CH324828A - Free piston machine - Google Patents

Free piston machine

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CH324828A
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Cyril Perrott Francis
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Cyril Perrott Francis
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

  

      Freikolbenmaschine       Vorliegende Erfindung bezieht sich auf,  eine     Freikolbenmaschine    jener Gattung, die  einen Zylinder und eine     Freikolbeneinheit     aufweist und die durch Verbrennung von  Brennstoff im besagten Zylinder betrieben  wird. Eine solche Maschine, die als Kompres  sor oder     Treibgaserzeuger    verwendet werden  kann, eignet sich besonders zur Lieferung von  Brenngasen mit oder ohne komprimierte Luft  an Gasturbinen, Kraftanlagen oder von kom  primierter Luft an Luftturbinen oder an  Kraftanlagen mit Dampf- und mit Gasturbi  nen.  



  Hauptzweck der Erfindung ist. die Schaf  fung einer verbesserten     Konstruktion    einer  solchen Maschine.  



  üblicherweise sind Kolbenverdichter mit  Kurbelwelle und Pleuelstangen an eine sepa  rate Energiequelle angeschlossen, so, dass die  Anlage nicht nur schwer und kostspielig  wird, sondern auch mannigfaltige andere       'Yachteile    aufweist. Die Erfindung bezweckt  auch die Herabsetzung des Gewichtes und der  Baukosten von Verdichtern.  



       Freikolbenkompressoren        mit    innerer Ver  brennung und     Treibgaserzeuger    von bekann  ter Bauart haben zwei primäre hin und her  laufende Kolbeneinheiten, die je aus einem  grossen und einem kleinen Kolben bestehen,  welche starr     miteinander    verbunden sind,  wobei alle vier Kolben axial aufeinander aus  gerichtet sind. Die zwei kleinen Kolben arbei  ten in einem gemeinsamen Zylinder, während    die grossen Kolben je in einem zugehörigen  Zylinder arbeiten; die     Verbrennung    erfolgt       gewöhnlich    zwischen den kleinen Kolben.

   Ein  kleiner Kolben ist direkt mit einem zugehöri  gen grossen Kolben gekuppelt     und    die Kolben  paare sind so miteinander verbunden, dass die  Kolbeneinheiten gleichphasig in entgegen  gesetzten Sinnen hin und her laufen, und  zwar durch     die'Verbrennung    voneinander weg  und durch die in den grossen Zylindern ver  dichtete Luft gegeneinander gestossen werden.  Durch     im    Deckel des einen oder der beiden  grossen Zylinder angeordnete     Einwegventile     und Öffnungen hindurch kann verdichtete  Luft ausgelassen werden zwecks weiterer Ver  wendung, oder in den kleineren     gemeinsamen     Zylinder eingelassen werden, in welchem die  Verbrennung stattfindet.  



  Die bekannten     Freikolbenkompressoren     sind von manchen der Nachteile befreit, die  den Turboverdichtern anhaften,     hingegen     mass in ihnen für einen gleichmässigen     .Lauf     gesorgt werden. Zu diesem Zweck     müssen    be  stimmte Verhältnisse in der Grösse der grossen  und der kleinen Zylinder gewählt werden, die  es     veriuunöglichen,        da.ss    diese     Zylinder    ledig  lich vom Standpunkte der erforderlichen Ver  dichtung aus     dimensioniert    werden.

       Ein    ande  rer Nachteil dieser Bauart von Verdichtern  besteht darin, dass nur einer der grossen Zylin  der benützt werden     kann    zur Verdichtung von  ausserhalb des Kompressors verwendbarer       Luft,    während der andere grosse Zylinder als      Luftkissen dienen muss zur Gleichmässig  gestaltung des Laufes wenn nicht ein beson  derer     Luftkissenzylinder    vorgesehen werden  soll.

   Zur Erzielung eines. gleichmässigen  Laufes ist es ferner notwendig, dass der die  aussen zu verwendende Luft     .liefernde    Zylin  der einen grossen     Totraum.    aufweist, was nicht  unbedingt sich auf den     Gesamtwirkungsgr    ad  schlecht auswirken muss, wohl aber auf die  Leistung des     Kompressors,    so dass dieser für  eine gegebene Leistung grösser gebaut werden  muss.

