<Desc/Clms Page number 1>
Freiflugkolbenbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Freiflugkolbenbrennkraftmaschine mit gegenläufigen Kolben und einer parallel zur Zylinderlängsachse verlaufenden, sich zum Teil ausserhalb der Kraftmaschinenzylinder er- streckenden, schraubspindelartigen Synchronisierstange zur Kopplung der Verdichterkolben.
Es sind bereits Freiflugkolbenbrennkraftmaschinen bekanntgeworden, bei welchen an jedem Kom- pressorkolben eine Gewindespindel oder auch eine Gewindehülse starr befestigt ist, die daher jede Bewe- gung des Kolbens mitmachen. Zur Kupplung der Spindeln bzw. Hülsen sind nun Gewindehülsen bzw. im
Falle der Anordnung von Hülsen an den Kolben Gewindespindeln vorgesehen, die am Maschinengestell drehbar, aber gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert sind. Diese Maschinen haben den Nachteil, dass bei ihnen verhältnismässig grosse Kräfte aufgewendet werden müssen, um bei jedem Hub die Massen der Stangen in axialer Richtung zu beschleunigen und abzubremsen sowie um Kupplungshülsen bzw. die
Kupplungsspindeln in Rotation zu versetzen bzw. die Drehrichtung der letzteren umzukehren.
Um diesen Nachteil zu beseitigen wird eine Freiflugkolbenbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei welcher erfindungsgemäss die Synchronisierstange, die Verdichterkolben durchsetzen, durch die Verdichterzylinder hindurch verläuft und an ihren Enden drehbar und gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert ist, wobei die Durchtrittsstellen der Synchronisierstange im Verdichterkolben zur synchronen Relativbewegung der Verdichterkolben als Spindelmuttern ausgebildet sind.
Die Gewindespindel in der Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung macht keine axiale Bewegung mit und verzehrt daher nur geringe Kräfte, welche notwendig sind, um die Spindel in Rotation zu setzen bzw. die Rotationsrichtung immer wieder umzukehren.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Freiflugkolbenbrennkraftmaschine dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 einen axialen Längsschnitt der Maschine in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der Synchronisiervorrichtung, Fig. 3 einen Längsschnitt eines Teiles der Synchronisiervorrichtung in grösserem Massstab, die Fig. 4,5 und 6 Querschnitte verschiedener Formen der Synchronisierstange und die Fig. 7, 8 und 9 Längsschnitte der Verbindungsteile für die Synchronisierstange.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht die Freikolbenmaschine aus einem Kraftzylinder 1, den axial ausgerichteten Kompressionszylindern 2 und 3, den sich gegenüberstehenden Kraftkolben 4 und 5, die sich in dem Kraftzylinder 1 hin-und herbewegen, jeder derselben fest verbunden mit einem Verdichterkolben 6 bzw. 7, die sich in den Kompressionszylindern 2 bzw. 3 hin-und herbewegen. Eine ringförmige Scheibe 8 schliesst das innere Ende jedes Kompressionszylinders ab, eine kreisrunde Scheibe 9 dient dem gleichen Zweck am äusseren Ende jedes Kompressionszylinders. Ein Gehäuse 10 mit den Endverschlussplatten 11 umschliesst die ganze Maschine.
Die erfindungsgemässe Synchronisiervorrichtung besteht aus einer Stange 12, welche durch die Scheiben 8. die Kompressionszylinder 2 und 3, die Verdichterkolben 6 und 7 sowie die Scheiben 9 hindurchgeht, wobei die Enden dieser Stange innerhalb der Verschlussplatten 11 in den Drucklagern 13 in der axialen Lage gehalten werden und gelagert sind. Der mittlere Teil der Stange 12 kann in den Radiallagern 14 gelagert werden.
Die Teile der Stange 12 innerhalb der Zylinder 2 und 3 sind mit einer schraubenförmigen Aussparung, Nut od. dgl. 15 versehen. Die Bohrung 16 in jedem der Verdichterkolben 6 und 7 ist in ihrer Form komplementär gestaltet zu derjenigen des Querschnittes der Stange 12, d. h. ein Teil 17 jedes Kolbens greift in die Aussparung 15 der Stange 12 ein.
