<Desc/Clms Page number 1>
Commande pour moteurs à piston et pour opérateurs à piston.
La présente invention a pour objet une nouvelle commande pour machines à piston, qu'il s'agisse de moteurs actionnés par de la vapeur, de l'air comprimé, du gaz,de l'huile, etc.. ou d'opérateurs, tels que des pompe's, des compresseurs ou d'autres machines et appareils semblables/.
L'invention repose essentiellement sur l'emploi d'une transmission par cardan attaquant la tige de piston à guid'age rectiligne, pour la transformation du mouvement rectiligne en mouvement circulaire. On obtient ainsi - no - tamment avec un grand nombre de cylindres placés en cercle en forme d'étoile - une simplification sensible du'méca- nisme, une diminution.du nombre des articulations, une commande uniforme , une compensation des masses et la possi- bilité d'une multiplication ou démultiplication quelconque,
<Desc/Clms Page number 2>
ainsi qu'une grande facilité de renversement de marche, avec une disposition constructive aussi simple que possi- ble.
Avec cela les pistons se meuvent par la transmission par cardan rigoureusement selon la loi des sinus. de sor- te que l'influence défavorable qu'une courte bielle exerce avec le mécanisme à manivelle ordinaire, est évitée. Par suite de la suppression des bielles, aucune composante latérale n'agira sur la paroi de cylindre, et l'on pré- vient un coincement des pistons.
L'invention dont les figures 1 à 13 des des- sins annexés représentent plusieurs formes d'exécution , va être décrite en premier lieu avec la figure 1 à l'ap- pui.
Lorsqu'un cercle b roule dans un cercle fixe a d'un diamètre de longueur double de celle du cercle rou- lant (paire de cercles à cardan), tout point de la péri- phérie du petit cercle décrit, on le sait, dans le grand cercle une ligne droite, savoir un diamètre du grand cer- cle. Ainsi, par exemple les points extrêmes c et d du diamètre e du petit cercle se meuvent suivant les deux diamètres du grand cercle!. qui se croisent à angle droit.
Tout point situé à l'intérieur du cercle b décrit une ellipse, qui, en ce qui concerne le centre f devient un cercle g, concentrique avec le grand cercle a et ayant pour centre le point m.
Si l'on conduit dans les points extrêmes c et d de la bielle! suivant deux lignes droites qui se croi- .sent à angle droit, on pourra sans plus de façons attacher à ces points les tiges h1 et h2 des pistons i1 et i2 qui travaillent dans les cylindres k1 et k2 perpendiculai- res l'un à l'autre. Le point du milieu f de la bielle '(établit sous forme-de bouton de manivelle qui avec l'ai- de
<Desc/Clms Page number 3>
de de la manivelle 1 transmet le mouvement à un arbre- manivelle n monté dans l'axe m; de manière que le mouve- ment de va et vient des pistons soit transformé en un mouvement tournant de l'arbre moteur.
Inversement on pourra à l'aide de ce mécanisme transformer par exemple le mouvement tournant de l'ambre n produit par éléctromo- teur , en un mouvement de va et vient des pistons i1 et i2 qui de cette manière font du travail dans les cylindres de pompes, de compresseurs, etc..
Diamétralement à l'opposite des cylindres k1 et k2 on pourra disposer d'autres cylindres k3 et k4.
Ces cylindres peuvent travailler sur l'arbre n, soit au moyen d'une transmission par cardan spéciale, à peu près diamétralement opposée à celle que montre le dessin, ou encore au moyen de cette même transmission (Fig. 1). FDans ce dernier cas, les deux pistons i1 et i3 d'une part, et les pistons 12 et 14 d'autre part, sont connectés rigide- ment chaque paire par une tige de piston commune. Il en résulte une disposition en étoile des cylindres, avec laquelle tous les pistons travaillent surle même bouton de manivelle f au moyen de la bielle commune e.
Puisque les deux tiges de piston des quatre cylindres , croisées à angle droit, sont déjà ,en soi guidées en ligne droite, il n'y aura à la rigueur pas besoin de guidages rectili- gnes spéciaux pour les points d'articulation c et d de la bielle. S'il s'agit d'un moteur à combustion, la suc- cession d'allumage dans les cylindres qui se suivent peut se régler proprement, qu'il s'agisse de moteurs à quatre temps ou à deux temps, à simple ou à double effet . La possibilité de construction de cylindres à double effet, sans augmentation sensible de la longueur de la construc- tion , est remarquable-et offre pour les moteurs à com-
<Desc/Clms Page number 4>
bustion @ de grands avantages; .
