Kolbenmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf Kolben maschinen, zum Beispiel Dampfmaschinen, Brennkraftmasehinen, Wasser- oder Luft motoren und Pumpen, und ermöglicht, auch bei einer grösseren Anzahl von arbeitenden Zylindern, gedrängte Bauweise bei günstigen Kraft- und Beanspruchungsverhältnissen zu erzielen. Insbesondere ermöglicht es die Er findung, die Drehbewegung in .einer Ebene abzuleiten, so dass sich für beliebige Arbeits verhältnisse, Drehzahlen, Drucke, Leistun gen, in achsialer Richtung geringe Abmes sungen ergeben und zugleich, bei günstigen Schwungverhältnissen, ein geringer Un- gleichförmigkeitsgrad der Maschine.
Zugleich ergeben sich bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung konstruk tiv einfach zu übersehende und vor allem billig und präzis herstellbare Teile der Ma schine.
Der Erfindung gemäss arbeitet der -Kol ben mittelst einer schwingenden Pleuelstange auf einer zur Drehachse exzentrischen Kreis bahn als Führungsbahn.
Der Erfindungsgedanke ist ausser auf Maschinen mit nur einem Zylinder und Kol ben naturgemäss auch anwendbar auf Ma schinen mit mehreren Zylindern und Kolben.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die in der Zeichnung dargestellten Beispiele. In Fig. 1 ist eine auf einer gemeinsamen kreisförmigen Führungsbahn 40 arbeitende Gruppe von beispielsweise drei Motorzylin dern 11, 12, 18 mit Kolben 14, 15, 16 ver anschaulicht. Die Kolben weisen schwin gende Pleuelstangen 17, 18, 19 auf, die bei dem veranschaulichten: Beispiele mit Rollen 27, 28, 29 auf der kreisförmigen, zur Dreh achse der Welle 80 exzentrischen Führungs bahn 40 arbeiten.
Durch die Anordnung der schwingenden Pleuelstangen wird der Vorteil erreicht, .dass das freie Pleuelstangenende Be wegungen tangential zur Führungsbahn aus führen kann, so dass Kraftkomponenten tan- gential zur Führungsbahn wirksam werden können. Die günstige Wirkungsweise wird da durch gesteigert, dass die Zylinder im Abstand von der Welle 30 rotationssymmetrisch tangen- tial auf einem zurDrehachse derWellekonzen- trischen Kreis angeordnet sind.
Die freien Enden der Pleuelstangen sind geführt, sei es in Abhängigkeit von dem Zylinderblock oder auch, wie später beschrieben, in Abhän gigkeit von der Führungsbahn. Bei .dem veranschaulichten Beispiel erfolgt die Füh rung in Abhängigkeit vom Zylinderblock, in dem .die äussern Enden der Pleuelstangen mit- telst Lenker 20, 21, 22 mit dem Zylinder block verbunden sind. Durch diese Lenker werden .die Enden der Pleuelstangen, sowie die von ihnen getragenen Führungsorgane, zum Beispiel Führungsrollen, tangential zur Bahn geführt, so dass der Verschleiss der Führungsstelle und im Zusammenhang da mit auch der Verschleiss der Kolben und Zy linderflächen erheblich vermindert wird.
Die Maschine ist infolge dieser Anordnung. als Brennkraftmaschine für Fahrzeugantriebe besonders geeignet, einerseits mit Rücksicht auf die gedrängte Bauart, anderseits aber auch mit Rücksicht auf die Schwungverhält- nisse der im Kreise symmetrisch verteilten Massen.
Auch werden bei dieser Anordnung die ungünstigen Wirkungen, die sonst in den Umkehrpunkten der Brennkraftmaschinen durch tote Punkte auftreten, vermieden. Auch hat die gute, gleichmässige Führung der Zylinder zur Folge, dass während der Leerlaufperioden der Zylinder Füllung und Auspuff von den arbeitenden Zylindern ge leistet wird, so dass sich also im besonderen für Zweitaktmotoren günstige Arbeitsverhält nisse ergeben.
