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Die Erfindung betrifft eine Heissgaskolbenmaschine der Verdrängerart. Es ist bekannt, solche Maschinen unter denen sowohl Heissgaskolbenmotoren, Kaltgaskühlmaschinen oder Wärmepumpen verstanden werden, die beiden letzten nach dem sogenannten umgekehrten Heissgaskolbenmotorprinzip arbeitend, derart auszubilden, dass die Maschine mit zwei gleichen und beiderseits einer Ebene durch die Maschinenmittellinie liegenden Kurbeln versehen ist ;
diese Kurbeln bilden Teile von zwei zueinander synchron, gleichphasig und in entgegengesetzter Richtung umlaufenden, mit Gegengewichten versehenen Kurbelwellen, deren Mittellinien zueinander parallel und symmetrisch beiderseits der erwähnten Ebene durch die Maschinenmittellinie in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Ebene durch die Maschinenmittellinie steht, wobei in den Verbindungen zwischen dem Kolben bzw. Verdränger und den Kurbeln auf den Kurbelwellen je eine Kolbentriebstange bzw. Verdrängertriebstange vorhanden ist.
Die Kolbentriebstangen sind dabei von gleicher Länge und auch die Verdrängertriebstangen haben gleiche Länge ; die sich geradlinig bewegenden Teile der Kolbentriebstangen liegen an einer Seite und die sich entsprechend bewegenden Teile der Verdrängertriebstangen liegen an der andern Seite der Ebene durch die Kurbelwellenmittellinien, und in jeder an einer Seite einer Ebene durch die Zylindermittellmie liegenden Maschinenhälfte ist eine der dort vorhandenen Triebstangen mit zwei Schwenkpunkten und einem Drehpunkt versehen, wobei letzterer an der Kurbel angreift, während die andere Triebstange nur zwei Schwenkpunkte hat, wobei die erstere Triebstange in ihrem sich geradlinig bewegenden Schwenkpunkt mit dem Kolben bzw.
dem Verdränger gekuppelt ist, und der zweite Schwenkpunkt dieser Triebstange mit einem der Schwenkpunkte der Triebstange mit zwei Schwenkpunkten zusammenwirkt, deren anderer sich gleichfalls geradlinig bewegender Schwenkpunkt mit dem Verdränger bzw. dem Kolben gekuppelt ist.
Bei einer Maschine der oben beschriebenen Bauart wird in einfacher Weise der erforderliche Phasenunterschied zwischen der Verdrängerbewegung und der Kolbenbewegung erzielt. Ausserdem kann die Maschine verhältnismässig gut ausbalanziert werden.
Bei dieser bekannten Maschine wäre es zur Erzielung einer vollständigen Ausbalanzierung erforderlich, dass die beiden Triebstangen einen Drehpunkt haben, mit dem sie um dieselbe Kurbel umlaufen.
Diese Ausführungsform hat bauliche Nachteile, so dass bei der bekannten Maschine eine der Triebstangen zwei Schwenkpunkte und einen Drehpunkt und die andere Triebstange zwei Schwenkpunkte besitzt, wobei die Triebstangen in nur einem Schwenkpunkt miteinander verbunden sind und somit an der Kurbel der Maschine nur eine der Triebstangen angreift. Mit dieser baulich anreizenden Ausführung und bei den dort angegebenen Abmessungen der Triebstangen lässt sich eine vollständige Ausbalanzierung aber nicht erzielen.
Es hat sich ergeben. dass die Möglichkeit einer vollständigen Ausbalanzierung auch bei der bekannten baulich einfachen Ausführungsform trotzdem erreicht werden kann, wenn nach der Erfindung bestimmte Beme. Ksungsvorschriften erfüllt sind.