Die Abdichtung der Öffnungen in jedem der Bauelemente 2. 3. 6, 7, 8 und 9, durch welche die
<Desc/Clms Page number 2>
Stange 12. hindurchgeht, kann durch einen Dichtungsring 18 erfolgen.
Aus der Fig. 1 geht hervor, dass im Betriebe, wenn die Kolbenaggregate 4,6 und 5,7 sich hin-und herbewegen, die Teile 17 der Kolben 6 und 7 die schraubenförmigen Aussparungen 15 durchlaufen, wodurch nun die Stange 12 eine Drehbewegung erfährt. Infolgedessen werden die Kolbenaggregate 4,6 und 5. 7 in ihrer hin-und hergehenden Bewegung zueinander und auch hinsichtlich ihrer relativen Lage zu den übrigen Teilen der Maschine zwangsläufig synchronisiert.
Es ist wohl klar, dass zwecks zufriedenstellender Arbeitsweise die Teile 17 der Kolben 6 und 7 die schraubenförmigen Aussparungen 15 mit einem Mindestmass an Reibungswiderstand durchlaufen müssen.
Diese schraubenförmigen Aussparungen 15 müssen also genügend Steilgang haben, um die Selbstverriegelung der Elemente 17 in den Nuten zu verhindern.
Die Stange 12 kann mit einer axialen Bohrung 19 versehen werden, welche entweder für den Umlauf eines Kühlmediums verwendet werden kann oder als ein Kanal für den Ausgleich der Drücke in den verschiedenen Kammern, durch welche die Stange hindurchgeht.
Auf den mittleren Teil der Stange 12 kann ein Nocken bzw. eine Kurvenscheibe 20 aufgezogen werden zur Verwendung als Antriebs-und Steuerelement für die der Einspritzung des Kraftstoffes dienenden Teile und für sonstige Zubehörteile.
Wie wohl aus der Zeichnung klar hervorgeht, kann jede Schraubennut15 einen andern Steigungswinkel haben als''die andern, um sich der Anordnung der Auslassschlitze des Motors anzupassen. Ebenso ist es klar, dass dieses Ziel erreicht werden kann, indem man für die Stange 12 eine geringe Axialbewegung vorsieht, beispielsweise durch eine zusätzliche Schraubennut und ein in dieselbe eingreifendes Bauelement neben dem mittleren Teil der Stange. In dem letzteren Falle würde dann die Stange 12 natürlich nicht durch die Drucklager 13 in ihrer axialen Lage gehalten werden. Diese leichte Axialbewegung der Stange ergibt sehr geringe Trägheitskräfte.
Fig. 4 zeigt eine Stange 21, welche der Stange 12 gleichwertig ist, aber eine modifizierte Form derselben darstellt. Wie man sieht, hat die Stange 21 mehrere (hier vier) verhältnismässig breite Schraubennuten 22, die der schraubenförmigen Aussparung 15 entsprechen.
Fig. 5 zeigt eine Stange 23, welche eine weitere modifizierte Form der Stange 12 darstellt und mehrere (hier vier) verhältnismässig schmale Schraubennuten 24 hat.
Fig. 6 zeigt eine Stange 25 als eine weitere Modifikation der Stange 12 mit vier schraubenförmigen Aussparungen 26.
Wie klar ersichtlich ist, müssen die Kolben 6 und 7 komplementäre Oberflächen haben, welche in die Nuten oder Aussparungen 22,24 und 26 eingreifen. Ebenso ist es klar, dass viele andere wechselnde Formen schraubenförmiger Aussparungen entsprechend einer Führungsstange wie 12. 21, 23 und 25 verwendet werden können.
Es kann wünschenswert sein. zwischen der Synchronisierstange sowie den Kolben 6 und 7 eine elastische Verbindung vorzusehen, welche während jedes Hubes der Kolben die Trägheitskräfte aufnimmt.
Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, kann eine solche Verbindung aus einer Einbaubüchse 26 bestehen, welche beispielsweise eine Schraubennut 27 hat, die eine schraubenförmige Rippe 28 an der Synchronisierstange 21 aufnimmt. Die Büchse 26 wird in eine Aussparung 29 des Kolbens 7 eingebaut, wobei eine Halteplatte 30 vorgesehen ist, um die Büchse an Ort und Stelle zu halten. In einem äusseren Teil der Aussparung befindet sich eine Torsionsfeder 31, welche die Büchse umgibt und mit dem einen Ende bei 32 an der Büchse, mit dem andern Ende bei 33 an dem Kolben befestigt ist.
