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Freiflugkolbenkraftmaschine mit gegenläufig bewegten Massen.
Bei Ffeiflugkolbenkraftmaschinen mit gegenläufig bewegten Massen ist es bekannt, zur Erreichung genauen Gleichtaktes der Bewegung die Massen durch Lenker zu kuppeln, die oft auch zum Antrieb von Arbeitsaufnehmern, beispielsweise Luftverdichtern, dienen. Als Nachteil dieser Hindurehleitung erheblicher Massen- und Arbeitskräfte durch die Lenker entstehen beträchtliche Reibungsverluste in den Gelenken.
Nach der Erfindung sind alle wesentlichen, in an sich bekannter Weise gleichsinnig mit den Arbeitskolben, beispielsweise durch unmittelbare Verbindung mit ihnen, bewegten Massen durch geradlinig und parallel zu ihnen bewegte Kupplungsglieder zu genauer Gegenläufigkeit gekuppelt. Dies ermöglicht die Fernhaltung erheblicher Kräfte von beweglichen Gelenken und dadurch besonders reibungsfreien Lauf, also eine wesentliche Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrades.
Eine besondere leichte Kupplungsvorrichtung ergibt sich bei solcher Ausgestaltung, dass ihre wesentlichen Teile nur auf Zug beansprucht werden, weil diese dann nur geringe Querschnitte erfordern, und daher geringes Gewicht bei hoher Betriebssicherheit ermöglichen. Anderseits kann für grössere Maschinen mit Vorteil ein hydraulisches Getriebe mit zwei an die Flugmassen angeschlossenen Kolben verwendet werden, die durch von ihnen verdrängte Flüssigkeit zu gegenläufiger Bewegung gekuppelt sind und so eine sichere Beherrschung grösster Flugmassen ermöglichen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Flugmassen je mit einer Zahnstange oder Zahnstangengruppe ausgerüstet und die Zahnstangen durch ein oder mehrere Zahnräder kinematisch verbunden, die aber sehr leicht gehalten sein können und deren abwechselnde Beschleunigung und Verzögerung daher nur geringe Kräfte erfordert. Reibung, Abnutzung und anderweitige Störungsmöglichkeiten sind hiedurch auf ein Mindestmass gebracht Ein weiterer Vorteil dieses Getriebes liegt darin, dass es sich besonderen Ausführungsformen der Freiflugkolbenmaschine leicht anpassen lässt.
Sollen beispielsweise die Flugmassen ungleiche Arbeitsbeträge abgeben und demzufolge mit ungleich grossen Hüben arbeiten, so lässt sich auch hiebei ein Gleichtakt der gegenläufigen Massen dadurch erreichen, dass die mit den Zahnstangen jeder Flugmasse in Eingriff stehenden Zahnräder verschieden grosse, miteinander gekuppelte Radkdnze erhalten. Auch die Verwendung nur eines Arbeitsaufnehmers, d. h. die Übertragung der von der einen Flugmasse geleisteten Arbeit durch das Kupplungsgetriebe hindurch zu dem mit der andern Flugmasse verbundenen Arbeitsaufnehmer, ist durch eine solche Anordnung möglich, ohne dass äussere Massenwirkungen auftreten und übermässig hohe Kräfte durch das Kupplungsgetriebe geleitet zu werden brauchen.
Wenn zwischen die beiden Zahnstangen mehrere Zahnräder nebeneinander in Parallelschaltung eingesetzt sind, kann trotz verhältnismässig geringer Zahnbreite und entsprechend geringem Gewicht der Zahnstangen die zu übertragende Kraft doch auf genügende Zahnfläehen einwirken, so dass die Abnutzung gering bleibt. Die gleichmässige Verteilung der Kräfte auf die einzelnen Zahnräder kann dabei durch nachgiebige Lagerung der Zahnräder an Wagehebeln gesichert werden.