Die Maschine nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Abstände auf allen Triebstangen zwischen den auf diesen Triebstangen liegenden Schwenkpunkten einander gleich sind und dass die Grösse der einzelnen bewegten Massen sowie ihre gegenseitigen Abstände so bemessen und ihre Lage zu-
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auf die Schwenkptunkte reduzierten Massen und die Abmessungen und Lagender Triebwerksteile nachstehenden Beziehungen entsprechen :
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wobei m 1 = die Masse die in dem Schwenkpunkt konzentriert gedacht ist, an dem die Triebstange mit zwei Schwenkpunkten und einem Drehpunkt mit dem Kolben bzw. dem Verdränger gekuppelt ist, und die aus der Hälfte der Masse des Kolbens bzw. des Verdrängers und der gegebenenfalls vorhandenen Kolbenbzw.
Verdrängerstange mit den zugehörigen Kupplungsteilen samt demjenigen Teil der Masse dieser Triebstange besteht, der bei Aufteilung der Triebstangenmasse gemäss der Hebelregel über den Drehpunkt und die Schwenkpunkte auf diesen Schwenkpunkt entfällt ; m2 = die Masse, die im Drehpunkt der Triebstange mit zwei Schwenkpunkten und einem Drehpunkt konzentriert gedacht ist und die bei Aufteilung der Masse dieser Triebstange gemäss der Hebelregel auf diesen Drehpunkt entfällt ; mg = die Masse, die im gemeinsamen Schwenkpunkt der beiden Triebstangen konzentriert gedacht ist und die bei Aufteilung der Triebstangenmassen gemäss der Hebelregel auf diesen gemeinsamen Schwenkpunkt entfällt ;
m4 = die Masse, die in dem Schwenkpunkt konzentriert gedacht ist, an dem die Triebstange mit nur zwei Schwenkpunkten mit dem Verdränger bzw. dem Kolben gekuppelt ist, und die aus der Hälfte der Masse des Verdrängers bzw. des Kolbens und der gegebenenfalls vorhandenen Verdränger- bzw. Kolbenstange mit den zugehörigen Kupplungsteilen samt demjenigen Teil der Masse dieser Triebstange besteht, der bei Aufteilung der Triebstangenmasse gemäss der Hebelregel über die Schwenkpunkte auf diesen Schwenkpunkt entfällt ;
II15 = die Masse des Gegengewichtes m6 = die Masse der Kurbel, die in deren Schwerpunkt konzentriert gedacht ist, À = der Radius der Kurbel, geteilt durch den Abstand zwischen dem Drehpunkt der Triebstange mit einem Drehpunkt und zwei Schwenkpunkten und dem zu dieser Triebstange gehörigen Schwenkpunkt, der mit dem Kolben bzw. dem Verdränger gekuppelt ist ; u = der Abstand zwischen dem Drehpunkt der Triebstange mit einem Drehpunkt und zwei Schwenkpunkten und dem zu dieser Triebstange gehörigen Schwenkpunkt, mit dem der Schwenkpunkt der zweiten Triebstange verbunden ist, geteilt durch den Kurbelradius ; = der Winkel, der bei der Triebstange mit zwei Schwenkpunkten und einem Drehpunkt zwischen den Verbindungslinien der Schwenkpunkte mit dem Drehpunkt eingeschlossen ist :
; dieser Winkel wird gemessen von der den Drehpunkt mit dem geradlinig geführten Schwenkpunkt verbindenden Linie ausgehend zur Maschinenlängsmittelebene hin ; y ;) = der Winkel zwischen den Radien durch den Gegengewichtsschwerpunkt und dem Drehpunkt. Zur Messung wird der Drehpunkt in eine rechtwinkelig zu der durch die beiden Kurbelwellenachsen gelegten Ebene liegende Stellung gebracht ; liegendrehpunkt und der geradlinig geführte Schwerpunkt der gleichen Triebstange auf verschiedenen Seiten der Kurbelwellenebene, so wired 10 von dem Radius durch den Drehpunkt ausgehend von der Maschinenlängsmittelebene weg verlaufend gemessen ;
liegen der Drehpunkt und der geradlinig geführte Schwenkpunkt der gleichen Triebstange auf der gleichen Seite der Kurbelwellenebene, so wird yo von dem Radius durch den Drehpunkt ausgehend zur Maschinenlängsmittelebene hin. verlaufend gemessen ;
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Unter der Hebelregel wird, wie üblich, die Regel verstanden, nach der die algebraische Summe der Massen, die in den erwähnten Punkten konzentriert und mit ihren Hebelarmen multipliziert sind, im vorliegenden Fall den Abständen von den Punkten bis zwei beliebig zu wählende, durch den Schwerpunkt gehende und in derselben Ebene wie die in dieser Ebene projizierten Punkte liegenden Linien, gegenüber diesen Linien gleich Null ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert.
