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BESCHREIBUNG
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Arbeitsmaschinenmit doppeltarbeitenden Kolben Die Erfindung bet-ifft
eine Arbeitsmaschine, die zum Antrieb von z.B. Verkehrsmitteln bzw. zur Schaffung
von mechanischer Energie als Verbrennungskraftmaschine oder zur Umwandlung von Energieformen
als z.B. Pumpe fungieren kann. Diese Maschine funktioniert nach dem Prinzip von
doppeltarbeitenden Kolben, die direkt und nicht über die Kurbelwelle miteinander,
fest oder gelenkig verbunden sind, so daß dadurch nur noch eine Pleuelstange bzw.
ein 2-freiheitsgradiges Gelenk notwendig ist, um eine hin- und hergehende drehschwingförmige
bzw.
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geradlinige Bewegung in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle zu
transformieren.
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Dieses Prinzip ist teilweise aus bzw. in DE-OS 16 01 806 DE-OS 21
13 953 DE-AS 26 39 450 DE-OS 30 20 499 bekannt bzw. angewandt.
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Bei den heute üblichen 4-Takt-Hubkolbenmotoren sind beim 4-Takt-Verfahrèn
4 Zylinder, beim 2-Takt-Verfahren 2 Zylinder mit jeweils einem Arbeitsraum notwendig,
damit zu jedem Takt Arbeit von einem der Zylinder abgegeben werden kann. Zu jedem
Kolben gehört eine Pleuelstange, die die hin- und hergehende, geradlinige Bewegung
der Kolben in eine rotierende- Bewegung der Kurbelwelle übertragen. Das alles führt
dazu, daß der konventionelle Hubkolbenmotor relativ schwer und großvolumig wird.
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Durch doppeltarbeitende Kolben und Verbindung der Kolben zueinander
kann eine Gewichts- und Volumenreduzierung erreicht werden.
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In DE-AS 26 39 450 müssen die Ein- und Auslaßventile (13) und (14)
jeweils unter einem Winkel von 90" zueinander angeordnet sein, damit jeweils 2 Ventile
von einem Nocken der Nockenwelle (16) beaufschlagt werden können. Diese Bedingung
kann entfallen, wenn Hebel (17) zwischengeschaltet erden, wobei dann die beiden
Verbindungslinien von Nockenwellenachse zu den Berührungsstellen zwischen Nocken
und Hebel (17) einen Winkel von 90" bilden. Die Benutzung von Hebeln (17) ist in
der Praxis notwendig, da der Raum zwischen den Ventilen bzw.
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Arbeitsräumen (4) bei kleinvolumigen Maschinen recht eng ist, so daß
eine direkte Steuerung der Ventile durch die Nockenwelle (16) nicht bzw. nur unter
hohem Aufwand möglich ist.
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In keiner der genannten AS bzw. OS ist das Abdichtungsproblem der
Arbeitsräume (4) vollständig gelöst. Der Arbeitsraum (4) muß stets da abgedichtet
werden, wo eine Relativbewegung zwischen den den Brennraum (32) abgrenzenden Teilen
stattfindet.
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Es ist also bei der Arbeitsmaschine mit drehschwing-beweglichen Kolben
(1) abzudichten zwischen - Kolben (1) und Zylinderwand (9), - Zylinderkopf (10)
und Drehschwingnabe (6), - Zylinderwand (9) und Drehschwingnabe (6).
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Die Abdichtung zwischen Kolben (1) und Zylinderwand (9) und zwischen
Zylinderkopf (10) und Drehschwingnabe (6) sind in den genannten AS bzw. OS angedeutet
bzw. erwähnt. Das Arbeitsgas kann aber durch den Spalt zwischen Zylinderwand (9)
und Drehschwingnabe (6) aus dem Arbeitsraum (4) hinausgelangen, so daß ein Verlust
an Gasdruck unvermeidbar ist. Zur Abdichtung zwischen Zylinderwand (9) und Drehschwingnabe
(6) muß daher mindestens ein Dichtring vorgesehen werden. Dieser Dichtring kann
in einer Nut im Zylindergehäuse (11) oder in der Drehschwingnabe (6) radial, dann
ist die Breite der Drehschwingnabe (6) breiter als die Zylinderbreite bzw. den Zylinderdurchmesser,
oder axial, dann ist die Breite der Drehschwingnabe (6) schmäler als die Zylinderbreite
bzw. den Zylinderdurchmesser, eingelassen werden.
