Brennkrafthammer

Fritz Gockerell entwickelte neben Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge oder Motorräder auch Antriebselemente für anderweitige Anwendungen. Diese Erfindung des Brennkraft-Hammers hatte er als Patentschrift vorbereitet, jedoch nicht an das Patentamt eingereicht. Eine in München ansässige größere Baumaschinenfirma hat bis heute einen Brennkraft-Hammer im Programm. Vermutlich war es hier wieder einmal so, dass er das ganze Konstruktionspaket verkaufte, um den Lebensunterhalt bestreiten zu können.

In dem folgenden Exposé erklärt Fritz Gockerell die Funktionsweise:  Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennkrafthammer, der nach Art des zum Aufbrechen von Straßen und bei Abbrucharbeiten üblicherweise verwendeten Drucklufthammers ausgebildet ist, in gleicher Weise auch gehalten und betätigt werden soll, jedoch statt des Druckluftantriebes einen Brennkraftantrieb aufweist, der dem Gerät einen wesentlich erhöhte Schlagkraft verleiht und die für Drucklufthämmer übliche und notwendige Ausrüstung mit einem Diesel-Luftkompressor entbehrlich macht. Es sind sehr viele Vorschläge bekannt geworden, aber die der Verwirklichung entgegenstehenden Schwierigkeiten sind so groß, dass es bisher nicht zu brauchbaren Ausführungen kam. So zum Beispiel konnte für das Starten trotz Druckluft kein befriedigendes Ergebnis erreicht werden. Das Gewicht des freifliegenden Kolbens in die Zündstellung zu bringen, wobei die Verdichtung zu überwinden ist, gelingt zwar, aber die weiter folgende Zündung kommt nicht zustande, weil bei diesem ersten Hub eine Gemischansaugung noch nicht eintreten kann. Es wurde daher eine Einrichtung geschaffen, welche unter Benützung der aus einer Luftflasche entnommene Druckluft den Freikolben einige Mal auf- und ab bewegte. Dies brachte den Mangel mit sich, dass die beim Abwärtshub in den Zylinder mit einströmender Luft sich mit dem nun inzwischen angesaugten Benzin-Luftgemisch mischte, wodurch infolge des Luftüberschusses die Zündung versagte. Auch wurde beobachtet, dass der, durch die Druckluft sehr schnell nach oben fliegende Kolben auf Grund der schnellen Verdichtung die Luft nicht ionisierte, was ebenfalls eine Zündung verhindert. Bekanntlich kann auch ein normaler Brennkraftmotor (Vergasermotor) nicht mit einer halben Umdrehung in Betrieb gesetzt werden. Diese Erscheinungen zwangen zu neuen Lösungen und sichern mit der Erfindung die Beseitigung aller Mängel.  

Es geht dabei im Wesentlichen um die Benützung eines Zweitaktmotors zur Erzeugung des Treibmittel für den Antrieb des freifliegenden Schlagkolbens, unterscheidet sich jedoch vom normalen Zweitakt insofern, als dieser Motor mit einer besonderen Ventilsteuerung arbeitet. Diesbezüglich ist zwar auch eine Ausführung bekannt geworden, bei welcher in einem Zylinder zwei Kolben laufen und zwar wirkt dabei der untere Kolben zum Schlagen, aber sein Weg ist sehr kurz und wird mit einem Motor mit angetriebenem Luftkompressor mit dessen erzeugter Druckluft zurückgeführt. Die Schlagleistung ist dabei sehr gering, infolge der hieraus resul­tierenden geringen Geschwindigkeit des Schlagkolbens. Die Schlagarbeit, welche mit A bezeichnet wird, hat die Formel M x v² /2. Es ist daraus ersichtlich, dass ein großer Kolbenweg die Schlagkraft wesentlich erhöht, auch wenn M unverändert bleibt. Dabei läuft der Motor der bekannten Ausführung mit 2400 Umdr./min., was deshalb zulässig ist, weil der Schlag auf das Werkzeug gering ist. Für einen schweren Aufbruchhammer wäre es nicht zulässig, mit  so hoher Drehzahl – diese ist gleich der Schlagzahl – zu arbeiten. Demgegenüber arbeitet der Hammer der Erfindung mit 900 bis maximal 1200 Schlägen auf das Werkzeug. Um nun die geforderte hohe Schlagleistung zu erreichen, muss das Hubvolumen des Motors grösser sein. Der Motor ist der Bauhöhe wegen im Zylinderdurchmesser größer, sein Hub kleiner als der Zylinderdurchmesser. Der Hub des Motors spielt jedoch hier keine Rolle, weil seine Brenngase erst im Zylinder des Hammers ausgenützt werden, was zu der bereits erwähnten speziellen Ausführung des Zweitaktmotors geführt hat. Vorweg sei darauf hingewiesen, dass von den Brenngasen des Motors nur derjenige Anteil entnommen wird, welcher zur Deckung der Reibungsarbeit erforderlich ist, während der Rest der Gase – etwa 80% - zum Antrieb des Schlagkolbens verbleiben. Die Rückführung des letzteren geht den bisherigen Schwierigkeiten dadurch aus dem Weg, dass dieser Kolben keine Verdichtung zu überwinden hat. Dies bringt weiter den Vorteil mit sich, dass die Rückführung des Kolbens mit einer Feder erfolgen kann.  