   Zur Erzielung eines gleichmässigen  Laufes ist es auch angezeigt, die in dem klei  nen Zylinder verbrannte Brennstoffmenge  herabzumindern, woraus sich wieder eine       Verminderung    der Leistung des Kompressors  ergibt.<B>-</B>Dies zusammen mit der Verwendung  von langsam arbeitenden Einwegventilen  führt zu einer Herabsetzung der zulässigen  Arbeitsgeschwindigkeit des Kompressors und  somit zu einer weiteren Verminderung der  erzielbaren Leistung. Unter     Berücksichtigung     all     dieser    Faktoren kam man dazu, recht  schwerfällige     Freikolbenkompressoren    oder       -treibgaserzeuger    zu bauen, die sich für Gas  turbinenkraftanlagen oft nicht eignen.

   Zudem  rufen Änderungen der abgenommenen Lei  stung oft solche des Verdichtungsverhältnisses  hervor, was natürlich den     Wirkungsgrad    her  absetzt.  



  Zweck dieser Erfindung ist die Schaffung  einer     Freikolbenmaschine,    bei der gewisse  oder alle diese Nachteile weitgehend vermin  dert oder gar ganz beseitigt sind.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine Frei  kolbenmaschine, mit einem Paar Zylinder, in  welchen miteinander     gekuppelte    Freikolben  einheiten abwechslungsweise     Verdichtungs-          und    Arbeitshübe ausführen, dadurch gekenn  zeichnet, dass die Anordnung so getroffen ist,  dass während im einen Zylinder ein Arbeits  hub stattfindet, im andern ein Verdichtungs  hub stattfindet, und dass ferner von jeder  Kolbeneinheit verdichtete Gase aus dem Zylin  der abgelassen werden, während die Energie  der im Zylinder verbleibenden Gase benützt  wird zur Ausführung eines Verdichtungshubes  im andern Zylinder.    Die aus den Zylindern abgelassenen ver  dichteten Gase können Luft mit oder ohne Bei  mischung von Verbrennungsprodukten sein.  



  Eine bevorzugte Ausführungsform des  Erfindungsgegenstandes ist     gekennzeichnet     durch ein Paar von     aneinanderstossenden     Zylindern, ein Paar von Freikolben in jedem  Zylinder, je eine Verbindung des äussern       bzw.        innern    Kolbens des einen Zylinders mit  dem entsprechenden äussern bzw. innern Kol  ben des andern Zylinders, so dass die entspre  chenden Kolben sich miteinander bewegen,  wobei die Anordnung so getroffen ist, dass  während im einen Zylinder ein Arbeitshub  stattfindet, im andern Zylinder ein Verdich  tungshub stattfindet, ferner durch Mittel zur  Einführung von Brennstoff in die Zylinder.  



  Beiliegende Zeichnung- stellt einige Aus  führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan  des dar.  



       Fig.    1 ist eine schematische Darstellung  einer     Gasturbinenkraftanlage    mit Treibgas  generator.  



       Fig.    2 ist ein Längsschnitt einer ersten  Ausführungsform des     Treibgasgenerators.          Fig.    3 ein Längsschnitt einer zweiten Aus  führungsform des     Treibgasgenerators.     



       Fig.    4 ist ein Querschnitt längs der Linie       X-X    der     Fig.    3.  



       Fig.    5     ist    ein Längsschnitt eines Teils der       Taumelscheibenwelle,    wobei die Drehzapfen  auf einen der     Taumelscheibenarme    ausgerich  tet sind.  



       Fig.    6 ist ein Querschnitt längs der Linie       Y-Y    der     Fig.    3.  



       Fig.    7 ist ein Aufriss, teilweise im Längs  schnitt, einer Variante eines der Kolben der  Ausführungsform nach     Fig.    3.  



       Fig.    8 ist ein Querschnitt längs der Linie       Z-Z    der     Fig.    7.  



       Fig.    9 ist eine schematische Darstellung  einer Ausführungsform des     Treibgasgenera-          tors,    die zehn Kolben aufweist, und       Fig.    1.0 ist ein Schnitt längs der Linie       .4-A    der     Fig.    9.  