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Die genannten AS bzw. OS erwähnen, daß die Arbeitsmaschine nach dem
2-Takt-Verfahren arbeiten kann, sehen aber stets Ventile dafür vor. Sie entfallen
in dieser Erfindung und werden durch Ein-, Auslaß- und Überströmöffnungen (18),
(19) und (35) ersetzt. Von den 4 Arbeitsräumen (4) werden 2 als Brennräume (32)
und 2 als Luft- bzw. Luft-kraftstoff-Gemisch-Lieferräume (im folgenden nur noch
als Luftlieferräume (33) bezeichnet) fungieren.
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Die Luft bzw. das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird über mindestens eine
Einlaßöffnung (18) vom Luftlieferraum (33) angesaugt, dann komprimiert und über
mindestens einen Überströmkanal (34) und eine Überströmöffnung (35) in den in der
ausstoßenden Phase befindenden Brennraum (32) gedrückt. Das Abgas vom Brennraum
(32) gelangt ins Freie über mindestens eine Auslaßöffnung (19). All die Öffnungen
können sowohl in der Zylinderwand (9) als auch in der Drehschwingnabe (6) eingearbeitet
werden und verschiedene Formen haben.
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Durch das Entfallen der Ventile sind keine Nockenwellen (16) und deren
Antrieb mehr notwendig, so daß die Anzahl der beweglichen Teile auf ein Minimum
reduziert wird. Außerdem kommt das der Gewichts- und Volumenreduzierung und somit
der kompakten Bauweise zugute.
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Das in den AS bzw. OS beanspruchte Prinzip gilt nur für umlaufende
bzw. drehschwing-laufende Kolben (1), die miteinander über eine Welle bzw. Nabe
verbunden sind. Der Mantel der Welle bzw. Nabe bildet dabei einen Teil der Arbeitsraum-Abgrenzung.
In dieser Erfindung sind die Kolben (1') miteinander direkt und nicht über die Kurbelwelle
(12), fest oder gelenkig verbunden und ihre Anzahl ist nicht eingeschränkt. Die
Anordnung der Zylinder (2') bzw. der Arbeitsräume (4') entspricht der des heutigen
Boxer-Hubkolbenmotors, d.h. H-förmig; der Abstand der Zylinder (2') zueinander kann
verschieden groß sein; die Zylinder (2') sind gerade, können aber auch gekrümmt
bzw. kreisbogenförmig sein. Die Abdichtung
der Arbeitsräume (4')
entspricht der der konventionellen Hubkolbenmaschine. Als Verbrennungskraftmaschine
kann die erfindungsgemäße Maschine nach dem 2- oder 4-Takt-Verfhren arbeiten. Beim
4-Takt-Verfahren sind zu jedem Brennraum (32'), wie beim konventionellen Hubkolbenmotor,
mindestens jeweils ein Ein- und ein Auslaßventil (13') und (14') vorzusehen. Beim
2-Takt-Verfahren können die Ventile entfallen. An ihren Stellen treten dann Ein-
und Auslaßöffnungen (18') und (19') ein. Es besteht hier ebenso die Möglichkeit
2 Arbeitsräume (4') als Brennräume (32') und 2 als Luftlieferräume (33') zu gestalten.
Die Luftlieferräume (33') sind jeweils mit mindestens einem Einlaßventil (13') bzw.
einer Einlaßöffnung (18'), die Brennräume (32') jeweils mit mindestens einem Auslaßventil
(14') bzw. einer Auslaßöffnung (19') zu versehen. Die Brenn- und Luftlieferräume
(32') und (33') sind jeweils durch mindestens einen Übertrömkanal (34') und eine
Überströmöffnung (35') miteinander verbunden.
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Infolge der Anordnung der Kolben (1') und Zylinder (2') bewegen sich
jeweils 2 Kolben (1') aufwärts (verdichtend) und 2 abwärts (expandierend). Bei den
beiden aufwärts bzw. verdichtend bewegenden Kolben (1') wird durch den einen die
Luft bzw. das Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichtet und zur Entzündung gebracht, während
durch den anderen die Luft bzw. das Luft-Kraftstoff-Gemisch über Überströmöffnungen
(35') und Überströmkanal (34') in den 2. Brennraum (32') gedrückt wird.
