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Mehrzylindrige Kolbenmaschine Die Erfindung richtet sich auf eine
mehrzylindrige Kolbenmaschine, deren hin- und hergehende Kolbenbewegung dadurch
in eine Drehbewegung umgesetzt wird, daß zusammen mit den Kolbenstangen bewegte
hin- und hergehende Rollen in eine am Außenumfang eines Rotationskörpers angeordnete
Kurve eingreifen und daß die Rollen in mit den Kolbenstangen hin- und hergehenden
und parallel zu der Drehachse des Rotationskörpers geführten Gleitsteinen gelagert
sind, wobei zwei Gleitsteine symmetrisch zur Mittelebene der Maschine angeordnet
sind.
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Eine solche Kolbenmaschine kann entweder als Antriebsmaschine, z.
B. als Verbrennungsmotor, oder aber auch als Arbeitsmaschine, z. B. als Verdichter,
Verwendung finden.
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Das Prinzip, eine hin- und hergehende Kolbenbewegung über Kurvenführungen
in eine Dreh-Bewegung umzuwandeln, ist bereits bekannt.
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In einem solchen Fall sind sämtliche Rollen in ein und derselben Ebene
gelagert, und die senkrecht zu den Rollen wirkenden erheblichen Kräfte neigen dazu,
den die Kurvenführung aufweisenden Rotationskörper im entgegengesetzten Sinn zu
verdrehen. Dem Problem eines unbedingt notwendigen Kraftausgleichs wird dabei jedoch
keinerlei Aufmerksamkeit gewidmet. ..
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Diesen Mangel weist auch eine andere vorbekannte Anordnung auf, bei
der außerdem die in der Kurve geführte Rolle einer beträchtlichen Scherwirkung ausgesetzt
ist.
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Auch eine andere Verbrennungsmaschine mit mehreren durch einen zentralen
Zahnradeingriff in starrer Verbindung stehenden und gemeinsam auf eine Welle arbeitenden
Rotationskörpern läßt das Problem des Kraftausgleichs außer acht, und die Rollen
arbeiten völlig getrennt voneinander.
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Schließlich gehört eine Verbrennungsmaschine mit Schubkurvengetriebe
zum Stand der Technik, bei der die in die Kurven eingreifenden Rollen - der Kolben
in mit diesen hin- und hergehenden, symmetrisch zur Mittelebene der Maschine angeordneten
Gleitsteinen gelagert sind.
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Bekannt ist auch eine mehrzylindrige Kolbenmaschine mit einem Kurvennutgetriebe
mit einem axial gegen Federdruck schiebbaren, eine Kurvenführung aufweisenden Rotationskörper,
wobei ein die Axialbewegung begrenzender Anschlag vorhanden ist.
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Die Anwendung dieses bekannten Prinzips in der Praxis erfordert jedoch
einen Ausgleich der wirksamen Kräfte, und es ergibt sich zugleich das Erfordernis
einer möglichst raumsparenden Anordnung. Mit der Lösung dieses Problems befaßt sich
die Erfindung. Sie sieht hierzu vor, daß bei einer mehrzylindrigen . Kolbenmaschine
der bezeichneten Art, und zwar bei einer Vierzylinder-Kolbenmaschine in bekannter
Weise symmetrisch zur Mittelebene der Maschine mindestens zwei über eine Verzahnung
miteinander kämmende Rotationskörper vorhanden sind und daß.die beiden . Gleitsteine
symmetrisch zu einer durch, die Drehachse beider Rotationskörper gedachten Ebene,
angeordnet sind.
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Durch diese Anordnung wird ein praktisch vollkommener Kraftausgleich
herbeigeführt, der einen außerordentlich ruhigen Lauf der Maschine gewährleistet.
Andererseits kommen bei dieser Anordnung eine Reihe von bei den vorbekannten Vorrichtungen
erforderlichen Führungselementen in Fortfall.
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Es liegt im Rahmen der -Erfindung, daß die Kolbenstangen in paarweise
angeordneten Gleitsteinansätzen an den Gleitsteinen befestigt sind.
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Nach einem anderen Merkmal sind die in bekannter Weise nur zusammen
mit der das zugehörige Zahnrad tragenden Welle drehbaren Rotationskörper in ebenfalls
bekannter :Weise unter Federeinwirkung für sich allein axial schiebbar angeordnet.
Diese Maßnahme ermöglicht es, den Kompressionsdruck konstant zu halten und durch
die Feder einen Ausgleich herbeizuführen, wobei ein die Axialbewegung der Rotationskörper
begrenzender Anschlag vorhanden ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung eiteben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter
Ausführungsformen sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt F i g. 1 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine, F i g. 2 eine Draufsicht
nach Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 die Abwicklung der Kurve eines Rotationskörpers,
F i g. 4 ein theoretisches Diagramm zur Erläuterung der Funktion einer Verbrennungsmaschine
und F i g. 5 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Wie F i g. 1 und 2 zeigen, sind auf den beiden Wellen 1 zwei zylindrische
Rotationskörpers 2 angeordnet, die mit Kurven 3 versehen sind, deren Seitenflächen
4 schräg verlaufen. Die Rotationskörper 2 sind mit je einem Zahnrad 5 verbunden,
und diese Zahnräder 5 kämmen miteinander. Die Anordnung der Rotationskörper ist
symmetrisch zur Mittelebene der Maschine. Eine der beiden Wellen 1 kann gegebenenfalls
als einfaches Lager wirken, während die andere Welle 1 zur Übertragung der Bewegung
dient.
