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Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufig bewegten Massen.
Bei Freiflugkolbenmaschinen ist die Anwendung gegenläufiger Massen zum Zwecke des Massenausgleiehes besonders vorteilhaft. Es ist bekannt, zur Aufrechterhaltung genau gleichen Taktes bei der gegenläufigen Bewegung ein die beiden Kolbengruppen kuppelndes Getriebe vorzusehen, welches beispielsweise aus einem Hebelsystem oder Zahnstangenpaaren mit in diese eingreifenden Kupplungszahnrädern besteht.
Zur Vereinfachung des Getriebes wurde bereits vorgeschlagen, die Getriebeglieder einseitig, also zur Längsachse der Maschine nicht doppelseitig-symmetrisch, anzuordnen. Dieser konstruktive Aufbau hat den Nachteil, dass durch die an den Getriebegliedern wirkenden Kräfte Kippmomente auf die Kolben ausgeübt werden, so dass diese bei ihrer Bewegung starken Gleitbahndrücken in ihren Zylinderführungen als Reaktion dieser Kippkräfte unterworfen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, indem erfindungs- gemäss zur Aufhebung dieser Kippmomente in entgegengesetzter Richtung wirkende, angenähert gleichgrosse Gegenmomente durch entsprechende, zusätzliche Gegenkräfte erzeugt werden, so dass die an den Getriebegliedern auftretenden Kräfte in ihrer Momentenwirkung ausgeglichen werden.
An den Getriebegliedern können äussere Kräfte zur Leistung von Arbeitsbeträgen, etwa zum
Antrieb von Hilfsaggregaten, z. B. Brennstoffpumpe, wirksam werden ; diese Arbeitskräfte der Getriebe- glieder üben Kippmomente auf die Flugkolben aus, welche durch entgegengesetzt gerichtete, angenähert gleichgrosse, gleichzeitig wirkende Gegenmomente aufgehoben werden können. Die zur Erzeugung dieser Momente erforderlichen Kräfte sind in derselben Längsschnittebene wie die Arbeitskräfte auf entgegengesetzter Seite bezogen auf die Mittelachse der Flugkolben-anzuordnen ; bei gleich grossen
Abständen der Arbeit-und Gegenkräfte von der Mittelachse der Flugkolben sind die Kräfte gleich gross zu halten.
Anderseits können die Abstände der Arbeitskräfte und der zusätzlichen Kräfte von der Mittelachse auch verschieden gross sein ; die Grössen der Kräfte selbst müssen dann zueinander im umgekehrten Verhältnis stehen wie ihre Abstände von Mitte der Flugkolben.
Die Charakteristik der zusätzlichen Kräfte soll weitgehend dem zeitlichen Verlauf der aus- zugleichenden Arbeitskräfte angepasst sein ; zu diesem Zwecke können besondere Mittel vorgesehen werden, indem beispielsweise zusätzliche Massen, die nur während eines Teiles des Flugkolbenhubes in Bewegung sind, angeordnet werden, so dass zeitweilig zur Beschleunigung dieser Zusatzmassen zusätzliche Kräfte durch die Flugkolben aufgebracht werden müssen.
Abgesehen von den Arbeitskräften entstehen weiterhin durch Beschleunigung oder Verzögerung der Massen der Getriebeglieder Kräfte, deren Grösse und Richtung sieh also während eines Hubes sehr stark von Null bis zu einem Höchstwert und dann wieder bis zu Null herab ändern : die hiedurch erzeugten
Momente müssen also grundsätzlich durch Gegenmomente aufgehoben werden, deren erzeugende
Kräfte die gleiche Charakteristik-von Null ansteigend zu einem Höchstwert und dann wieder abfallend-aufweisen. Gemäss der Erfindung werden daher zusätzliche, mit den Flugkolben starr verbundene Massen angeordnet, welche den gleichen Beschleunigungen und Verzögerungen wie die
Massen der Getriebeglieder unterworfen sind.
Auch Kräfte, welche durch Beschleunigung und Ver- zögerung schwingender Massen entstehen, können in ihrer Momentenwirkung auf die Flugmassen aus- geglichen werden durch Gegenkräfte entsprechend bemessener, hin-und hergehender, zusätzlicher Massen. Alle zusätzlich anzuordnenden Massen sind wiederum in derselben Längsschnittebene wie die Getriebemassen auf entgegengesetzter Seite-bezogen auf die Mittelachse der Flugkolben-an-
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zuordnen, wobei der gleiche Abstand von der Mittelachse der Flugkolben wie bei den Getriebemassen beibehalten werden kann ; für diesen Fall sind die zusätzlichen Massen den Getriebemassen gleich gross zu setzen.
Anderseits können die Abstände der Getriebemassen und der zusätzlichen Massen von der Mittelachse auch verschieden gross sein, die Massen selbst müssen dann zueinander im umgekehrten Verhältnis stehen wie ihre Abstände von der Mittelachse.
Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles, das eine Freiflugkolbenmaschine im
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durch ein Kurbeltriebwerk sich bewegenden Flugkolben mit 4, 5 und die diese Kolben zwangsläufig kuppelnden Zahnstangen mit 6,' {bezeichnet, mit welchen ein mit Motorgehäuse unversehieblieh gelagertes Kupplungszahnrad 8 in Eingriff steht.