Bei Maschinen gemäss Fig. 1 ergibt sich eine zwangläufige Führung zwischen Kol ben mit ihren Pleuelstangen und Führungs bahnen durch Anwendung einer doppelten Führung der Führungsrollen, beispielsweise mit Hilfsrollen, nach Fig. 7 und 8, ohne dass es erforderlich wäre, Federn oder sonstige Hilfsmittel zum Anpressen der Führungs rollen zu benutzen, wenn auch diese Elemente verwendet werden können, :da zur Anpres- sung an die Führungsbahn nur geringe Kraft erforderlich wird und somit die Abmessun gen, sowie der Energieverbrauch dieser Ele mente nur ein geringer ist.
Die Anordnung gemäss der Erfindung ist für eine beliebige Zahl von in einer Ebene arbeitenden Zylin dern verwendbar; es kann ein Zylinder ver wendet werden, es kann auch eine beliebig andere Zahl von Zylindern im Kreise ange ordnet sein.
Fig. 1 zeigt einen Zweitaktmotor, bei dem die Füllung in der Mitte durch die Ka näle 35 erfolgt, der Auspuff durch die Ka näle 36. Die Zylinder können ruhen, wäh rend die Führungsbahn sich dreht, auch kann umgekehrt die Führungsbahn ruhen, während die Zylinder umlaufen oder es kön nen Führungsbahn und Zylinderblock sich beide gegensinnig bewegen.
Bei Zweitaktmotoren ergibt sich pro Um lauf ein Arbeitshub, beim Viertaktmotor sinngemäss nur einer auf zwei Umläufe. Die Zuführung des Brennstoffes, bezw. .des Kraftmittels, und Abführung können bei Viertaktmotoren in gewöhnlicher oder in an derer beliebiger Weise mit beliebigen Mit teln erfolgen.
Läuft der Zylinderblock um, so ergeben sich Ungleichförmigkeiten hauptsächlich aus dem Kraftdiagramm und nur in verringer tem Masse aus .den Massen des Zylinderblok- kes. Ruht anderseits der Zylinderblock und läuft die Führungsbahn um, so hebt die un- leiehe Massenverteilung der als Schwung- g o e-, seheibe 41 ausgeführten Führungsbahn die Ungleichmässigkeiten des Kraftdiagrammes im wesentlichen auf.
Im übrigen kann der vollkommene Ausgleich in der üblichen Weise durch Aussparung von Massen, wie zum Beispiel bei 42 gestrichelt angedeutet, oder durch Zufügung von Massen, wie bei 43 angedeutet, erzielt werden.
In Fig. 2 ist im Schnitt .eine Anordnung nach Fig. 1 veranschaulicht, bei .der der Zy linderblock umläuft, so dass die Energie durch die am Zylinderblock festsitzende Welle 50 zugeführt oder abgeführt werden kann, während bei .der in Fig. 3 veranschau lichten Anordnung die Zu- oder Abführung der Energie über die Welle 51. erfolgt, die mit der umlaufenden Schwungscheibe 41 ver bunden ist.
Fig. 4 zeigt als Ausführungsbeispiel die Anordnung nur eines Zylinders.
In den Fig. 5 und 6 sind zwei weitere konstruktive und in der Arbeitsweise sehr günstige Ausführungsbeispiele veranschau licht. Hier dient zur Führung der Pleuel stangen an der Führungsbahn ein ringförmi ges, der Führungsbahn sieh anschmiegendes Glied 55, das entweder unmittelbar oder, wie dies die Fig. 5 und 6 zeigen, unter Vermitt lung eines geeigneten Wälzlagers, zum Bei spiel eines Kugel- oder Rollenlagers 56, auf der Führungsbahn gleiten kann.