La figure 2 est une vue de côté schématique de la machine selon la figure 1. Les extrémités c et d de la bielle constituent des tourillons qui peuvent tourner dans les paliers o et p assemblés rigidement avec les tiges de piston h1 et h2. Dans la forme d'éxécution représentée par le dessin, ces paliers sont faits en for- me de coulisseaux glissant dans les guides rectilignes g et r d'une partie fixe s de la machine, qui se croisent à angle droit. Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, ces guides spéciaux pourraient être supprimés, puisque les tiges de piston h1 et h2 sont en soi déjà guidées en ligne droite.
Le bouton de manivelle f qui correspond au point du @@lieu de la bielle e est placé sur une manivelle à part t fixée rigidement sur l'extrémité du tourillon c et faisant donc corps avec la bielle e. Le bouton de manivelle f s'articule avec l'extrémité de la manivelle l de l'arbre moteur m.
Au lieu de placer le bouton de manivelle f sur une partie de bielle à part, c'est à dire sur la manivel- le t, on pourrait aussi, comme le montre la figure 3, di- viser la bielle e en deux moitiés e1 et e2, réunies rigi- dement par le bouton de manivelle f, Ce bouton actionne ltorgane n 2 qui est monté de manière à pouvoir tourner dans des coussinets à billes spéciaux nl et qui peut être établi directement sous forme de moteur électrique, ou qui-par l'intermédiaire d'engrenages etc.. transmet plus loin son mouvement tournant.
Les cylindres qui d'après la figure 1 sont disposés en étoile autour du centre m, à des distances égales les unes des autres, peuvent éventuellement être placées sur plusieurs rangs les uns à côté' des autres,
<Desc/Clms Page number 5>
et travailler tous sur le même arbre n. De cette manière il s'établit plusieurs étoiles placées les unes derrière les autres, qui à volonté peuvent travailler sur le nome cercle à cardan ou sur plusieurs petits cercles à card'an.
Les mouvements des piston de tous les cylindres sont alors transmis sur l'arbre moteur au moyen d'un ou plusieurs bielles coudées e. Les rangs voisins deux à deux peu- tant éventuellement être décalés l'un par rapport à l'au- tre d'un angle de 45 .
La transmission du mouvement aux arbres moteurs n pourrait se faire aussi à l'aide d'engrenages, ainsi qu'il ressort des considérations suivantes:
Si l'on assemblait rigidement avec la bielle e une roue dentée dont le cercle primitif b serait le petit cercle à cardan; il est évident que cette roue ne trans- mettrait aucun mouvement de rotation à une roue à denture intérieure dont le cercle primitif serait le cercle a et qui se trouverait calée sur l'arbre moteur n, puisque les deux roues dentées a et b correspondraient à la paire de cercles àcardan, La grande roue dentée a resterait immobile, et la petite roue b dont le diamètre est de moitié moins grand que le diamètre de la grande roue, roulerait simplement à l'intérieur de cette roue a?,
mais si l'on augmente ou diminue les dimensions de la paire de roues dentées, comme il est indiqué en pointillé dans la figure 1, la vitesse de rotation de la petite roue b1 ou b restant la même, la grande roue a1 ou a2 tournera lentement dans un sens ou dans l'autre, La démultiplica- tion?sera d'autant plus forte que la grandeur de la paire de roues dentées se rapproche de celle de la paire de cercles à cardan. De cette façon on pourra rien quavec deux roues dentées réaliser une démultiplication voulue quelconque.
<Desc/Clms Page number 6>
La. figure 4 montre la disposition constructive
La roue planétaire b1 est fixée sur la manivelle t et elle est donc par le tourillon c connectée rigidement avec la bielle e. Elle imprime un mouvement tournant lent à la roue à denture intérieure al et avec cela à l'arbr moteur n, avec une démultiplication choisie à volonté. On pourra donc transformer sans difficulté la rotation rapide du moteur en une rotation lente de l'arbre moteur.