In diesen Zahnstangen treten äussere Kräfte zur Leistung von Arbeitsbeträgen, z. B. zum Antrieb der Brennstoffpumpe 9, auf ; ein auf der Zahnstange 6 befestigter Nocken. M arbeitet über einen Rollenhebel 11 auf den Kolben der Brennstoffpumpe 9, u. zw. ist der Nocken 10 so angeordnet, dass gegen Ende des Einwärtshubes der Kolben 4, 5 kurz vor Umkehr der Kolbenbewegung die Brennstoffpumpe betätigt wird. Die auf den Nocken in Richtung des Pfeiles 12 wirkende Widerstandskraft ergibt ein Kippmoment auf die Flugkolben, so dass diese Kolben in Richtung der Pfeile M, 14 gedreht werden.
Erfindungsgemäss wird dieses Kippmoment durch ein Gegenmoment aufgehoben, indem während des Hubteils, während dessen eine Kraft auf den Nocken 10 wirkt, eine Gegenkraft durch eine am Gehäuse 2 auf der entgegengesetzten Kolbenseite vorgesehene Feder 15 auf den Flugkolben ausgeübt wird ; hiebei müssen Arbeitskraft auf den Nocken-M und Gegenkraft der Feder 15 zueinander in umgekehrtem Verhältnis stehen, wie ihre Abstände von der Kolbenmittelachse.
Um die Charakteristik der zusätzlichen Kräfte dem zeitlichen Verlauf der auszugleichenden Arbeitskräfte möglichst anzupassen, können besondere Massnahmen ergriffen werden. Die in Richtung des Pfeiles 12 wirkende Arbeitskraft wird zuerst beim Auflaufen der Brennstoffpumpenrolle auf den Antriebsnocken 10 stark ansteigen, dann aber nach Beendigung des Pumphubes der Brennstoffpumpe während des letzten Teiles der Bewegung der Kolben 4,5 wieder abfallen, während im Vergleich hiezu der zeitliche Verlauf der Gegenkraft der Feder 15 merklich abweicht, indem die Federkraft dauernd ansteigt, so dass gegen Ende der Bewegung umgekehrt durch die Federkraft ein überschüssiges, unausgeglichenes Kippmoment auf die Kolben ausgeübt wird.
Wenn nun beispielsweise mit der Feder 15 eine zusätzliche Masse 16, welche nur während eines Teiles des Flugkolbenhubes in Bewegung ist, verbunden wird, so muss zuerst für die Beschleunigung dieser Zusatzmasse 16 durch die Flugkolben eine zusätzliche Kraft aufgebracht werden, die zu der ansteigenden Federkraft hinzuzuzählen ist.
Diese zusätzliche Beschleunigungskraft nimmt aber rasch ab ; wenn die Masse 16 angenähert auf die Geschwindigkeit der Flugkolben gebracht ist ; werden dann schliesslich auf dem letzten Hubteil die Flugkolben stärker verzögert als die Masse 16, so ist keine zusätzliche Kraft von den Flugmassen mehr aufzubringen und sogar die zur Überwindung der ansteigenden Federkraft erforderliche Kolbenkraft kann vermindert werden, da die in Bewegung befindliche Masse 16 vermöge ihrer lebendigen Kraft die weitere Spannung der Feder mit übernimmt. Der zeitliche Verlauf der Arbeitskraft in Richtung des Pfeiles 12 und der auf den Kolben 4 wirkenden zusätzlichen Gegenkraft ist also angenähert gleich gehalten.
Ferner werden durch die infolge der Beschleunigung oder Verzögerung der Triebwerkstangen 6,7 auftretenden, in der Längsrichtung dieser Stangen wirkenden Massenkräfte ebenfalls auf die Kolben 4, 5 Kippmomente ausgeübt, so dass diese Kolben in Richtung der Pfeile 1. 3, 14 gedreht werden, also an diesen Stellen hohen Belastungen der Laufbüehsen und damit grossen Verschleiss- kräften bei ihrer Bewegung ausgesetzt sind.
Zum Ausgleich dieser Kippmomente werden erfindunggemäss an den Kolben zusätzliche Massen 17, 18 angeordnet, welche in derselben Längssehnittebene wie die Getriebestangen 6, 7 auf entgegengesetzter Seite der Kolben angeordnet sind. Diese zusätz- lichen Massen unterliegen den gleichen Beschleunigungsgesetzen wie die Gatriebestangen 6,7, so dass in jeder Kolbenstellung und zu jedem Zeitpunkt durch die zusätzlichen Massen 17. 18 Gegenmomente zum Ausgleich der Kippmomente der Massenkräfte, die durch die Getriebeglieder entstehen, vorhanden
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glieder 6,7 angeordnet, so müssen diese Massen. ebenso gross wie die Massen der Getriebeglieder selbst sein.
Wird aber beispielsweise der Abstand a der zusätzlichen Masse 17 von der Mittelachse kleiner gehalten als der Abstand b der Getriebestange 6, so müssen sich die Grössen der beiden Massen umgekehrt wie ihre Abstände von der Mittelachse verhalten. Auch die Massenkraft, welche durch die sich drehende Bewegung des Kupplungszahnrades 8 bedingt ist, kann durch Anordnung einer entsprechenden zusätzlichen Masse auf der Gegenseite der Kolben in ihrer Momentenwirkung ausgeglichen werden.
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