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Die Erfindung betrifft eine drehbar gelagerte Brennkraftmaschine,
die mit radial zur Drehachse angeordneten Zylindern und freifliegend in diesen geführten
Kolben ausgestattet ist, die infolge der bei der Drehung der Maschine einsetzenden
Fliehkräfte das Brennstoffgemisch verdichten und den von den Verbrennungsgasen auf
sie ausgeübten Druck hydrostatisch, gegebenenfalls auch pneumatisch auf eine nachgeschaltete
Arbeits- oder Kraftmaschine übertragen.
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So ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 661409 eine
Brennkraftmaschine mit umlaufenden Zylindern sowie freifliegenden Kolben bekanntgeworden,
bei der zwar zur übertragung der Maschinenkräfte keine Kurbel mehr erforderlich
ist, jedoch statt dessen außerordentlich aufwendige übertragungsmittel notwendig
sind, die auch in diesem Fall wie beim Kurbeltrieb den Hub in engen Grenzen halten.
Der Vorteil einer solchen kurbellosen Bauart wird also durch besonders hohe Fertigungskosten
sowie eine außerordentlich große Störungsanfälligkeit erkauft, ohne daß etwa ein
Gewinn für den thermodynamischen Ablauf des Kreisprozesses erzielt wird.
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Außerdem ist durch die schweizerische Patentschrift 234 643 auch schon
der Vorschlag gemacht worden, bei einer mit Druckflüssigkeit arbeitenden Antriebseinrichtung
eine Brennkraftmaschine mit freifliegenden Kolben zu verwenden. In diesem Fall überträgt
der Kolben den von den Verbrennungsgasen auf ihn ausgeübten Druck hydrostatisch
auf einen nachgeschalteten hydraulischen Motor, wobei dann der verbleibende hydrostatische
Druck immer noch ausreichend groß ist, um den Rückhub des Kolbens und damit auch
die Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Auch bei dieser Bauart
sind den Abmessungen des Hubes insofern Grenzen gesetzt, als im Verlauf des Arbeitsspiels
die Druckflüssigkeit einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen folgen muß.
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Bei thermodynamischen Verbrennungsvorgängen, wie sie insbesondere
bei Brennkraftmaschinen vorkommen, ist der Carnot-Prozeß, der sich insbesondere
durch eine isotherme Wärmezufuhr auszeichnet, der ideale Kreisprozeß. Gerade an
einer solchen isothermen Wärmezufuhr jedoch scheiterten bisher alle Bemühungen,
den Carnot-Prozeß bei einer Brennkraftmaschine zu verwirklichen oder aber wenigstens
annähernd zu erreichen. Dieses führte zu der in den Fachkreisen allgemein gültigen
Ansicht, der Carnot-Prozeß wäre für den praktischen Betrieb unbrauchbar.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, trotz dieser zuvor
behandelten Auffassung eine Brennkraftmaschine so auszubilden, daß der Kreisprozeß
dieser Maschine dem Carnot-Prozeß möglichst nahe kommt. Es wird also eine Brennkraftmaschine
angestrebt, bei der die Wärmezufuhr bei sehr hohen Temperaturen in größtmöglicher
Annäherung isotherm erfolgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Maschine
eine dieser eine gleichbleibende Drehzahl erteilende und damit die zur Verdichtungsarbeit
der Kolben erforderliche Fliehkraft gewährleistende Antriebsmaschine einwirkt und
daß die Maschine so ausgebildet ist, daß der Kolben einen Hub ausführen kann, dessen
Gesamtlänge zu der im oberen Totpunkt verbleibenden Zylinderlänge sich mindestens
wie 40:1 verhält. Dieses Verdichtungsverhältnis ist somit ausreichend groß, um hohe
Verdichtungsenddrücke und damit auch die erforderlichen hohen Temperaturen bei der
Wärmezufuhr zu erzielen.
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Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen
Brennkraftmaschine dar. Es zeigt F i g. 1 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine,
teilweise im Schnitt, und F i g. 2 ein Schaubild, bei dem über dem Kolbenweg die
verschiedenen Kräfte und Drücke aufgetragen sind.
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Wie sich aus der Darstellung gemäß der F i g. 1 ergibt, sind an dem
Ende einer mit 1 bezeichneten Hohlwelle radial und rotationssymmetrisch mehrere
mit 2 bezeichnete Zylinder angeordnet, die jeweils aus einem topfartigen Innenteil
3 und einem gleichfalls topfartigen Außenteil 4 zusammengesetzt und mittels durch
die Flansche 5 und 6 hindurchgreifender, nicht besonders dargestellter Schrauben
miteinander verspannt sind. Die Hohlwelle 1 trägt dabei einen mit 7 bezeichneten
Ring, mittels dessen sie sich über Wälzlager 8 auf einem feststehenden Lager 9 abstützt.
Außerdem dient der Rand 10 dieses Ringes 7 gleichzeitig als Anschlag für die Flansche
5 der Innenteile 3 der Zylinder 2. Die Oberseite der Hohlwelle 1 dagegen ist durch
eine Scheibe 11 abgedeckt, deren Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des
Ringes 7 ist und deren Rand 12 wie auch der Rand 10 des Ringes 7 als Anlage für
die Flansche 5 der Innenteile 3 der Zylinder 2 dient. Weiterhin ist auf der Oberseite
dieser Scheibe 11 noch ein hülsenähnlicher Stutzen 13 aufgesetzt, der in einem Gleitlager
14 geführt ist.