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine Heissgaskolbenmaschine der Verdrängerart dar. Fig. 2 stellt zur Erklärung des verwendeten Ausdrucks"Hebelregel"eine Triebstange mit zwei Schwenkpunkten und einem Drehpunkt, mit in diesen Punkten konzentrierten Massen dar, die in einem Schwenkpunkt aufgehängt ist. Fig. 3 stellt die Triebstange nach Fig. 2 dar, die jetzt aber in einem andern Schwenkpunkt aufgehängt ist, und die Fig. 4,5, 6 und 7 stellen schematisch vier verschiedene Ausführungen des Triebwerkes dar.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Zylinder einer Heissgaskolbenmaschine, in dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 beweglich sind. Das obere Ende des Zylinders besteht aus einem Zylinderkopf 4, der auf der Innenseite Flügel 5 besitzt, wogegen auf der Aussenseite Flügel 6 vorhanden sind. Ein Futter 7 bildet die Abtrennung zwischen den Flügeln 5 und einem Regenerator 8 gegenüber dem Inneren des Zylinders. Der Zylinder 1 hat ferner Öffnungen 9, die mit einem Raum in Verbindung stehen, in dem sich Flügel 10 befinden, die an einem Körper 11 befestigt sind, der an der Aussenseite Rippen 12 aufweist. Die Flügel und Rippen bilden dann das Kühlsystem. Um den Zylinderkopf herum befindet sich ein Körper 13,. in dem ein schematisch dargestellter Brenner 14 angeordnet ist.
Die Verbrennungsgase streichen längs der Flügel 6 und verlassen den Körper 13, nachdem sie ihre Wärme abgegeben haben, durch den Abfuhrkanal 15 hindurch. Der Zylinderkopf 4 wird durch Bolzen 16 auf dem Körper 11 befestigt, der gleichfalls durch Bolzen 17 mit einem Kurbelkasten 18 verbunden ist. Durch diese Bolzen wird gleichzeitig der Zylinder 1 mit dem Kurbelkasten 18 fest verbunden. Der Kolben 3 ist mit einer hohlen Kolbenstange 19 versehen. Um eine Welle 20, die mit der Kolbenstange 19 fest gekuppelt ist, können die Köpfe 21 zweier Kolbentriebstangen 22 schwenken und eine mit dem Verdränger fest gekuppelte Verdrängerstange 23 ist durch die Kolbenstange 19 und die Welle 20 hindurchgeführt. Die Kolbentriebstangen 22 besitzen weiterhin zwei Lagerteile 24, die um Kurbelzapfen 25 drehbar sind. Zwischen den Lagerteilen 24 und den Kurbelzapfen 25 sind Kugellager angeordnet.
An den Lagerteilen 24 sind stangenförmige Ansätze 26 starr angebracht, in denen sich Zapfen 27 befinden, um die zwei Verdrängertriebstangenköpfe 28 schwenken können. Am andern Ende der Verdrängertriebstangen 29 befinden sich Köpfe 30, die beide um eine Welle 31 schwenken, die an der Verdrängerstange 23 starr befestigt ist. Die Kurbelzapfen 25 sind exzentrisch auf den Wellen 32 angeordnet, welche durch Zahnräder 33 miteinander verbunden sind und auf denen mittels Schrauben 34 Gegengewichte 35 angebracht sind. Der Kurbelkasten 18 ist mittels eines Deckels 36 verschlossen, so dass der ganze Kurbelkasten gegebenenfalls mit Öl gefüllt werden kann.