Si l'on utilise, selon la figure 1, au choix la petite paire de roues a1, ±1 ou la grande paire de roues a2, b on pourra selon que l'on embraye l'une ou l'autre paire de roues renverser le mouvement tournant de l'arbre à marche lente. La figure 5 montre schémati- quement en vue de côté un tel dispositif . Les deux petites roues b1 et b2connectées rigidement, sont attachées à la bielle t. Elles engrènent toutes les deux à denture intérieure a1 et a2 qui au choix peuvent être mises en connexion d'action avec l'arbre à faire tourner, par exemple à l'aide d'une clavette à déplacer dans la rainu- re y, éventuellement par l'intermédiaire d'un accouphirnent spécial.
Selon que l'on embraye ainsi l'une ou l'autre roue à denture intérieure, l'arbre moteur n tournera lentement à gauche ou à droite, tandis que les autres roues dentées tournent folles. D'une manière absolument semblable;', on pourrait obtenir des multiplications variées.
Si avec la construction selon la figure 4,où l'on peut obtenir une multiplication quelconque tien qu'avec deux roues dentées, on veut éviter la denture intérieure et n'employer que des roues à denture extéri- eure, on pourra prendre les dispositions que montre la fi- gure 6. Ici la roue dentée b1 connectée rigidement avec
<Desc/Clms Page number 7>
la bielle e, t actionne à l'aide de roues jumelles z1, z2, encore connectées rigidement ensemble, une roue à cn- ture extérieure a1 fixée sur l'arbre moteur n. Les roues jumelles sont appuyées sur un palier y qui sous l'action du bras w peut tourner fou autour de l'arbre n, Ledit bras w est d'ailleurs attaché à la bielle e, t par le tourillon f.
Les roues jumelles transmettent le mouvement de rotation de la roue dentée bl à la roue e1 et à l'arbre avec une multiplication exactement la même que dans la figure 4, cela en éditant toute denture intérieure.
Avec cette construction également on obtient un renverse- ment comme avec les dispositions selon la figure 5.
Puisque tous les points de la périphérie du petit cercle à cardan b (fig. 1) sont guidés chacun sui- vant un diamètre du grand cercle à cardai rien n'empêche que l'on utilise sur la bielle e connectée ferme avec le petit cercle à cardan, non-seulement deux mais plusieurs des points guidés en ligne droite. Dahs la forme d'éxé- cution selon la figure 7, on a utilisé sur la bielle e par exemple, les trois points c, 9-.', et ±1 qui sont guidés en ligne droite et qui sont équidistants sur le cercle à cardan h, formant donc ensemble un triangle equilateral/.
Les trois points d'articulation se meuvent sur les trois diamètres du grand cercle à cardan a qui forment les uns avec les autres des angles de 60 , et en ce point s'at- tachent les tiges de piston hl, h2, et h3, des cylindres kl à k6 diamétralement opposés deux à deux. La transmis- sion du mouvement de la bielle e à l'arbre moteur n se fait encore ici par une manivelle 1, saisie par la bielle- au moyen du tourillon f placé au centre du petit cercle à cardan, ]De cette manière s'établit un moteur en étille à six cylindres équidistants, tous travaillant sur le
<Desc/Clms Page number 8>
même bouton de manivelle.
Rien ne s'oppose à ce que l'on fasse éventuel- lement travailler la machine comme machine rotative.
Il est en outre possible d'utiliser un cerbain nombre de cylindres comme moteur et le restant comme opé- rateur (pompe, compresseur, etc..)
Les coudes multiples de la bielle d, e; c;t, f que l'on voit dans la figure 2 peuvent être évités de la manière suivante:
D'après les figures 8 et 9, le tourillon f de l'arbre coudé simple n porte une bielle e qui avec cette construction se compose de deux excentriques e1, e2 assemblés rigidement et décalés l'un par rapport à l'autre de 180 L'excentrique e1est tenu par sa périphérie dans la tige de piston hl de manière à pouvoir tourner et il en est de même avec l'excentrique e 2 dans la tige h2 qui croise la tige hl à angle droit.