Das Kupplungsgetriebe kann ferner mit Sicherheitsvorrichtungen ausgestattet sein, die beim Auftreten übermässig starker Beanspruchungen eine Herabminderung der Maschinenleistung oder ein Stillsetzen bewirken. Dies kann geschehen, indem ein Festpunkt des Kupplungsgetriebes unter Überwindung eines bestimmten Widerstandes verschiebbar ist und durch die Verschiebung Regelungs-oder Abstellorgane betätigt werden. Endlich kann toter Gang im Kupplungsgetriebe unschädlich gemacht
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werden, indem von der einen Flugmasse weniger Nutzarbeit entnommen wird als von der ändern, so dass absichtlich ein geringer einseitiger Druck ständig im Gestänge besteht.
In der Zeichnung sind in schematischer-Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht, u. zw. zeigen'Fig. 1 eine Freifluggegenkolbenkraftmnschine mit einem Kupplungsgetriebe aus biegsamen Zugorganen, Fig. 2 eine Maschine mit hydraulischem Kupplunggetriebe, Fig. 3 eine Maschine mit einem Zahnstangenkupplungsgetriebe, die Fig. 4 und 5 im Längsschnitt bzw. im Grundriss eine Maschine mit nebeneinander liegenden Zahnstangen, Fig. 6 eine Maschine
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mit mehreren Zahnrädern zwischen jedem Zahnstangenpaar, Fig. : 8 ein Zahnradpaar mit Kraftausgleieher und Fig. 9 eine Reihe von drei Zahnrädern mit Kraftausgleichern.
Bei der Maschine nach Fig. 1 bewegen sich in dem feststehenden Arbeitszylinder 1 die gegenläufigen Arbeitskolben 2, 3, die mit Verdichterkolben 4,5, die in den feststehenden Verdichtungzylindern 6, 7 laufen, unmittelbar verbunden sind. Zur Erzielung genau gleichen Taktes der Bewegung der beiden Flugmassen 2, 4 bzw. 3, 5 dient ein geradlinig mit den Flugmassen bewegtes und symmetrisch zur Masehinenachse angeordnetes Kuppelungsgetriebe, dessen Teile stets nur auf Zug beansprucht sind.
Zu dem Zweck ist ein endloses, über zwei Rollen 32, 33 laufendes Zugorgan vorgesehen, von dem jedes Trum 35 bzw. 36 an je eine der beiden Flugmassen in den Punkten 30 bzw. 31 angeschlossen ist. Dabei brauchen nur die über die Rollen gefühlten Teile des Zugorganes biegsam zu sein, die andern Teile können einfache Zugstäbe sein..
Bei. der Ausführungsform nach Fig. 2 sind mit den Flugmassen 2, 4 bzw. 3, 5 Hilfskolben 40 bzw. 41 starr verbunden, die in einem mit Flüssigkeit gefüllten, feststehenden Gehäuse 42 derart angeordnet sind, dass bei einer Verschiebung der einen Flugmasse die andere Flugmasse durch Verdrängung von Flüssigkeit eine entsprechende Verschiebung in entgegengesetzter Richtung erfährt. Durch verschieden grosse Bemessung der Querschnitte der Hilfskolben 40 und 41 kann auch diese Anordnung leicht für Maschinen mit ungleich grossen Hüben der Flugmassen brauchbar gemacht werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 trägt die eine Flugmasse 2,4 an einem wagebalkenartigen Querhaupt 8 zwei Zahnstangen 9. Die andere Flugmasse 3, 5 trägt an einem Querhaupt 10 zwei Zahnstangen H. und die Zahnstangen 9 und 11 sind durch die fest gelagerten Zahnräder 12 verbunden. Hiedurch ist die Gegenläufigkeit beider Flugmassen gesichert, ohne dass merkliche Kräfte durch irgendwelche
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glichen und ebenso die Arbeitskräfte der Verdichter ; es kann aber auch die gesamte Arbeitsaufnahme durch nur einen der Verdichter erfolgen, da die Kolbenkraft durch das Kupplungsgestänge ohne Schaden hindurch geleitet werden kann, wenn nur die weit höheren Massenkräfte in sich ausgeglichen sind.