Die Abstände zwischen dem Schwenkpunkt 20 und dem Schwenkpunkt 27 sind bei den beiden Kol- bentriebstangen22gleich und ebenfalls genau gleich den Abständen-zwischen den Schwenkpunkten 31 und 27 der Verdrängertriebstangen 29 : der Winkel ag zwischen den Linien 27 - 25 und 25 - 20, das Gewicht des Gegengewichtes 35 und der Winkel yo zwischen der Verbindungslinie der Mitte des Kurbelzapfens 25 mit der Mitte der Kurbelwelle 32 und der Verbindungslinie des Schwerpunktes des Gegengewichtes 35 mit der Mitte der Kurbelwelle 32 sind gemäss den nachher anzugebenden Gleichungen bedingt.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Triebstange 50 dargestellt, die in T einen Drehpunkt und in den Punkten Z und S einen Schwenkpunkt besitzt. Der Drehpunkt T ist mit der Kurbel verbunden : der Schwenkpunkt Z ist mit dem Kolben und der Schwenkpunkt S mit dem Verdränger verbunden gedacht. Es ist einleuchtend, dass die drei in den Punkten Z, T und S konzentriert gedachten Massen ml, m und m3 leicht bestimmt werden können, da die Stange bei Aufhängung in Z in Ruhe ist, wenn die algebraische Summe der Momente m. a und mg. ag gegenüber den Senkrechten durch Z gleich Null ist und dies in Fig. 3 der Fall ist, wenn mi. al = m2. a4. wobei die Stange in S aufgehängt ist. Weiterhin muss mi+ m2 + m3 gleich der ganzen Masse der Stange 50 sein.
In den Fig. 4,5, 6 und 7 sind vier verschiedene Triebstangenausführungen schematisch dargestellt, wobei vorausgesetzt ist, dass die Kolbenstange immer mit dem Punkt Z und die Verdrängerstange immer mit dem Punkt V verbunden ist. Die Mittellinie der Kurbelwelle ist mit 01 bezeichnet und der Kurbel-
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zapfen trägt den Buchstaben T. Mit diesem Kurbelzapfen ist eine Triebstange 101 verbunden. Bei der Triebstange 101 ist der zweite Schwenkpunkt, mit dem die Verdrängertriebstange verbunden ist, mit S bezeichnet. Der Abstand zwischen dem Drehpunkt T und dem Schwenkpunkt S beträgt v und der Winkel zwischen Z - T und T - S ist gleich go. Der Schwerpunkt des Gegengewichtes trägt den Buchstaben W und der relative Abstand zwischen Wund 01ist mit po angedeutet.
Auf ähnliche Weise ist K der Schwer-
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Nach der Erfindung ist der Abstand S-V gleich dem Abstand Z-S. Von den Massen mi, m, ms, m, ms und ms bestehen die Massen m i und m4 aus der Hälfte der Massen des Kolbens bzw. des Verdrän- gers und der etwa vorhandenen Kolben- bzw.
Verdrängerstange mit zugeordnetem Kupplungsmechanismus samt dem gemäss der Hebelregel bedingten Gewicht des Triebstangenteiles ; mg ist die Summe der Restgewichte der Triebstangen nach der Zuweisung in mi, m und m mist die gemäss der Hebelregel im Drehpunkt konzentrierte Masse der Stange 101 : ms ist die im Schwerpunkt W konzentrierte Masse des Gegengewichtes und m ist die Masse der Kurbel, die im Schwerpunkt K dieser Kurbel konzentriert ist. Die Masse m ; wird durch die Gleichung
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- WSchliesslich ist der Winkel zwischen 01- Wund 01- K. der mit)'0 bezeichnet ist, durch
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bedingt.
Die mit 101 bezeichnete Triebstange Z - S - T hat in den Fig. 4. 5,6 und 7 jeweils eine andere Gestalt ; in den Fig. 4 und 6 ist die Stange geknickt und in den Fig. 5 und 7 geradlinig. Weiterhin liegt in den Fig. 4 und 7 der Drehpunkt zwischen zwei Schwenkpunkten, jedoch bei der Stange nach den Fig. 5
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Fig. 6 dagegen ist #0 wieder ein spitzer Windkel#ZTS.