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Der erste Kolben (1') ) befindet sich in dem einen ersten Brennraum
(32'), der zweite in dem einen ersten Luftlieferraum (33'). Gehen diese beiden Kolben
(1'') wieder abwärts, dann bewegen sich auf der anderen Seite die Kolben (1') )
aufwärts. Beim Abwärtsgehen werden dann die Auslaßöffnungen (19'), die Überströmöffnungen
(35') des Brennraumes (32') und die Einlaßöffnungen (18') des Luftlieferraumes (33')
freigelegt, wobei gleichzeitig durch die Aufwärtsbewegung der beiden Kolben (1")
) der anderen Seite - im Brennraum (32'') die Überström- und Auslaßöffnungen (35')
und (19') geschlossen werden und die bzw. das zuvor vom Luftlieferraum (33') herübergedrückte
Luft bzw. Luft-
Kraftstoff-Gemisch komprimiert und dann zur Entzündung
gebracht wird, - im Luftlieferraum (33'') die Einlaßöffnungen (18') geschlossen
und die bzw. das zuvor angesaugte Luft bzw. Luftkraftstoff-Gemisch aus den Überströmöffnungen
(35') über den Überströmkanal (34') zum gegenüberliegenden Brennraum (32') gedrückt
wird.
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Die hin- und hergehende geradlinige Bewegung der Kolben (1') wird
über eine Pleuelstange (15) oder direkt über ein 2-freiheitsgradiges Gelenk oder
über Freiläufe in eine rotierende Bewegung einer Kurbelwelle (12) bzw. einer Welle
umgesetzt.
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Um eine kompakte Bauweise zu erreichen, d.h. die Kurbelwelle (12')
und ihre Lagerung seitlich zu den Kolben (1') bzw. Zylindern (2') anzubringen, kann
ein vom heutigen Hubkolbenmotor modifiziertes Kurbeltriebwerk angewandt werden.
Dieses Kurbeltriebwerk besteht aus mindestens einem drehschwingbar gelagerten Pendelstange
(40), dessen eine Ende über ein 2-freiheitsgradiges Gelenk (36) mit den Kolben (1')
und dessen andere Ende mit der Pleuelstange (15) verbunden ist, einer Pleuelstange
(15) und einer Kurbelwelle (12).
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Eine noch kompaktere Bauweise erlaubt der direkte Antrieb der Kurbelwelle
(12) über ein 2-freiheitsgradiges Gelenk (36') von den Kolben (1'). Dieses 2-freiheitsgradige
Gelenk (36') kann aus z.B. einer Führungskulisse (37) in der Verbindungsquerstange
(42) und einem Gleitstein (38) bestehen. Der Gleitstein (38) läuft in der Führungskulisse
(37) und ist am Kurbelzapfen (39) drehbar gelagert. Die Führungskulisse (37) muß
mindestens dem Hub entprechend lang sein. Durch die hin-und hergehende Bewegung
der Kolben (1') und somit der Verbindungsquerstange (42) bzw. der Führungskulisse
(37) führt der Gleitstein (38) bzw. der Kurbelzapfen (39) eine Rotationsbewegung
um die Kurbelwellenachse durch, die in der Mitte der in der Mittelstellung befindenden
Führungskulisse (37) liegt.
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Der Vorteil dieser erfindungsgemäße Maschine ist der völlige Verzicht
auf Pleuelstangen (15) und die äußerst kompakte
Baumöglichkeit.
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Die Zylinder (2') können auch kreisbogenförmig und axial nebeneinander
oder hintereinander angeordnet sein. Die hin-und hergehende Drehschwing-Bewegung
der Kolben (1') wird beispielweise über eine drehschwingbar gelagerte Pendels tange
(40') und eine Pleuelstange (15) in eine reine Rotationsbewegung der Kurbelwelle
(12) umgesetzt.