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Mit den Kurvven 3 wirken vier kegelstumpfförmige Rollen
6 zusammen, deren Achsen 7 in Lagern 8
sitzen, die wiederum
paarweise an den Gleitsteinen 9 angeordnet sind. Jeder Gleitstein 9 ist mit vier
lappenförmigen Ansätzen 10 versehen, die mit Hilfe von nicht dargestellten
Achsen die Gleitsteine 9 mit je zwei Kolbenstangen 11 verbinden, deren jede
mit einem sich in dem zugeordneten Zylinder 13 bewegenden Kolben 12 verbunden
ist. Die Gleitsteine 9 werden durch nicht dargestellte Mittel parallel zur Achse
der Zylinder 1.3 geführt. Die vier Zylinder 13 sowie die der - Bewegungsumwandlung
dienenden Elemente sind in bekannter Weise in einem nicht dargestellten Block angeordnet,
der auch die Vorrichtungen zur Schmierung, die Abfederung usw. trägt.
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Handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, so wird während des Expansionsvorgangs
der entsprechenden Rolle 6 durch den Kolben 12 eine nach unten gerichtete
Bewegung gemäß F i g. 1 erteilt, und diese Bewegung wird über die schrägen Seitenflächen
der Kurven 3 auf den Rotationskörper 2 übertragen. Die beiden mit dem gleichen Gleitstein
9 verbundenen Kolben 12 führen somit gleichzeitig den Expansionshub
aus, so daß sich die senkrecht zur Bewegungsrichtung auf die Wand 4 der Kurven
3 wirkenden Kraftkomponenten gegenseitig aufheben.
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Dies gilt ebenfalls für die anderen Arbeitstakte der Maschine.
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Beim Auspufftakt wirkt die Wand 4 der Kurven 3
auf die
Rollen 6 und damit auf die Kolben 12, was auch während des Ansaugvorgangs und der
Kompression der Fall ist.
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Während zwei Kolben 12 sich in Expansion befinden, führen die
beiden anderen mit dem anderen Gleitstein 9 verbundenen Kolben
12 den Einlaßtakt aus, wodurch ein einwandfreier Ausgleich des Motors gewährleistet
wird.
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Die Abwicklung einer Kurve 3 ist in F i g. 3 schematisch dargestellt.
Im Gegensatz zur Darstellung nach F i g. 1 führt in diesem Fall der Kolben 12 unterschiedliche
Bewegungen aus, je nachdem ob es sich um den Einlaß- und Kompressionstakt oder um
den Expansions- oder Auslaßtakt handelt. In der Zeichnung entspricht die Strecke
A-B dem Einlaß, B-C der Kompression, C-D der Expansion und D-E dem Auslaß. Das vom
Kolben 12 erfaßte Volumen ist somit während der Expansion und des Auslasses
C-D-E bedeutend größer als während der vorhergehenden Takte A-B-C.
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In F i g. 4 ist das Diagramm des Motors nach F i g. 3 wiedergegeben,
wobei in der Ordinate die Drücke und in der Abszisse die Volumina bzw. der Hub eingetragen
sind. Es ist daraus ersichtlich, daß im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor üblicher
Art das schraffierte Dreieck B-D den Gewinn darstellt. Die Expansion kann nämlich
viel weiter erfolgen, und zwar praktisch bis zum Auslaßdruck, da die besondere Form
der Kurve eine Zunahme des Expansionshubs ermöglicht.
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Aus diesem Diagramm geht ebenfalls hervor, daß die Einlaßzeit bedeutend
länger sein kann als die Kompressionszeit, weil der Abstand A-B viel größer ist
als der Abstand B-C, was sich auf den Wirkungsgrad sehr günstig auswirkt. Die Teile
C-D und D-E der Kurve können schließlich so geformt sein, daß ihre Abwicklung linear
ist, so daß der Kolben ,eine gleichmäßige Bewegung ausführen kann, die den Wirkungsgrad
besonders günstig beeinflußt, während bei den Verbrennungsmotoren üblicher Art die
Bewegung sinusförmig verläuft, d. h. während einer Hubhälfte beschleunigt und während
der anderen Hubhälfte verzögert ist.
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Es ist tatsächlich möglich, die Kurven 3 so zu gestalten, daß in jedem
Fall der optimale Wirkungsgrad des Motors oder der Maschine nach der Erfindung erzielt
wird.
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Die F i g. 5 stellt schematisch zwei Halbschnitte eines erfindungsgemäßen
Motors dar, dessen Kolben 12 mit den Rollen 6 verbunden sind, die
sich in den Kurven der Rotationskörper 2 bewegen. Diese Rotationskörper sitzen unter
Zwischenschaltung einer Feder 15 auf den die Zahnräder 5 tragenden
Wellen 14. Die Rotationskörper 2 werden durch die Rillen
16 in Drehung mitgenommen, wobei die Anschläge 17 diese Axialbewegung begrenzen.
Durch diese Anordnung wird der Kompressionsdruck konstant gehalten, welcher in jedem
Fall durch die Feder 15 ausgeglichen ist. In der rechten Hälfte der F i g.
5 ist der Rotationskörper 2 mit der Rolle 6 und den Kolben 12 durch die Feder
15 nach oben gedrückt worden. Dies entspricht dem Fall, in dem die Einlaßmenge
minimal ist und das Volumen 18 im Augenblick der Kompression im oberen Totpunkt
seinen Keinstwert erreicht. Die Zahnräder stützen sich über Lager 20
bekannter
Art auf dem Gehäuse 19 ab.