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Freikolbenmotor, insbesondere für Brennkrafthämmer
Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor, insbesondere für Brennkrafthämmer, dessen von den Verbrennungsgasen beaufschlagter Arbeitskolben unter der Kraft einer den Rückhub bewerkstelligenden Feder steht.
Bei bekannten Brennkrafthämmern wird der als Schlagkolben dienende Arbeitskolben nach Abgabe seiner kinetischen Energie durch gespannte Luft- oder Schraubenfedern in seine obere Totpunktlage zu- rückgebracht, wo er nach dem Stillsetzen des Werkzeuges oder beim Ausbleiben einer nachfolgenden Explosion des im Verbennungsraum eingeschlossenen Frischgasgemisches seine Ruhelage besitzt.
Derartige Antriebsaggregate mit einem einseitig federbelasteten Arbeitskolben sind bei kurzzeitigen Zündaussetzern oder bei vorübergehende Mangel an zündfähigem Gasgemisch schwer in Gang zu halten. Ausserdem können dieselben nur mittelseineseinzigen. mehrmalsaufzuwendendenEinzelhubes gegen die volle Federkraft der Rückholfeder angelassen werden.
Bei andern bekannten Werkzeugen, die einen freifliegenden, einseitig federbelasteten Schlagkolben und einen zweiten im gemeinsamen Zylinder auf einem Kurbeltrieb arbeitenden Kolben eines Verbren-
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den Störungen geringer, dagegen besitzen derartige Werkzeuge im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine geringe Leistungsfähigkeit.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten und insbesondere, um bei kurzzeitigen Störungen nicht einen völligen Stillstand des Aggregates in Kauf nehmen zu müssen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, den Arbeitskolben im Ruhezustand durch eine Federung inForm einer oder mehrerer Federn in einer zwischen den beiden Totpunktlage befindlichen Stellung zu halten, wobei die Eigenfrequenz des von der Masse des Arbeitskolbens und der mit diesem verbundenen Teile einerseits und von der Kennlinie der Federung ander seits abhängigen Schwingungssystems in den für den Motor vorgesehenen Hubzahlbereich fällt.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird erreicht, dass vom Arbeitskolben eine erzwungene Schwingung ausgeführt wird, die bei entsprechender Wahl von Kolbenmasse und Federkonstanten bei kurzzeitigen Unterbrechungen und Störungen als freie gedämpfte Schwingung erst nach einigen Arbeitstakten ausklingt, so dass ein einwandfreies Weiterarbeiuen bei Aufhören der Störung von selbst gegeben ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Anordnung einer im Gehäuse zwischen zwei Anschlägen entgegen einer Feder axial verschiebbaren Verstellhülse, an deren Boden sich die Federn gegenseitig abstützen.
Die Verstellhülse kann erfindungsgemäss mittels einer Nase in einer denLeerlauf des Motors bewirkenden Stellung gehalten werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Freikolbenmotors auf Brennkrafthämmer dient die axial verschiebbare Verstellhülse zur Aufnahme des Werkzeuges.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Freikolbenmotors mit einem von einem zweiten Kolben bewegten Kurbeltrieb für die Nebenaggregate besteht darin, dass zwischen den beiden Federn ein auf der Kolbenstange für den ersten Kolben axial bewegliches Gleitstück mit beiderseitig angelenkten Pleuelstangen vorgesehen ist, die mit gegenüber der mittleren Kurbel um 1800 versetzten zusätzlichen Kröpfungen der Kurbelwelle drehbar verbunden sind.
Diese Ausführungsform besitzt infolge der gegenläufigen Kolben einen verbesserten Massenausgleich und ergibt durch den vergrösserten Hubraum erhöhte Leistungen.