An dem Glied 55 ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 eine der Pleuelstangen, zum Bei spiel 18, bei 57 angelenkt, so. dass diese Pleuelstange in Abhängigkeit von dem Ring glied und zugleich (mittelst des Lenkers 21) in Abhängigkeit vom Zylinderblock geführt ist, während die andern Pleuelstangen 17, 19 mittelst ihrer Lenker 20, 22 in der in Fig. 1 veranschaulichten Weise nur in Abhängig- keit vom Zylinderblock geführt sind,
wobei ihre äussern Enden mittelst der Gleitschuhe 58 bezw. 60 in auf dem Ringglied 55 sit zenden Gleitbahnen 59 bezw. 61 über das Ringglied 55 frei auf die Führungsbahn 40 wirken. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 sind die äussern Enden aller Pleuelstangen 17, 18, 19 an dem Ringglied 55 angelenkt, so dass die Lenker 20, 21, 22 entbehrlich wer den. Bei beiden Ausführungen (Fig. 5 und 6), ergeben sich sehr günstige Kraftübertra- gungsverhältnisse bei geringen Verlusten.
Die Schwingbewegung des Ringgliedes (Fig. 6) kann von der Welle<B>30</B> abgeleitet werden, beispielsweise mittelst des Kurbel triebes 70, 71, dessen Lenker 72 in seiner Länge dem Masse der Exzentrizität zwischen Führungsbahn und Welle 30 entspricht und so die Gleichmässigkeit der schwingenden Bewegung :des Systems, insbesondere bei An lauf, herbeiführt, wenn der Zylinderblock ruht und die Führungsbahn umläuft.
Auch diese Ausführungsformen nach Fig. 5 und 6 sind sowohl brauchbar, wenn die Führungsbahn umläuft und der Zylinder ruht, als auch wenn der Zylinderblock um läuft und die Führungsbahn ruht oder wenn beide sich relativ zueinander bewegen.
Bei umlaufendem Zylinderblock erüb rigt sich bei der Ausführungsform nach Fig. 6 .die Anordnung der die Schwingbewe gung von der Welle ableitenden Organe.
Der der Bahn sich anschmiegende Ring kann auch vermittelst mehrerer Gleitgliedern, zum Beispiel vermittelst mehrerer ineinander laufender Ringe, auf der Führungsbahn ar beiten.
Es können auch zwei oder mehr Zylinder gruppen mit Führungsbahnen achsial neben einander als Doppel- oder Mehrfachaggregat angeordnet sein. Fig. 7 und 8 zeigen ein Doppelaggregat. Die eine Einheit des Aggre gates besteht aus den Zylindern 11, 12, 18 mit den Pleuelstangen 18, 19, 20, der Füh rungsbahn 140 und den Führungsrollen 27. 28; 29, während die andere Einheit des Aggregates aus den Zylindern 111, 112, 113, den Pleuelstangen 117, 118, 119, der Füh- rungsbahn 141 und den Führungsrollen 127, 128, 12,9 besteht.
Bei .dem Beispiel der Fig. 7 und 8 sind die Zylindergruppen der beiden Einheiten des Aggregates gegeneinander versetzt. Statt der Zylindergruppen könnten auch die Füh rungsbahnen versetzt sein. In beiden Fällen ergibt sich ein ausserordentlich gleichmässiges Drehmoment. Diese Wirkung lässt sich noch erhöhen, wenn man Zylindergruppen und Bahnen der beiden Einheiten des Aggregate gegeneinander versetzt.
Die Führungsbahn kann mit einem geeig neten Futter 90, 91 versehen sein. Zur Si cherung der Führung sind Hilfsrollen 81, 82, 83 bezw. 181, 182, 183 angeordnet, die auf Hilfsführungen 85, 86 laufen. Die Hilfs rollen selbst sind im Betriebe nicht bean- sprucht@ da die in dem Motor auftretenden Kräfte die Pleuelstangen bezw. die Füh rungselemente an der Führungsbahn 40 bezw. 141 halten. Lediglich zum Anlauf, solange kein oder nur ein Zylinder arbeitet, ist die Anordnung dieser Hilfsrollen zweckmässig.