Le mouvementdes pistons est de cette manière transmis à l'arbre manivelle n à l'aide des tiges de piston guidés en ligne droite, et à l'aide des plateaux excentriques qui peuvent tour- ner dans ces tiges. La ligne de jonction c-d des centres de-7. excentriques correspond à la bielle e, dans la figure 1 puisque chacun des points è, d constitue le point d'ar- ticulation entre la bielle e, et la tige de piston corres- pondante par laquelle se fait son guidage en ligne droite.
La réception des forces est avec cette dispo- sition si favorable que rien n'empêche de disposer le bouton de manivelle f en porte-à-faux selon la figure 10. Le bouton de manivelle f pourrait aussi, comme le montre la figure 11, être assemblé rigidement avec les excentriques e1 et e2, et se trouver supporté de manière à pouvoir tourner dans une forure de l'arbre manivelle n.
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
PUisqutavec cette disposition, les plateau excentriques sont relativement grands;
on pourra éventuel- lement - comme le montre la figure 12 - aux glissières gl et g2 dans lesquelles tournent les excentriques el et e2, de chaque côté sur chaque tige de piston - et n2 monter deux pistons i1 et ix louant dans des cylindres k et kx. o Cetto disposition présente l'avantage qu'avec l'emploi de moteurs à quatre temps, on obtient une sue- cession d'allumage uniforme et une distribution uniforme de la transmission des forcer puisqu'il résulte une im- pulsion à chaque tour de l'arbre manivelle.
Le nombre des excentriques formant bielle n est pas limité à celui de deux ci-dessus indiqué. La figure 13 montre à titre d'exemple trois excentriques e1, e2, e3, assemblés rigidement et pouvant tourner en glissant par la périphérie dans les tiges de piston à guidage rectiligne h1, h2, h3, qui se croisent en formant les unes avec les autres des angles de 60 , tandis que tous les trois excentriques attaquent en commun le bouton de manivelle f de l'arbre n.
<Desc / Clms Page number 1>
Control for piston engines and piston operators.
The present invention relates to a new control for piston machines, whether they are engines powered by steam, compressed air, gas, oil, etc., or operators, such as pumps, compressors or other similar machines and apparatus /.
The invention is based essentially on the use of a cardan transmission driving the piston rod with rectilinear guidance, for the transformation of the rectilinear movement into circular movement. This achieves - especially with a large number of cylinders placed in a star-shaped circle - a significant simplification of the mechanism, a reduction in the number of articulations, a uniform control, a compensation of the masses and the possibility of - bility of any multiplication or reduction,
<Desc / Clms Page number 2>
as well as a great ease of reversal of direction, with a constructive arrangement as simple as possible.
With this the pistons move by the cardan transmission strictly according to the law of sines. so that the unfavorable influence which a short connecting rod exerts with the ordinary crank mechanism is avoided. As a result of the removal of the connecting rods, no lateral component will act on the cylinder wall, and jamming of the pistons is prevented.
The invention, of which Figures 1 to 13 of the accompanying drawings represent several embodiments, will be described first of all with Figure 1 in support.
When a circle b rolls in a fixed circle has a diameter of twice that of the rolling circle (pair of gimbal circles), any point on the periphery of the small circle described, we know, in the great circle a straight line, namely a diameter of the great circle. Thus, for example the extreme points c and d of the diameter e of the small circle move along the two diameters of the large circle !. that intersect at right angles.
Any point inside the circle b describes an ellipse, which, with respect to the center f becomes a circle g, concentric with the great circle a and having for center the point m.
If you drive through the end points c and d of the connecting rod! following two straight lines which cross at right angles, it is possible without more means to attach to these points the rods h1 and h2 of the pistons i1 and i2 which work in the cylinders k1 and k2 perpendicular to each other. 'other. The middle point f of the connecting rod '(establishes in the form of a crank knob which with the aid of
<Desc / Clms Page number 3>
of the crank 1 transmits the movement to a crank shaft n mounted in the axis m; so that the reciprocating movement of the pistons is transformed into a rotating movement of the motor shaft.
Conversely, using this mechanism, for example, the rotating movement of the amber n produced by an electromotor can be transformed into a back and forth movement of the pistons i1 and i2 which in this way do work in the cylinders of pumps, compressors, etc.
Diametrically opposed to the cylinders k1 and k2, other cylinders k3 and k4 can be used.
