den Druckluftmotor. Dieser
Druckluftsammler in Form eines druckfesten Metallbehälters versorgt in gleichmäßiger
und stoßfreier Weise den Druckluftmotor und verschiedene Nebenvorrichtungen mit
Druckluft und speichert die Druckluft zu jederzeitigem Gebrauch, wenn der Verdichter
nicht im Betrieb ist.
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Besonders dort, wobei nicht ortsfesten Maschinen das Verhältnis Gewicht
zu Leistung eine große Rolle spielt, wie z. B. bei Fahrzeugen mit oder ohne Schienen,
Wasserfahrzeugen, beweglichen Transportanlagen, Hebezeugen und Baggern, ist der
Vorteil,
den diese Zusammenfassung mehrerer grundsätzlich verschiedener Maschinen und Maschinenelemente
zu einem einheitlichen Ganzen auf engstem Raum bietet, ein technisches und wirtschaftliches
Bedürfnis.
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Durch die Möglichkeit, den Druckluftmotor, vorzugsweise eine Zahnradturbine,
infolge seiner verhältnismäßig kleinen Bauart ohne kraftverzehrende Maschinenelemente
für die Kraftübertragung unmittelbar an die anzutreibende Maschine oder an das Differentialgetriebe
eines Kraftfahrzeugs anschließen zu können, werden kostspielige und materialschwere
Kraftübertragungen eingespart. Die Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeiten kann
auf die einfachste Art nur durch die Betätigung eines Hebels, der eine Drosselabsperrung
in der Druckluftleitung steuert, erfolgen.
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Dem Dieselmotor mit seiner großen Wirtschaftlichkeit wird hierdurch
ein neues Verwendungsgebiet eröffnet, indem er auch im leichten Kraftfahrzeug, besonders
dem Personenkraftwagen, den Erfordernissen des Straßenverkehrs angepaßt wird. Seine
Trägheit und sein verhältnismäßig großes Gewicht machten ihn bisher nur für den
Langstreckenverkehr in schweren Lastkraftfahrzeugen geeignet, während er für den
Großstadtverkehr und als Antrieb für kleinere Fahrzeuge nicht die notwendigen Voraussetzungen
bot.
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Durch den Fortfall verschiedener Vorrichtungen und Nebenapparate,
die zum Betrieb von Brennkraftmaschinen der bekannten Bauarten notwendig sind, werden
trotz der scheinbar umständlichen Häufung mehrerer verschiedener Maschinen wesentliche
Vorteile erzielt, die an Hand einer schematischen, räumlich auseinandergezogenen
Darstellung in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden.
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In der Zeichnung soll a, a das durch gestrichelte Linie umrissene
Aggregat des Freikolbenluftverdichters mit Dieselantrieb versinnbildlichen, b bezeichnet
den Druckluftsammler und c die Druckluftturbine. Die verdichtete Luft strömt durch
die Leitung d in den Sammler, das Rückschlagsicherheitsventil d1 hindert beim Ansaughub
der Verdichterkolben die Druckluft am Zurückströmen. Vom Sammler b gelangt die Druckluft
über den Verteilerkopf mit selbsttätigen Druckreglern b1 bekannter Ausführung in
die Leitungen e, l und m. Die Leitung e führt zur Druckluftturbine c, wenn die Absperrung
f durch den Hebel f1 mehr oder weniger geöffnet ist. Durch die Kupplung g ist die
Druckluftturbine mit der Arbeitsmaschine oder beispielsweise mit dem Differentialgetriebe
eines Kraftwagens unmittelbar verbunden. Die teilweise entspannte Abluft verläßt
die Turbine durch das Rohr h und tritt über den Verteilerkopf h1 zum Teil ins Freie
bei i und fließt zum anderen Teil in der Leitung k zum Luftverdichter zurück. Dort
kann diese immer noch gespannte Abluft teils als vorverdichtete Frischluft den Verdichterzylindern
zugeführt werden, teils nach vollkommener Entspannung bei n als Kühlluft für das
ganze Aggregat dienen. Die in der Leitung I abgezweigte Druckluft kann dem Verbrennungsraum
des Dieselmotors vorverdichtet zugeführt werden, wodurch die Leistung gesteigert
wird. Zugleich kann sie den Dieseltreibstoff einspritzen. Die Druckluft der Leitung
m dient bei entsprechender Öffnung der Ventile zum Anlassen des Motors. Ein Sicherheitsdruckregler
bei b1 steuert die Ventile von L und in in der Weise, daß bei bestimmtem Mindestdruck
im Sammler der Verdichtermotor angelassen wird und bei bestimmtem Höchstdruck das
Einspritzen des Dieseltreibstoffs unterbleibt.