Die Zusammenstellung mehrerer Einhei ten zu einem Aggregat ist nicht auf das in Fig. 7 und 8 veranschaulichte Beispiel be schränkt, das sich auf Fig. 1 bezieht. Die Anordnung ist auch ohne weiteres für jede der übrigen beschriebenen Anordnungen brauchbar.
Piston engine. The invention relates to piston machines, for example steam engines, Brennkraftmasehinen, water or air motors and pumps, and makes it possible, even with a large number of working cylinders, to achieve compact design with favorable power and stress conditions. In particular, the invention makes it possible to derive the rotary movement in a plane so that there are small dimensions in the axial direction for any work conditions, speeds, pressures, performances and, at the same time, with favorable swing conditions, a low degree of irregularity Machine.
At the same time, in preferred embodiments of the invention, constructively easy to overlook and, above all, parts of the machine that can be manufactured cheaply and precisely result.
According to the invention, the -Kol works by means of a vibrating connecting rod on a circular path eccentric to the axis of rotation as a guide path.
In addition to machines with only one cylinder and piston, the concept of the invention can naturally also be applied to machines with several cylinders and pistons.
The examples shown in the drawing serve to explain the invention. In Fig. 1, a working on a common circular guide track 40 group of, for example, three Motorzylin countries 11, 12, 18 with pistons 14, 15, 16 is illustrated ver. The pistons have swaying connecting rods 17, 18, 19, which in the illustrated: Examples with rollers 27, 28, 29 on the circular guide path 40, which is eccentric to the axis of rotation of the shaft 80.
The arrangement of the oscillating connecting rods has the advantage that the free end of the connecting rod can perform movements tangential to the guideway, so that force components can become effective tangential to the guideway. The favorable mode of operation is increased by the fact that the cylinders are arranged at a distance from the shaft 30 in a rotationally symmetrical tangential manner on a circle that is concentric to the axis of rotation of the shaft.
The free ends of the connecting rods are guided, either as a function of the cylinder block or, as described later, as a function of the guideway. In the illustrated example, the guidance takes place as a function of the cylinder block in which the outer ends of the connecting rods are connected to the cylinder block by means of links 20, 21, 22. Through these links, the ends of the connecting rods, as well as the guide elements carried by them, for example guide rollers, are guided tangentially to the track, so that the wear of the guide point and, in connection therewith, the wear of the piston and cylinder surfaces is considerably reduced.
The machine is as a result of this arrangement. Particularly suitable as an internal combustion engine for vehicle drives, on the one hand taking into account the compact design, but on the other hand also taking into account the momentum of the masses symmetrically distributed in the circle.
With this arrangement, the unfavorable effects which otherwise occur in the turning points of the internal combustion engine due to dead points are avoided. The good, even guidance of the cylinders also means that filling and exhaust is provided by the working cylinders during the idling periods of the cylinders, so that working conditions that are particularly favorable for two-stroke engines result.
In machines according to FIG. 1, there is an inevitable guide between Kol ben with their connecting rods and guide tracks by using a double guide of the guide rollers, for example with auxiliary rollers, according to FIGS. 7 and 8, without the need for springs or other aids to Pressing the guide rollers should be used if these elements can also be used, since only a small force is required to press them against the guide track and thus the dimensions and energy consumption of these elements are only lower.
The arrangement according to the invention can be used for any number of working in one plane Zylin countries; One cylinder can be used, and any other number of cylinders can be arranged in a circle.
Fig. 1 shows a two-stroke engine in which the filling takes place in the middle through the channels 35, the exhaust through the channels 36. The cylinders can rest while the guideway rotates, and vice versa, the guideway can rest while the The cylinder revolves or the guide track and cylinder block can both move in opposite directions.
With two-stroke engines there is one working stroke per revolution, with four-stroke engines only one stroke per revolution. The supply of fuel, respectively. .The fuel, and discharge can be done in four-stroke engines in ordinary or in any other way with any means.
If the cylinder block rotates, irregularities mainly result from the force diagram and only to a lesser extent from the masses of the cylinder block. If, on the other hand, the cylinder block rests and the guideway revolves, the inconvenient mass distribution of the guideway, which is designed as a swing 41, essentially eliminates the irregularities in the force diagram.