Schliesslich wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, zum Halten des Arbeitskolbens in einer zwischen den Totpunktlagen befindlichen Stellung eine um einen Zapfen drehbare Feder vorzusehen, die mit ihren
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freien Enden einerseits an einem an der Kolbenstange befestigten Gabelstück und anderseits an einer Pleuelstange des die Nebenaggregate antreibendenKurbeltriebes angelenkt ist. Diese Ausführungsform stellt eine besonders einfache Lösung des Erfindungsgedankens dar, die ausserdem den Vorteil besitzt, dass der über die Feder mit dem Arbeitskolben gekoppelte Kurbeltrieb das Anwerfen des Motors erleichtert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an einem Brennkrafthammer dargestellt. Es zeigen : Fig. l einen Brennkrafthammer, dessen Schlagkolben gleichzeitig Arbeitskolben ist, im Längsschnitt, Fig. 2 einen Brennkrafthammer mit zwei in einem Zylinder angeordneten Arbeitskolben in sche- matischer Darstellung und Fig. 3 einen Brennkrafthammer, dessen Schlagkolben über eine Feder mit einem Kurbeltrieb gekoppelt ist, in schematischer Darstellung.
Der brenngasgetriebene Arbeitskolben 1 arbeitet derart mit den Federn 2 und 3 zusammen, dass er um eine Mittellage eine erzwungene gedämpfte Schwingung ausführt. Diese ist gegeben durch die Abstimmung der beiden Federn 2 und 3 und durch die Lage der Verstellhülse 4. Die Verstellhülse 4 nimmt in ihrem unteren Ende das Einsteckwerkzeug 5 auf und ist gegen die Kraft der Feder 6 im Gehäuse 7 axial verschiebbar. Die am Gehäuse 7 angebrachte Sperrvorrichtung 8 hält die Verstellhülse 4 in einer Stellung, die den Leerlauf des Werkzeuges gestattet, d. h. es erfolgen keine Schläge des Arbeitskolbens l auf das Einsteckwerkzeug 5. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Federn 3 und 6 gegen die Kraft der Feder 2 eine Hubverkürzung des Arbeitskolbens 1 bewirken. Die Feder 2 speichert somit die Leerlaufenergie in dieser Stellung der Hülse 4.
Zur AbgÅabe der vollen Schlagleistung wird in bekannter Weise das Werkzeug gegen das zu bearbeitende Material gedrückt. Dabei verschiebt sich die Verstellhülse 4 gegen die Feder 6 im Gehäuse 7 bis zum oberen Anschlag. Der Abstand zwischen Arbeitskolben 1 und Einsteckwerkzeug 5 wird vermindert und damit der Verdichtungsgrad des Frischgasgemisches im Zylinder, so dass bei Vollgasstellung die volle Schlagleistung auf das Einsteckwerkzeug 5 abgegeben wird.
Es ist dabei sehr vorteilhaft, dass die Schlagleistung kontinuierlich zu verändern ist, je nach der Einstellung des Vergasers und durch den Anpressdruck des Werkzeuges durch den Arbeiter, wobei die Feder 6 der Verstellhülse 4 entsprechend dem jeweiligen Anpressdruck eine bestimmte Lage zwischen der Leerlaufstellung und dem oberen Anschlag im Gehäuse 7 zuordnet. Bei Zündaussetzern oder andern kurzzeiti- genstörungen führt der Arbeitskolben l noch einige freie gedämpfte Schwingungen aus, so dass eine Stilllegung des Werkzeuges nicht sofort eintreten kann.
Zum Anwerfen wird die Sperrvorrichtung 8 gelöst. Dabei schiebt die Feder 6 die Verstellhülse 4 gegen den unteren Anschlag im Gehäuse 7, die Feder 3 den Arbeitskolben 1 in seine untere Totpunktlage. Während dieses Vorganges wird Frischgas angesaugt und beim Aufschlagen des Schlagkolben gegen das Einsteckwerkzeug 5, wobei sich die geschilderten Vorgänge in umgekehrter Richtung wiederholen, wird Frischgas im Zylinder verdichtet und zur Zündung gebracht. Die Zündeinrichtung ist nicht eingezeichnet.