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Eine weitere kompakte Baumöglichkeit ist die Anbringung von mindestens
2 axial parallelen Kolben (1) an einem Drehschwingnabenbogen (41), der drehschwingbar
gelagert ist. Die 4 miteinander fest oder gelenkig verbundenen Kolben (1) bewegen
sich drehschwingend hin und her. Die Drehschwing-Bewegung wird auf der radial gegenüberliegenden
Seite des Drehschwingnabenbogens (41) durch eine Pleuelstange (15) in eine Rotationsbewegung
der Kurbelwelle (12) übertragen. Als Verbrennungskraftmaschine funktioniert die
erfindungsgemäße Maschine, ähnlich wie zuvor bei der Maschine mit geraden Zylindern
beschrieben, nach dem 2- oder 4-Takt-Verfahren.
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Die Vorteile dieser Ausführung gegenüber der in den genannten AS bzw.
OS beschriebenen Maschine sind die in der Höhe kleineren Baumaße, die Möglichkeit
zu einfachem Massenausgleich und die durch Verwendung vom nur noch notwendigen Bogen
der Drehschwingnabe kleineren hin- und hergehenden Massen.
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Zusammengefaßt weist die erfindungsgemäße Maschine gegenüber dem konventionellen
Hubkolbenmotor und der in den genannten AS bzw. OS erläuterten Brennkraftmaschinen
u.a. folgende Vorteile auf: - weniger Pleuelstangen, - eine kürzere Kurbelwelle,
- keine Ventile und Ventilsteuerungselemente, d.h. weniger
bewegliche
Teile, - Lösungen für das Abdichtungsproblem, - kompakte Bauweise.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Maschineneinheit einer Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden
Kolben Fig. 2 zwei Maschineneinheiten in Reihenanordnung, Fig. 3 drei Maschineneinheiten
in Reihenanordnung, Fig. 4 zwei Maschineneinheiten in V-Anordnung, Fig. 5 fünf Maschineneinheiten
in Sternanordnung, Fig. 6 den Längsschnitt einer Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden,
drehschwingbaren Kolben, Fig. 7 den Querschnitt einer Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden,
drehschwingbaren Kolben und Andeutung der Lupenvergrößerung der Ventilsteuerung,
Fig. 8 die Lupenvergrößerung der Ventilsteuerung, bei der die Ventile über Hebel
von der Nockenwelle beaufschlagt werden, Fig. 9 einen Radialschnitt des Kolbens
und des Zylinders mit Andeutung der Lupenvergrößerung einer Kolbenabdichtung an
der Zylinderwand, Schwingscheibe und Kolbenecke unter Verwendung von Anpreßfedern,
Fig. 10 die Lupenvergrößerung der Kolbenabdichtung an der Schwingscheibe, Zylinderwand
und Kolbenecke unter Verwendung von Anpreßfedern, Fig. 11 die Abdichtung an der
Zylinderwand, Schwingscheibe und Kolbenecke, wenn die Kolbengröße d und der Abstand
e der Nuten für die Schwingscheibendichtringe gleich sind, Fig. 12 die Abdichtung
an den Zylinderköpfen im kolbenaxialen
Schnitt und in Draufsicht,
Fig. 13 die Abdichtung an den Zylinderköpfen im Radialschnitt und in kolbenaxialer
Sicht, Fig. 14 einen Radialschnitt mit Andeutung einer Lupenvergrösserung einer
Abdichtung an der Zylinderwand, Schwingscheibe und Kolbenecke ohne Anpreßfedern,
Fig. 15 die Lupenvergrößerung einer Abdichtung an der Zylinderwand, Schwingscheibe
und Kolbenecke ohne Anpreßfedern im Neuzustand, Fig. 16 die Lupenvergrößerung der
Abdichtung an der Zylinderwand, Schwingscheibe und Kolbenecke ohne Anpreßfedern
im eingelaufenen Zustand, Fig. 17 die Draufsicht einer kolbenseitigen Abdichtung,
Fig. 18 perspektivisch den Dichtbolzen für die Kolbendichtleiste bei der Abdichtungsausführung
ohne Anpreßfedern, Fig. 19 die Maschine mit doppeltarbeitenden, drehschwingbaren
kolben für das 2-Takt-Verfahren in der Kompressions-Endphase des oberen Kolbens
(Verdichtung auf der Brennraumseite), Fig. 20 die Maschine mit doppeltarbeitenden,
drehschwingbaren Kolben für das 2-Takt-Verfahren in der Expansionsphase des oberen
Kolbens (Expansion auf der Brennraumseite), Fig. 21 einen Kurbelwellen-Längsschnitt
einer Maschine mit doppeltarbeitenden, geradlinig-laufenden Kolben und seitlich
gelagerter Kurbelwelle, Fig. 22 einen Kurbelwellen-Querschnitt einer Maschine mit
doppeltarbeitenden, geradlinig-laufenden Kolben und seitlich gelagerter Kurbelwelle,
Fig.