In addition, complete compensation can be achieved in the usual way by recessing masses, as indicated by dashed lines at 42, for example, or by adding masses, as indicated at 43.
In FIG. 2, an arrangement according to FIG. 1 is illustrated in section, in which the cylinder block rotates so that the energy can be supplied or removed through the shaft 50 fixed on the cylinder block, while in the case of the cylinder block in FIG clear arrangement, the supply or removal of the energy takes place via the shaft 51, which is ver with the rotating flywheel 41 connected.
4 shows the arrangement of only one cylinder as an exemplary embodiment.
In Figs. 5 and 6, two more constructive and very advantageous embodiments are illustrated light. Here is used to guide the connecting rods on the guide track a ringförmi ges, the guide track see clinging member 55, which either directly or, as shown in FIGS. 5 and 6, with the mediation of a suitable roller bearing, for example a ball or Roller bearing 56, can slide on the guide track.
On the member 55 is in the embodiment of FIG. 5, one of the connecting rods, for example 18, hinged at 57, so. that this connecting rod is guided as a function of the ring member and at the same time (by means of the link 21) as a function of the cylinder block, while the other connecting rods 17, 19 by means of their links 20, 22 in the manner illustrated in FIG. 1 only as a function are guided by the cylinder block,
with their outer ends by means of the sliding shoes 58 respectively. 60 in on the ring member 55 sit Zenden slideways 59 respectively. 61 act freely on the guide track 40 via the ring member 55. In the embodiment of FIG. 6, the outer ends of all connecting rods 17, 18, 19 are hinged to the ring member 55, so that the links 20, 21, 22 are unnecessary. Both designs (FIGS. 5 and 6) result in very favorable power transmission ratios with low losses.
The oscillating movement of the ring member (Fig. 6) can be derived from the shaft 30, for example by means of the crank drive 70, 71, the length of which corresponds to the length of the arm 72 of the eccentricity between the guide track and the shaft 30 and This is how the uniformity of the oscillating movement of the system, especially during start-up, is brought about when the cylinder block is at rest and the guideway rotates.
These embodiments according to FIGS. 5 and 6 can also be used both when the guideway rotates and the cylinder is at rest, and when the cylinder block rotates and the guideway is at rest or when both are moving relative to one another.
With the rotating cylinder block erüb rigt in the embodiment of FIG. 6. The arrangement of the Schwingbewe supply from the shaft dissipating organs.
The ring clinging to the track can also work on the guide track by means of several sliding members, for example by means of several rings running one inside the other.
It can also be arranged axially next to each other as a double or multiple unit with two or more cylinder groups with guideways. 7 and 8 show a double unit. One unit of the aggregate consists of the cylinders 11, 12, 18 with the connecting rods 18, 19, 20, the Füh approximate track 140 and the guide rollers 27. 28; 29, while the other unit of the unit consists of the cylinders 111, 112, 113, the connecting rods 117, 118, 119, the guide track 141 and the guide rollers 127, 128, 12, 9.
In the example of FIGS. 7 and 8, the cylinder groups of the two units of the unit are offset from one another. Instead of the cylinder groups, the guide tracks could also be offset. In both cases the torque is extremely even. This effect can be increased if the cylinder groups and paths of the two units of the aggregate are offset against one another.
The guideway can be provided with a suitable feed 90, 91. To secure the guide Si are auxiliary rollers 81, 82, 83 respectively. 181, 182, 183 arranged, which run on auxiliary guides 85, 86. The auxiliary roles themselves are not used in the company @ since the forces occurring in the engine respectively the connecting rods. the Füh approximately elements on the guide track 40 respectively. 141 hold. The arrangement of these auxiliary rollers is only practical for start-up, as long as no or only one cylinder is working.
The combination of several Einhei th to an aggregate is not limited to the example illustrated in FIGS. 7 and 8, which relates to FIG. The arrangement can also be used without further ado for any of the other described arrangements.