Nach der Fig. 8 besteht die Verbindung aus einer Einbaubüchse 34 mit einer Schraubennut 35, welche die schraubenförmige Rippe 28 aufnimmt. Die Büchse ist von einer Kautschukhülse 36 umgeben, welehe einerseits an der Büchse, anderseits an einer in den Kolben 7 fest eingezogenen Haltemuffe 37 haftet.
Nach Fig. 9 besteht die Verbindung aus einer Einbaubüchse 38 mit einer schraubenförmigen Nut 39, welche die schraubenförmige Rippe 28 aufnimmt. Die Büchse 38 ist am Kolben 7 durch einen Keil 40 festgekeilt, welcher in einer Keilnut 41 in dem Kolben gleitet, u. zw. in einer beschränkten hin-und hergehenden Bewegung gegenüber dem Kolben, begrenzt durch die federnden Unterlagscheiben 42, die in Aussparungen 43 in an dem Kolben angebrachten Halteböcken 44 sitzen.
Wie man sieht, ist hiemit eine Synchronisiervorrichtung geschaffen, bei welcher, selbst wenn das Gesamtgewicht der Vorrichtung im Vergleich zu den üblichen Vorrichtungen nicht vermindert wurde, die resultierenden Massenträgheitskräfte wesentlich herabgesetzt sind, wodurch es möglich wird, das Kolbengewicht zu reduzieren und damit die Frequenz der Maschine und infolgedessen auch ihre Leistung auf das Einheitsgewicht bezogen heraufzusetzen.
<Desc/Clms Page number 3>
Selbst wenn nur eine einzige Führungsstange gemäss vorliegender Erfindung auf nur einer Seite der
Maschine verwendet wird, ist doch der seitliche Druck im Vergleich zu dem Anbau einer üblichen Syn- chronisiervorrichtung auf nur einer Seite erheblich vermindert, woraus sich eine längere Lebensdauer der
Maschine ergibt.
Die vorliegende Erfindung sieht also ganz allgemein den Ersatz der hin-und hergehenden Massen bei den üblichen Synchronisiervorrichtungen durch eine sich verhältnismässig langsam drehende Masse vor.
Die Vorteile derselben können wie folgt zusammengefasst werden : a) Verminderte Massenträgheitskräfte mit den sich daraus ergebenden niedrigeren Beanspruchungen oder einer leichteren Konstruktion für die gleiche Kapazität ; b) vereinfachte Konstruktion, da eine Stange mehrere Teile ersetzt, wie sie bei den üblichen Vorrichtungen verwendet werden ; c) die Verwendung einer hohlen Führungsstange vermindert Gewicht und Trägheit, gestattet die Kühlung und/oder unterstützt den Ausgleich der Drücke in den verschiedenen Kammern ;
d) eine sich drehende Führungsstange ermöglicht es, zweckmässigerweise derselben ein Mittel zuzuordnen zum Betriebe einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder zum Antrieb sonstiger Zubehörteile ; e) da das Kolbengewicht herabgesetzt werden kann, sind bei gleicher Wärmebelastung höhere Geschwindigkeiten möglich, wodurch die Leistung je Gewichtseinheit der Maschine erhöht wird.
Wie bereits vorher angegeben wurde, kann ein Schraubengang in der Führungsstange dazu verwendet werden, derselben eine beschränkte axiale Bewegung zu erteilen, um die Auspuffschlitze des Motors asymmetrisch anordnen zu können. Eine, solche Anordnung ergibt eine weitere Gesamtverminderung in Grösse und Gewicht der Maschine.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Freiflugkolbenbrennkraftmaschine mit gegenläufigen Kolben und einer parallel zur Zylinderlängs- achse verlaufenden, sich zum Teil ausserhalb der Kraftmaschinenzylinder erstreckenden, schraubspindelartigen Synchronisierstange zur Kopplung der Verdichterkolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierstange (12), die Verdichterkolben (6,7) durchsetzend, durch die Verdichterzylinder (2,3) hindurch verläuft und an ihren Enden drehbar und gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert ist, wobei die Durchtrittsstellen der Synchronisierstange im Verdichterkolben zur synchronen Relativbewegung der Verdichterkolben als Spindelmuttern ausgebildet sind.