23 eine Möglichkeit zur Erzielung eines richtungskonträren Laufes der Kolben mit
Hilfe von Gelenken, Fig. 24 den Kurbelwellen-Querschnitt einer maschine mit doppeltarbeitenden,
geradlinig-laufenden Kolben, die die Kurbelwelle direkt über ein 2-freiheitsgradiges
Gelenk antreiben, Fig. 25 den Kurbelwellen-Längsschnitt einer Maschine mit doppeltarbeitenden,
geradlinig-laufenden Kolben, die die Kurbelwelle direkt über ein 2-freiheitsgradiges
Gelenk antreiben, Fig. 26 die Maschine mit doppeltarbeitenden, geradlinig-laufenden
kolben für das 2-Takt-Verfahren in der Kompressions-Endphase der oberen Kolben,
Fig. 27 die Maschine mit doppeltarbeitenden, geradlinig-laufenden kolben für das
2-Takt-Verfahren in der Expansionsphase der oberen Kolben, Fig. 28 die Maschine
mit auf einen Drehschwingnabenbogen parallel angeordneten, doppeltarbeitenden Kolben
in der Draufsicht, Fig. 29 die Maschine mit auf einen Drehschwingnabenbogen parallel
angeordneten, doppeltarbeitenden Kolben im Kurbelwellen-Längsschnitt, Fig. 30 die
Maschine mit auf einen Drehschwingnabenbogen parallel angeordneten, doppeltarbeitenden
Kolben im Kurbelwellen-Querschnitt, Die Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden Kolben
funktioniert nach dem 4-Takt-Prinzip mit den 4 bekannten Ansaug-, Verdichtungs-,
Arbeits- und Auspufftakten und dem Zündabstand von 1800.
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Die Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden Kolben läuft als
einzelne
Maschineneinheit (5) bis zur Reihenkoppelung von mehreren Maschineneinheiten (5)
(Fig. 1 bis 3). Jede Maschineneinheit (5) entspricht einer 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine
konventioneller Bauart. Z.B. entsprechen 3 gekoppelte Maschineneinheiten (5) einer
12-Zylinder-Hubkolbenmaschine.
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Diese Maschineneinheiten (5) können in (Kurbelwellen-) Längsrichtung
schmal gebaut werden, indem z.B. eine V-, W- oder Sternanordnung gewählt wird (Fig.
4 und 5).
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An einer konkret entworfenen Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden,
drehschwingbaren Kolben (Fig. 7 und.8) wird deutlich, daß die Forderung, daß die
Ventile senkrecht zueinander stehen, nicht zu verwirklichen ist, wenn die Maße klein
und die Leistung der Maschine z.B. etwa 40 kW betragen sollen.
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Die Ventile stehen zueinander bei günstiger Anordnung nicht unter
90°, so daß Hebel (17) notwendig sind, wobei die beiden Verbindungslinien von der
Nockenwellenachse zu den Berührungsstellen zwischen Nocken und Hebel (17) einem
Winkel von 90" bilden Zwei Ausführungen der Abdichtung der Arbeitsräume (4) der
Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden, drehschwingbaren Kolben werden hier erläutert.
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Jeder Arbeitsraum (4) muß abgedichtet werden in Richtung: - Kolben
(1) wegen der Relativbewegung zwischen Kolben (1) und Zylinderwand (9), - Zylinderkopf
(10) wegen der Relativbewegung zwischen Zylinderkopf (10) und Schwingscheibe (6),
- Zylinderwand (9) wegen der Relativbewegung zwischen Zylinderwand (9) und Schwingscheibe
(6).