Sie kann in bekannter Weise durch eine Batterie-Zündanlage gebildet werden.
Vorteilhaft ist es, am Arbeitskolben 1 ausser dem Unterbrechernocken einen permanenten Magneten und an der Verstellhülse 4 die Polschuhe und die Feldwicklung zu befestigen, sowie den Unterbrecher eines daraus gebildeten Magnetzünders. Dadurch wird mit dem Verstellhülsenausschlag gleichzeitig der Zündzeit- punkt verlegt.
Entsprechend Fig. 2 bewegt sich der Arbeitskolben 1 mit dem zweiten Kolben 9 in einem gemeinsamen Zylinder 13 eines im Zweitakt arbeitenden Verbrennungsmotors. Bei der Expansion der zwischen den beiden Kolben eingeschlossenen Brenngase entfernen sich die Kolben voneinander. Der Kolben 9 bewegt dabei über das Pleuel 14 die dreifach gekröpfte Kurbelwelle 15 mit demMagnetzünder 16 und den Lüfterschaufeln 17. An der Kurbelwelle 15, an gegenüber der Kurbel für den zweiten Kolben um 1800 versetzten zusätzlichen Kröpfungen 11, sind die Pleuel 18 angelenkt, welche über dasgleitstück 19 und die Feder 10 auf den Arbeitskolben 1 wirken.
Die Feder 12 ist so bemessen und mit der Feder 10 und der Masse des Arbeitskolbens 1 abgestimmt, dass beim Betrieb des Werkzeuges mit der Eigenfrequenz des Schwingungssystems die zur Verdichtung erforderliche Arbeit geleistet und im Leerlauf ein Aufschlagen des Arbeistkolbens 1 auf das Einsteckwerkzeug 5 vermieden wird.
Gemäss Fig. 3 wird der im Zylinder 20 hin- und hergehende Arbeitskolben 1 mit einer Kolbenstange versehen, an der ein Gabelstück 21 befestigt ist. Dieses ist mit einer bei 22 drehbar gelagerten Feder 23 gelenkig verbunden. Diese Feder 23 stellt so über das Pleuel 24 eine elastische Koppelung zwischen dem Arbeitskolben 1 und der Kurbelwelle 25 her. Die Kurbelwelle 25 liefert die zur Zündstrom - und Kühlluft- erzeugung erforderliche Drehbewegung und zusammen mit der Feder 23 die zur Kompression des Frischgases im Zylinder benötigte Verdichtungsarbeit.
Die Übersetzung zwischen Kurbeltrieb 25 und Arbeitskolben 1 sowie die Federcharakteristik der Feder 23 sind so bemessen, dass im Leerlauf eine Abgabe von Schlagarbeit nicht erfolgen kann. Im Resonanz-
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bereich des aus der Masse des Schlagkolben 1, der Feder 23 und dem Trägheitsmoment der Kurbelwelle 25 gebildeten Schwingungssystems wird bei Vollgas die volle Schlagleistung vom Arbeitskolben 1 auf das Einsteckwerkzeug 5 übertragen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Freikolbenmotor, insbesondere für Brennkrafthämmer, dessen von den Verbrennungsgasen beauf- schlagter Arbeitskolben unter der Kraft einer den Rückhub bewerkstelligendenFeder steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (1) im Ruhezustand durch eine Federung in Form einer oder mehrerer Federn (2,3 bzw. 10, 12 bzw. 23) in einer zwischen den beiden Totpunktlagen befindlichen Stellung gehalten ist, wobei die Eigenfrequenz des von der Masse des Arbeitskolbens und der mit diesem verbundenen Teile einerseits und von der Kennlinie der Federung anderseits abhängigen Schwingungssystems in den für den Motor vorgesehenen Hubzahlbereich fällt.