These cylinders can work on the shaft n, either by means of a special cardan transmission, roughly diametrically opposed to that shown in the drawing, or by means of this same transmission (Fig. 1). In the latter case, the two pistons i1 and i3 on the one hand, and the pistons 12 and 14 on the other hand, are each pair rigidly connected by a common piston rod. This results in a star-shaped arrangement of the cylinders, with which all the pistons work on the same crank button f by means of the common connecting rod e.
Since the two piston rods of the four cylinders, crossed at right angles, are already in themselves guided in a straight line, there will be no need for special straight guides for the articulation points c and d. of the connecting rod. In the case of a combustion engine, the sequence of ignition in the successive cylinders can be adjusted properly, whether they are four-stroke or two-stroke, single or double acting. The possibility of constructing double-acting cylinders, without appreciable increase in the length of the construc- tion, is remarkable - and offers for com-
<Desc / Clms Page number 4>
bustion @ great benefits; .
FIG. 2 is a schematic side view of the machine according to FIG. 1. The ends c and d of the connecting rod constitute journals which can rotate in the bearings o and p rigidly assembled with the piston rods h1 and h2. In the embodiment shown in the drawing, these bearings are made in the form of slides sliding in the rectilinear guides g and r of a fixed part s of the machine, which cross at right angles. As said above, these special guides could be omitted, since the piston rods h1 and h2 are in themselves already guided in a straight line.
The crank button f which corresponds to the point of the locus of the connecting rod e is placed on a separate crank t fixed rigidly on the end of the journal c and therefore forming one unit with the connecting rod e. The crank button f is articulated with the end of the crank l of the motor shaft m.
Instead of placing the crank button f on a separate part of the connecting rod, that is to say on the crank t, we could also, as shown in figure 3, divide the connecting rod e into two halves e1 and e2, united strictly by the crank button f, This button activates the organ n 2 which is mounted so as to be able to turn in special ball bearings nl and which can be established directly in the form of an electric motor, or which- through gears etc. transmits its rotating movement further.
The cylinders which according to Figure 1 are arranged in a star around the center m, at equal distances from each other, can optionally be placed in several rows next to each other,
<Desc / Clms Page number 5>
and all work on the same tree n. In this way several stars are established, placed one behind the other, which at will can work on the name cardanic circle or on several small cardanic circles.
The movements of the pistons of all the cylinders are then transmitted to the motor shaft by means of one or more bent connecting rods e. The neighboring rows two by two can optionally be offset with respect to each other by an angle of 45.
The transmission of motion to the drive shafts n could also be done by means of gears, as emerges from the following considerations:
If we rigidly assembled with the connecting rod e a toothed wheel whose pitch circle b would be the small cardan circle; it is obvious that this wheel would not transmit any rotational movement to an internal toothed wheel whose pitch circle would be circle a and which would be wedged on the drive shaft n, since the two toothed wheels a and b would correspond to the pair of gimbal circles, The large cogwheel a would remain stationary, and the small wheel b whose diameter is half the diameter of the large wheel, would simply roll inside this wheel a ?,
but if we increase or decrease the dimensions of the pair of cogwheels, as shown in dotted lines in figure 1, the speed of rotation of small wheel b1 or b remaining the same, large wheel a1 or a2 will rotate slowly in one direction or the other, the reduction will be greater as the size of the pair of toothed wheels approaches that of the pair of cardan rings. In this way, nothing can be achieved with two toothed wheels to achieve any desired reduction.
<Desc / Clms Page number 6>
Figure 4 shows the constructive arrangement
The planetary wheel b1 is fixed on the crank t and it is therefore by the journal c rigidly connected with the connecting rod e. It imparts a slow rotating movement to the internal toothed wheel al and with that to the motor shaft n, with a gear ratio chosen at will. It is therefore possible to transform the rapid rotation of the motor into slow rotation of the motor shaft without difficulty.
If one uses, according to figure 1, with the choice the small pair of wheels a1, ± 1 or the large pair of wheels a2, b one can according to whether one engages one or the other pair of wheels to reverse the rotating movement of the slow moving shaft. FIG. 5 schematically shows a side view of such a device. The two small wheels b1 and b2, rigidly connected, are attached to the connecting rod t. They both mesh with internal teeth a1 and a2 which, as desired, can be put into action connection with the shaft to be rotated, for example using a key to be moved in the groove y, if necessary through a special tether.