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Die Abdichtung in Richtung Kolben (1) wird durch Kolbendichtleisten
(21), in Richtung Zylinderkopf (10) durch Querdichtleisten (24) und Dichtbolzen
(28), in Richtung Zylinderwand (9) durch Schwingscheibendichtringe (27) und Zylinderdichtringe
(26) (Fig. 9, 12).
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Bei der ersten Ausführung werden Flach- (30) und Wellenfedern (31)
benutzt, um die Dichtringe und -leisten auf die gewünschte Seite anzudrücken.
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Die Kolbendichtleisten (21) bestehen aus -einem Kolbendichtleisten-Mittelteil
(22) und 2 Kolbendichtleisten-Endteilen (23) (Fig. 9, 10). Eine Flachfeder (30)
drückt die Kolbendichtleisten (21) gegen die Zylinderwand (9), so daß die Abdichtung
in Richtung Kolben (1) gesichert ist.
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Der Schwingscheibendichtring (27) wird von 2 Wellenfedern (31) einerseits
axial nach innen, andererseits radial nach außen gegen die Zylinderwand (9) gedrückt.
Der Zylinderdichtring (26) sowie die 2. Kolbendichtleiste (21) dienen der Verbesserung
der Arbeitsraumabdichtung. Bei Kolbenbewegungsumkehr kann es nämlich vorkommen,
daß das Gas an der ersten Kolbendichtleiste (21) und dem Schwingscheibendichtring
(27) vorbeiströmt. Zur Verhinderung eines eventuellen Arbeitsdruckabbaus dienen
dann die 2. Kolbendichtleiste (21) und der Zylinderdichtring (26). Die Ölabstreifleiste
(25) verhindert, daß das Schmieröl in den Arbeitsraum (4) gelangt.
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Die Abdichtung am Zylinderkopf (10) erfolgt durch 2 hintereinander
geschaltete Querdichtleisten (24), die von einer Wellenfeder (31) auf die Schwingscheibe
(6) angedrückt werden (Fig. 1 2 und 13).
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In einer 2. Ausführung wird auf die Federn bei der Abdichtung in Richtung
Kolben (1) und Zylinderwand (9) verzichtet (Fig.
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14). Die Kolbendichtleiste (21) ist nun einteilig und steckt an beiden
Enden in den Dichtbolzen (28) (Fig. 18), die in den zur Aufnahme der Schwingscheibendichtringe
(27) vorgesehenen Nuten liegen.
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Im Neuzustand liegt eine kleine offene Spalte zwischen Kolbendichtleiste
(21) und Schwingscheibendichtring (27) vor (Fig. 15).
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Nach einer gewissen Einlaufzeit legt sich die Kolbendichtleiste (21)
aufgrund von Verschleiß an den Schwingscheibendichtring
(27) an,
d.h. die Undichtstelle zwischen Kolbendichtleiste (21) und Schwingscheibendichtring
(27) verschwindet (Fig.
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16). Durch die eigene Federwirkung drücken sich die Kolbendichtleisten
(21) sowie die Schwingscheibendichtringe (27) radial nach außen gegen die Zylinderwand
(9).
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Am Kolben (1) sind 2 Kolbendichtleisten (21) und eine Ölabstreifleiste
(25) vorzusehen (Fig. 17).
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Der Dichtbolzen (28), der den Arbeitsraum (4) an den Enden der Kolbendichtleisten
(21) abdichtet, kann unterschiedliche Formen haben und weist Nuten zur Aufnahme
der Enden der Kolbendichtleisten (21) auf (Fig. 18).
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Die Ventile entfallen bei der Arbeitsmaschine mit doppeltarbeitenden,
drehschwingbaren kolben für das 2-Takt-Verfahren.
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Ein Kolben (1) dient zur Lieferung von Arbeit, während der andere
als Luftlieferkolben (20) fungiert. Die Kolben drehen zunächst gegen den Uhrzeigersinn.
Der Kolben (1) verdichtet die bzw. das zuvor vom Luftlieferkolben (20) gelieferte
Luft bzw. Luft-Kraftstoff-Gemisch (im folgenden nur noch 'Luft' bezeichnet) und
danach kann das Gemisch entzündet werden.
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Gleichzeitig strömt Luft vom Luftlieferraum (33) über den Überströmkanal
(34) und -öffnungen (35) in den anderen Brennraum (32) (Fig. 19).