Die Zahnräder 12 können auch seitlich des Zylinders 1 oder in sonstiger geeigneter Lage gelagert sein, derart, dass sieh eine wenig Raum beanspruchende Bauart ergibt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Freiflugkolbenmaschine mit einseitig angeordnetem Kupplunggetriebe, dessen bewegte Massen weitgehend vermindert sind und das deshalb hauptsächlich für kleinere schnellaufende Kraftmaschinen in Frage kommt. Um nun hiebei beide Zahnstangen möglichst dicht an den Zylinder 1 heranbringen und so die Biegungsmomente ihrer einseitig angreifenden Massenkräfte ldein halten zu können, greift jede Zahnstange 9 bzw. 11 in ein besonderes Zahnrad 18 bzw. 14 von derselben Seite, z. B. von oben her, ein und beide Zahnräder 13, 14 steben mit ihren seitlich über die Zahnstangen hinaus verbreiterten Rändern miteinander in Eingriff, wodurch die Gegenläufigkeit der Zahnstangen und dadurch der Flugmassen 2,3 gesichert ist.
An Fig. 6 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die beiderseitigen Flugmassen 2, 3 ungleiche Arbeiten leisten sollen. Demzufolge hat die Flugmasse 2 einen wesentlich grösseren Hub auszuführen als die Flugmasse 3. Um diese deutlich zu veranschaulichen, sind die Flugmassen mit vollen Strichen in ihrer äusseren Totlage und die Kolbenböden gestrichelt in ihrer inneren Totlage dargestellt. Um trotz der verschiedenen Hübe gleiche Massenkräfte zu ergeben, sind die Flugmassen ausserdem ungleich schwer, u. zw. ist die schneller laufende Masse 2 leichter als die langsamer laufende Masse. 3.
Zur Erzielung genauen Gleichtaktes der ungleich schnellen Bewegung beider Massen sind zwischen die Zahnstangen 9 und 11 zweikränzige Räder 15, 16 derart eingesetzt, dass die Zahnstangen 9 der den grösseren Hub ausführenden Fliigmasse an den grossen Kränzen 15 und die Zahnstangen 11 der den kleineren Hub ausführenden Flugmasse 3 an den kleinen Kränzen 14 angreifen. Die grosshubige Flugmasse : 2 kann auch die gesamte äussere Arbeit übernehmen und die Ideinhubige Flugmasse 3 nur Nebenarbeit leisten, z. B. die Spülluftförderung für die Verbrennungszylinder u. dgl.
Nach Fig. 7 sind mehrere Zahnräder 17, 18, 19 zwischen den Zahnstangen 9 und 11 in Parallelschaltung vorgesehen, um bei schmalen und leichten Zahnstangen doch grosse Kräfte sicher übertragen zu können. Dies ist beispielsweise wertvoll in Fällen, wo das Kupplungsgetriebe nicht nur zur Erzwingung des Gleichtaktes, sondern gleichzeitig auch zur Durehleitung von Nutzkräften dient.
In den Fig. 8 und 9 ist gezeigt, wie bei Parallelschaltung mehrerer Zahnräder durch deren nachgiebige Lagerung und Zwischenschaltung von Kraftausgleichern eine stets gleichmässige Balastung der Zahnräder erreichbar ist. So werden gemäss Fig. 8 jedes der beiden Räder 17, 18 durch Lenker : 20, 21
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an einen festgelagerten Wagehebel 22 angeschlossen ; nach Fig. 9 sind drei auf Schwinghebeln 23, 24, 25 gelagerte Zahnräder 17, 18, 19 durch Lcrker 26,27 und Wagebalken 28 unter sich verbunden, wodurch eine gleichmässige Kraftübertragung durch alle Räder erreicht ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Freiflugkolbenkraftmaschine mit gegenläufig bewegten Massen, dadurch gekennzeichnet, dass alle wesentlichen, gleichsinnig mit den Flugkolben bewegten und fest mit ihnen verbundenen Massen durch geradlinig und parallel zu ihnen sich bewegende Kupplungsglieder zu genauer Gegenläufigkeit gekuppelt sind.