Depending on whether one or the other internal toothed wheel is engaged in this way, the motor shaft n will slowly turn left or right, while the other toothed wheels turn idle. In an absolutely similar way; ', one could obtain various multiplications.
If, with the construction according to figure 4, where any multiplication can be obtained with two toothed wheels, one wishes to avoid internal toothing and only use external toothed wheels, we can take the necessary steps. shown in figure 6. Here the toothed wheel b1 connected rigidly with
<Desc / Clms Page number 7>
the connecting rod e, t actuates with the aid of twin wheels z1, z2, still rigidly connected together, a wheel with an outer ring a1 fixed on the motor shaft n. The twin wheels are supported on a bearing y which, under the action of the arm w, can turn crazy around the shaft n, Said arm w is moreover attached to the connecting rod e, t by the journal f.
The twin wheels transmit the rotational movement of the toothed wheel b1 to the wheel e1 and to the shaft with a multiplication exactly the same as in figure 4, this by editing any internal toothing.
With this construction also a reversal is obtained as with the arrangements according to figure 5.
Since all the points of the periphery of the small gimbal circle b (fig. 1) are each guided along a diameter of the large gimbal circle, nothing prevents the use of the connecting rod e connected firmly with the small circle. gimbal, not only two but several of the points guided in a straight line. In the form of execution according to figure 7, we used on the connecting rod e for example, the three points c, 9-. ', And ± 1 which are guided in a straight line and which are equidistant on the circle at gimbal h, thus forming together an equilateral triangle /.
The three points of articulation move on the three diameters of the large gimbal circle a which form angles of 60 with each other, and at this point the piston rods hl, h2, and h3 are attached, cylinders kl to k6 diametrically opposed in pairs. The transmission of the movement of the connecting rod e to the drive shaft n is again done here by a crank 1, gripped by the connecting rod by means of the journal f placed in the center of the small cardan ring,] In this way s' establishes an equidistant six cylinder spark engine, all working on the
<Desc / Clms Page number 8>
same crank button.
There is nothing to prevent the machine from being used as a rotary machine.
It is also possible to use a certain number of cylinders as an engine and the rest as an operator (pump, compressor, etc.)
The multiple bends of the connecting rod d, e; c; t, f that we see in figure 2 can be avoided in the following way:
According to figures 8 and 9, the journal f of the single bent shaft n carries a connecting rod e which with this construction consists of two eccentrics e1, e2 rigidly assembled and offset with respect to each other by 180 The eccentric e1est held by its periphery in the piston rod h1 so as to be able to rotate and it is the same with the eccentric e 2 in the rod h2 which crosses the rod h1 at right angles.
The movement of the pistons is in this way transmitted to the crank shaft n by means of the piston rods guided in a straight line, and by means of the eccentric plates which can rotate in these rods. The junction line c-d centers-7. eccentric corresponds to the connecting rod e, in FIG. 1 since each of the points è, d constitutes the point of articulation between the connecting rod e, and the corresponding piston rod through which it is guided in a straight line.
The reception of the forces is with this arrangement so favorable that nothing prevents placing the crank button f in cantilever according to figure 10. The crank button f could also, as shown in figure 11, be assembled rigidly with the eccentrics e1 and e2, and be supported so as to be able to rotate in a hole in the crank shaft n.
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
Since with this arrangement, the eccentric plates are relatively large;
one could possibly - as shown in figure 12 - at the slides gl and g2 in which the eccentrics el and e2 turn, on each side on each piston rod - and n2 fit two pistons i1 and ix renting in cylinders k and kx. o This arrangement has the advantage that with the use of four-stroke engines, one obtains a uniform ignition sue- cession and a uniform distribution of the transmission of the forces since it results in an impulse at each revolution of the engine. the crank shaft.
The number of eccentrics forming a connecting rod is not limited to that of two indicated above. Figure 13 shows by way of example three eccentrics e1, e2, e3, rigidly assembled and able to rotate by sliding through the periphery in the rectilinearly guided piston rods h1, h2, h3, which intersect, forming with each other. others angles of 60, while all three eccentrics jointly attack the crank button f of shaft n.