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Im Sammler b ist also stets eine solche Menge Druckluft gespeichert,
wie sie zum Antrieb der Druckluftturbine erforderlich ist. Sinkt der Druck in b
infolge Verbrauchs in der Turbine zur Mindestgrenze ab, so beginnt automatisch der
Verdichter zu arbeiten und lädt den Sammler wieder auf bzw. liefert bei starkem
Verbrauch laufend die Druckluft über den Sammler an die Turbine. Wird dem Sammler
keine Druckluft entnommen, so arbeitet der Verdichter weiter, bis die Höchstgrenze
des Drucks im Sammler erreicht ist.
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Hieraus geht hervor; daß nur dann Treibstoff im Brennkraftmotor verbraucht
wird, wenn mittel-oder unmittelbar Leistung für Arbeit gebraucht wird. Ein Leerlauf
findet also auch dann nicht statt, wenn die Druckluftturbine abgestellt ist und
zunächst der Verdichtermotor noch weiterläuft.
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In nachfolgendem seien die wesentlichsten Vorteile gegenüber den bekannten
Antriebsarten durch Brennkraftmäschinenkurz zusammengefaßt: I. ständige Startbereitschaft,
da der Verdichter so lange arbeitet, bis der Sammler aufgefüllt ist; 2. stufenlose
Regelung der Umdrehungen der Antriebsmaschine, da diese durch einfache Hebelstellung
von Null bis Maximum kontinuierlich erfolgt; 3. Kraftersparnis durch Fortfall von
Getrieben und langen Kraftübertragungen durch mechanische Bauelemente; 4. Gewichtsersparnis
durch Fortfall von Vorrichtungen und Nebenapparaten, wie z. B. Wechselgetriebe nebst
Gehäuse, Kurbelwelle mit Schwungmassen und Gehäuse, Wasserkühlung, Kardanwelle,
elektrischer Anlasser, Zylinderblock, Wasserpumpen, Ventilator u. a. m.; 5. restlose
Ausnutzung des Treibstoffs, da es keinen Leerlauf gibt; 6. geringe Reibungsverluste
durch mechanisch bewegte Maschinenteile; 7. geringer Verschleiß, da nur wenige bewegte
Bauteile vorhanden sind und sowohl der Freikolbenmotor mit Verdichter als auch der
Druckluftmotor, z. B. eine Zahnradturbine, einfachster und robuster Bauart sind;
B. große, sofort verfügbare Kraftreserve und dadurch Verkürzung der Anlaufzeiten
und Steigerung des Anzugvermögens; g. keine Gefahr des Einfrierens und des Unvermögens,
bei kaltem Wetter zu starten; ro. niedrige Gestehungskosten infolge der einfachen
materialersparenden Ausführungsmöglichkeit und durch Einsparung an Bearbeitungskosten
und Herstellungszeit.
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Der mit der Erfindung verfolgte Zweck, eine Kraftübertragung unter
Umgehung eines Wechselgetriebes zu schaffen, dürfte durch die Verwendung
von
Druckluft bei Zwischenschaltung eines druckausgleichenden Sammlers durch die erfindungsgemäße
Anordnung erreicht sein.
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Außerdem besteht die Möglichkeit, nach demselben Prinzip statt der
Druckluft einen hydraulischen Antrieb zu verwenden, wobei der Druckluftsammler zum
Zwecke einer stoßfreien Übertragung der Kräfte durch einen Behälter zu ersetzen
wäre, in dem sich über dem unter Druck stehenden Wasser oder einer anderen Flüssigkeit
ein Luftpolster befindet. Ein solches Ausführungsbeispiel für Aggregate geringen
Umfangs bietet ebenfalls große Vorteile gegenüber Brennkraftmaschinen gleicher Leistung
in der üblichen Ausführung.
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Durch obige Beschreibung erscheint ein technischer und besonders wirtschaftlicher
Fortschritt ausreichend dargelegt zu sein.