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Über den Totpunkt und mit der Entzündung des brennbaren Gemisches
dreht sich die Drehschwingnabe (6) im Uhrzeigersinn; der Kolben (1) streift an den
Auslaßöffnungen (19) vorbei und das Abgas strömt hinaus; auf der anderen Seite streift
der Luftlieferkolben (20) an den Einlaßöffnungen (18) vorbei und Luft kann in den
Luftlieferraum (33) hineinströmen, in dem zuvor Unterdruck geherrscht hat (Fig.
20).
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Aufgebaut auf dem Prinzip von doppeltarbeitenden Kolben sind 4 konventionelle
Kolben mit jeweils einem Kolbenboden (3') in H-Form direkt miteinander verbunden
(Fig. 21). Die Zylinder (2') sind gerade. Jedem Arbeitsraum (4') sind ein Ein- und
ein
Auslaßventil (13') und (14') zugeordnet, die von der Nockenwelle (16) gesteuert
werden. Die Abdichtung der Arbeitsräume entspricht der der herkömmlichen Hubkolbenmaschinen.
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Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben (1') kann in eine Rotationsbewegung
der Kurbelwelle (12) über ein mindestens 2-freiheitsgradiges Gelenk (36) (hier durch
Drehbarkeit des Kugeleinsatzes und Verschiebbarkeit der Pendelstange (40)), eine
drehschwingbar gelagerte Pendelstange (49) und eine Pleuelstange (15) umgesetzt
werden (Fig. 22).
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Über Gelenke können die Kolben (1') auch derart miteinander verbunden
sein, daß sie paarweise richtungsverkehrt laufen (Fig. 23).
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Eine sehr kompakte Bauweise erlaubt der direkte Antrieb der Kurbelwelle
(12) durch die Kolben (1') über ein mindestens 2-freiheitsgradiges Gelenk (36').
Dieses 2-freiheitsgradige Gelenk (36') besteht aus einem am Kurbelzapfen (39) drehbar
gelagerten Gleitstein (38) und einer in der Verbindungsquerstange (42) versehenen
Führungskulisse (37) (Fig. 24 und 25).
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Wenn die Kolben (1') ganz oben stehen, dann sind der Kurbelzapfen
(39) und der Gleitstein (38) ebenfalls oben; sie sind ganz rechts oder links in
der Führungskulisse (37) bei der Mittelstellung der Kolben (1') und ganz unten,
wenn die Kolben (1') unten stehen.
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Die Ventile und Nockenwellen sind beim 2-Takt-Verfahren entbehrlich.
Die Brennräume (32') und die Luftlieferräume (33') sind diagonal angeordnet. Die
Kolben (1') gehen nach oben, verdichten den linken oberen Brennraum (32') und drücken
Luft aus dem rechten oberen Luftlieferraum (33') über den Überströmkanal (34') zum
unteren rechten Brennraum (32'); infolge des im linken unteren Luftlieferraums (33')
herrschenden Unterdrucks wird Luft eingesaugt (Fig. 26).
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Über den oberen Totpunkt wandern die Kolben (1 ) wieder nach
unten.
Der linke obere Kolben (1') legt dann die Auslaßöffnung (19') frei und das Abgas
kann hinausströmen (Fig.
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27). In der nächsten Phase wird auch die Überströmöffnung (35') frei
und Luft kann vom unteren linken Luftlieferraum (33') herüberströmen. Der Vorgang
wiederholt sich wie oben beschrieben.
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Anstatt einer Konstruktion mit einer Drehschwingnabe (6), zwei diametral
angeordneten Kolben (1) und einer unten gelagerten Kurbelwelle (12) (Fig. 6 und
7), die zwar flach aber hoch ist, kann die Maschine breiter aber niedriger gebaut
werden. Dafür werden die 2 Kolben (1) axial parallel angeordnet, so daß nur noch
ein Bogen der Drehschwingnabe (6) erforderlich ist (Fig. 28 bis 30). Der Massenausgleich
des drehschwingbar gelagerten Drehschwingnabenbogens (41) ist einfacher, in dem
die Pleuelstange (15) vom gegenüberliegenden Ende des Drehschwingnabenbogens (41)
aus die Verbindung zur Kurbelwelle (12) herstellt.