  Die in     Fig.    1 dargestellte Kraftanlage  weist einen     Axial-Turboverdichter    10 auf, der      durch eine Leitung 11 hindurch einen generell  mit 12 bezeichneten     Tr        eibgasgenerator    speist:  Die     Verbrennungsprodukte    strömen von letz  terem durch eine Leitung 13 einer     Gasturbine     14 zu, die über eine Welle 15 den Verdichter  10 antreibt. Die aus der Turbine. 14 ausströ  menden Gase gelangen in     eine        Gasturbine    16,  die über eine Welle 17 Nutzleistung abgibt  und die Gase an der Stelle 18 in die Atmo  sphäre ausströmen lässt.

   Ferner strömt Luft  mit oder ohne Verbrennungsprodukte vom       Treibgasgenerator    12 durch eine Leitung     15a     zu einer Hochdruckturbine 19, die über eine  Welle 20 Nutzleistung abgibt. Die aus dieser  Turbine ausströmenden Gase werden durch  eine Leitung 21 in die Leitung 13 geführt  und tragen zum Antrieb der Turbinen 14, 16  bei. Die Wellen 17 und 20 treiben mittels eines  Getriebes 22 eine     Nutzleistungsübertragungs-          welle    23 an. Die Austrittsseite der Turbine  könnte,     anstatt        durch    die Leitung 21 mit der  Leitung 13 verbunden zu sein, durch eine  Leitung 24 mit der Leitung 11 verbunden sein.  



       Gewünschtenfalls    könnte zwischen dem  Verdichter 10 und dem     Treibgasgenerator    ein  Zwischenkühler 25 eingeschaltet     sein.    Bei Vor  handensein der Leitung 24 kann in derselben  ein Zwischenkühler 26 eingeschaltet sein.  Unter gewissen Umständen ist es von Vorteil,  in der Leitung     15a    eine Brennkammer 27  anzuordnen..  



  Der in     Fig.    2 dargestellte     Treibgasgenera-          tor    12 weist ein Paar von koaxialen Zylindern  30, 31 auf, in jedem von welchen ein Paar  von Kolben 32, 33 bzw. 34, 35 angeordnet ist.  Die Kolben 33, 35 sind in der Weise zusam  mengekuppelt, dass sie einen einzigen Doppel  kolben bilden. Die Kolben 32 und 34 sind  durch an den Stellen 37 an ihnen befestigten  Stangen 36 zusammengekuppelt. Auch trägt  die Zylindereinheit an der Stelle 39 einen  Schwinghebel 38, der durch Lenker 40 mit  dem Kolben 34 und dem     Doppelkolben    33, 35  verbunden ist. In dieser Weise erreicht man,  dass wenn die Kolben 32, 33 sieh einander  nähern, die Kolben 34 und 35 sich vonein  ander entfernen, und umgekehrt, und zwar  gleichphasig.

      Die Wand des Zylinders 31 ist mit einer  Anzahl von Schlitzen 41 versehen, die auf eine       Einlass-R.ingkammer    ausmünden, die mit  einem     Einlassstutzen    42 in Verbindung steht.  Die Wand dieses     Zylinders    31 hat auch eine  Anzahl. von     Auslassschlitzen    43, die über eine       Ringkammer    mit einem     Auslassstutzen    44 in       Verbindung    stehen. Gleiches     "trifft    bezüglich  Ein-     und        Auslass        für    den Zylinder 30 zu.

   An  die     Auslassstutzen    44 ist die Leitung 13 aus       Fig.    1 angeschlossen, die wie erwähnt zur       Niederdruckturbine    14 führt, während an die       Einlassstutzen    42 die Leitung 11 angeschlos  sen ist.  



  Jeder der Zylinder 30 und 31 hat ausser  dem einen     Auslassschlitz    45 zur Speisung der  Leitung 15a, also der Hochdruckturbine 19.  Jeder dieser     Auslassschlitze    bzw. der zuge  hörige     Auslasskanal,    ist durch ein     Ablassventil     46 gesteuert, dessen     bewegliches        Glied    mit  einem an der     Zylindereinheit    gelagerten Hebel  47 zusammenarbeitet.

   Die     durch    die     Schlitze     45     austretenden    Gase wirken auf beide Seiten  der Köpfe der bezüglichen Ventilglieder ein,  wegen dem Stau     in    der     Leitung    15a; da     die          Beaufschlagungsflächen    auf beiden Seiten  jedes     Ventilgliedkopfes    verschieden gross sind,  entsteht ein Differentialschub, der das Bestre  ben hat, das Ventil zu schliessen.