Die Zeichnung zeigt: in Figur 1 einen Schnitt durch den das Arbeitsgas erzeugenden Motor und Hammerteil und  in Figur 2 ein vergrößertes Kurbeldiagramm. Der im Zweitakt arbeitende Motor besteht, wie allgemein, aus dem zweiteiligen Kurbelgehäuse 1 und 2, in welchem die Kurbelwelle 3 umläuft. Zur Zündung dient der Umlaufzylinder 4, welcher den Zündstrom für die Zündkerze 5 liefert. Der Arbeitskolben6, gerade in der oberen Totlage befind­lich, hat den Einlass-Schlitz 7 aufgedeckt, sodass des Benzin-Luftgemisch in das Innere der Kurbelkammer strömt, um vorverdichtet zu werden. Nicht ersichtlich sind die Spühlschlitze und Auslassschlitze, da sie gegenüber dem Einlass angeordnet sind. Der Zylinder des Brennkraftmotors ist mit 8 bezeichnet und mit dem unteren Hammerzylinder 9 verschraubt. In letzteren läuft der Schlagkolben 10, welcher in Verlängerung der Kolbenstange 11 unten einen Anschlag erhält, auf dem eine Feder 12 aufliegt. Auch dieser Kolben befindet sich in seiner oberen Totpunktstellung, auf deren Genauigkeit einige Millimeter Unterschied nach oben oder unten ohne Belang sind. Im Zylinder 9 ist der Kompressionsraum 13 untergebracht, ferner das gesteuerte Auslassventil 14, dessen Betätigung durch den Nocken 15, Pilzstößel 16, Stoßstange 17 und Kipphebel 18 erfolgt. Selbstverständlich können Kompressionsraum und Auslassventil auch im Zylinder 8 untergebracht sein. Der Ventilsteuerung kann auch durch Verschieben des Nockens 16 abgeschaltet werden, um den Motor im Leerlauf arbeiten zu lassen. Die Kühlung der Zylinder ist vorzugsweise mit Wasser vorzusehen, denn die meist am Umlaufzylinder angebrachten Schaufeln für Luftkühlung kommen bei der geringen Drehzahl nicht voll zur Wirkung. Um die Arbeitsweise verständlicher zu machen, ist in Figur 2 ein vergrössertes Kurbelkreisdiagramm aufgezeichnet. Gemäß der Figur 1 ist die Zündung bereits erfolgt und treiben die Brenngase der Arbeitskolben 6 abwärts, doch nur den kurzen Weg von etwa zwischen 4 bis 6 mm, nach Figur 2 entsprechend bis Punkt 2. Damit erhält das Triebwerk einen Impuls, welcher der mechanischen Leistung entspricht. Nun öffnet sich das Auslassventil 14 und die immer noch unter hohem Druck stehenden Gase treiben den Schlagkolben mit großer Geschwindigkeit abwärts bis zum Aufschlag. Unterstützt von dem Aufprall auf das Schlagwerkzeug und der Feder 12 kommt der Kolben wieder nach oben und schiebt die Abgase vor sich her, um sie über die vom Motorkolben inzwischen geöffneten Auslassschlitze in die Auspuffanlage zu fördern. Der Ventilschluss kann je nach Geschwindigkeit des Kolbens 12 auch schon früher erfolgen, spätestens im Gleichtakt des Motors am Punkt 4 nach Diagramm in Figur 2 Punkt 5 entspräche der Aufdeckung des Auslass-Schlitzes des Zweitaktmotors normal. Entsprechend dem gewählten Hubraum es Zweitaktmotors werden die verfügbaren 80% auf Hubraum des Hammerzylinders so verteilt, dass der Arbeitshub grösser gewählt wird, als der Zylinder-Durchmesser, womit das v² einen hohen Wert erhält.

Das Bild, zeigt einen modernen Brennkraft-Hammer, wie er in der Baumaschinenindustrie angeboten wird.

Quelle: Deutsches Museum Archiv, Bestand NL 173