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Weiter zeigt der linke Teil der F i g. 1, daß in dem Zylinder 2 jeweils
ein Kolben 15 freifliegend gelagert ist, dessen Nase mit 16 bezeichnet ist. Dieser
Nase 16 entsprechend ist auch der Zylinderkopf 17 ausgebildet, in dem einerseits
eine Einspritzdüse 18 sowie ein Ventil 19 angeordnet ist. Im mittleren Bereich
des Zylinders 2, jedoch noch im Außenteil 4, sind in bekannter Weise
kranzförmig zueinander angeordnete Spülschlitze 20 für den Austritt der Verbrennungsgase
eingearbeitet. In dem Boden 21 des Innenteils 3 des Zylinders dagegen sind Auslaßventile
22 angeordnet, die in ihrer Offenstellung die Verbindung zwischen dem Innenraum
23 des Innenteils 3 und dem Innenraum 24 der Hohlwelle 1 herstellen. Außerdem
sind in dem Mantel des Innenteils 3 noch Einlaßschlitze 25 für das Drucköl eingearbeitet,
die den Innenraum 23 mit dem ringförmigen Innenraum 26 verbinden, der wieder über
in der Scheibe 11 befindliche Bohrungen 27 mit dem Innenraum 28 des Stutzens 13
in Verbindung steht. Sowohl in diesem Innenraum 28 als auch dem Innenraum 24 der
Hohlwelle 1 ist Druckflüssigkeit enthalten, die über nicht dargestellte Verbindungsleitungen
mit der Druckflüssigkeit einer Arbeits- oder Kraftmaschine in Verbindung steht.
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Wird nunmehr die Hohlwelle 1 durch eine Antriebseinrichtung
in Richtung des Pfeils 29 in Drehung versetzt, so treibt die hierbei auftretende
Fliehkraft den Kolben 15 in Richtung des Pfeils 30 nach außen, wodurch die Spülschlitze
20 geschlossen und die durch das Ventil 19 eintretende Verbrennungsluft
verdichtet werden. Sobald auch die Einlaßschlitze 25 freigegeben sind, strömt aus
dem
Innenraum 28 über den Innenraum 26 Druckflüssigkeit in den Innenraum
23 ein. Erfolgt anschließend die Einspritzung des Brennstoffes sowie die Verbrennung
des verdichteten Gemisches, so drücken die Verbrennungsgase den Kolben 15 entgegen
der Richtung des Pfeils 30 gegen den Boden 21 des Zylinders. Da der Kolben 15 gleichzeitig
auch als Kolbenpumpe wirkt, wird nach dem Absperren der Einlaßschlitze 25 nunmehr
die in dem Innenraum 23 befindliche Druckflüssigkeit durch die Auslaßventile
22 in den Innenraum 24 der Hohlwelle 1 gepreßt, um von hieraus
mittels der hydrostatischen Kraftübertragung an einer anderen Stelle Arbeit zu leisten.
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Die F i g. 2 dagegen zeigt den grundsätzlichen Verlauf der auftretenden
Kräfte p über dem Kolbenweg, wobei der jeweilige Abstand des Kolbenschwerpunktes
von der Drehachse durch die Größe r bestimmt ist. Wie sich aus dieser Darstellung,
bei der in gewohnter Weise mit UT der untere Totpunkt und mit 0T der obere Totpunkt
des Kolbens 15 bezeichnet ist, ergibt, so wächst die Fliehkraft C mit dem Kolbenweg
s an. P dagegen stellt die Gegenkraft der Verbrennungsluft dar, die im Bereich des
oberen Totpunktes 0T des Kolbens 15 stark ansteigt. Die im unteren Totpunkt UT vorhandene
positive Beschleunigungskraft, d. h. der Unterschied zwischen der vortreibenden
Fliehkraft C und der aufhaltenden Gegenkraft P, wird nach Überwiegen der Gegenkraft
P negativ und wirkt somit bis zum völligen Stillstand des Kolbens 15 bremsend. Das
gleiche gilt für die verbleibende Beschleunigungskraft B des Kolbens 15. Die Kurve
E schließlich zeigt die kinetische Energie des Kolbens 15, die mit zunehmender
Kolbengeschwindigkeit wächst, um im oberen Totpunkt 0T wieder auf Null abzufallen.
Der Weg des Kolbens 15 ist mit s bezeichnet.
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Schließlich ist der auf die Hohlwelle 1 wirkende Drehantrieb dieser
Brennkraftmaschine beliebig regelbar, wobei keinerlei unmittelbare Abhängigkeit
von dem Arbeitsvorgang in den Zylindern 2 besteht. Es ist somit möglich, eine vorbestimmbare
gleichbleibende Umdrehungszahl einzuhalten, wodurch sich für den Verdichtungshub
wieder jeweils gleichbleibende Verhältnisse ergeben.