   Die Hebel  47 sind so angeordnet, dass beim Hin- und       Herwandern    der Kolben 32 und 34 an den  selben angebrachte     Nockenglieder    48 mit  Schrägflächen zeitweise auf die Hebel 47 ein  wirken und die     öffnung    der Ventile 46     be-.     wirken. Die     Auslassschlitze    liegen zentral zwi  schen den Kolben 32, 33 bzw. 34, 35.  



  Die Schlitze 41 und 43 werden freigelegt,  wenn die Paare von gegenüberliegenden Kol  ben sich     ganz        voneinander    entfernt haben.  Die Schlitze 41 lassen Luft.     eintreten        und    die       Schlitze    43 lassen Luft zusammen mit     Ver-          brennungsprodukten    austreten. Die Einlass  schlitze 41 können     gewünschtenfalls    so aus  gebildet     sein.,    dass sie der     eintretenden    Lift  eine     Tangentialbewegung    (d. h. einen Drall)  erteilen.

   Diese Luft wird durch den Verdich  ter 10 mit nur geringem Überdruck und in  genügend grosser Menge angeliefert, damit      eine wirksame Spülung gewährleistet ist. An  Stelle des Turboverdichters könnte ein durch  die     Treibgaserzeugerkolben    im gleichen Takt  angetriebener Kolbenverdichter treten.  



  In der Betriebslage nach     Fig.    2 befinden  sich die Kolben 34 und 35 am Ende ihres  Arbeitshubes und die vom Stutzen 42 her ein  tretende Frischluft stösst die Brenngase durch  den Stutzen 44 aus. Bei Ausführung ihres  Arbeitshubes haben die Kolben 34 und 35 die  Kolben 32 und 33 gegeneinander verschoben.  Letztere sind ungefähr am nächsten beiein  ander, wenn in der noch zu beschreibenden  Weise die Verbrennung im Zylinder 30 einge  leitet     wird,    damit diese Kolben voneinander  geschoben werden und dabei ihren Arbeits  hub     ausführen    und zugleich die Kolben 34  und 35     gegeneinanderstossen    zwecks Durch  führung des Verdichtungshubes.

   Es nehmen  also abwechslungsweise die Kolbenpaare 32,  33 und 34, 35 die     in        Fig.    2 gezeigte Betriebs  lage ein. Am Ende jedes Verdichtungshubes       wird'zwischen    die betreffenden Kolben Brenn  stoff     eingespritzt,    der gemäss dem Arbeits  prinzip von Dieselmotoren sogleich verbrennt.  



  Es ist dafür gesorgt, dass während oder  unmittelbar vor der Brennstoffeinspritzung  das bezügliche Ventil 46 geöffnet wird, damit  eine gewisse Menge Luft in die Leitung     15a     ausgelassen wird. Dieser     Teilauslass    wird  zweckmässig teilweise durch Kolbenbewegung  ausgeführt und der Brennstoff wird in den  Zylinder eingespritzt, sobald sich die Kolben       wieder    voneinander weg bewegen. Es ist er  forderlich, dass die Energie, die den nach dem       Teilauslass    und der Verbrennung in dem  Zylinder verbliebenen Gasen innewohnt, ge  nügt, um den anschliessenden Arbeitshub im  betreffenden Zylinder und zugleich den Ver  dichtungshub im andern Zylinder auszufüh  ren.

   Es darf also beim     Teilauslass    nicht eine  zu grosse Luftmenge austreten. Für einen  gleichmässigen Lauf des     Treibgaserzeugers    ist  es ausserdem erforderlich, dass die aus einem  Arbeitshub im einem Zylinder gewonnene  Arbeit ungefähr gleich gross sei wie diejenige,  die zur     Durchführung    des Verdichtungshubes  im andern Zylinder benötigt     wird,    was auf    folgende Weise erzielt werden kann: Das  -Ventil 46 wird geöffnet in einer gewissen  Zwischenstellung des Verdichtungshubes und  geschlossen in der gleichen Zwischenstellung  des Arbeitshubes, mittels des Hebels 47.

   Der       Auslass    einer gewissen Luftmenge erfolgt un  gefähr bei Abschluss des Verdichtungshubes  und die Verbrennung findet statt ungefähr  bei Beginn des     Arbeitshubes.    Am Anfang  dieses letzteren wird meistens etwas Luft  durch das offene Ventil in den Zylinder  zurückfliessen, aber in geringer Menge wegen  der thermischen Expansion der bereits im  Zylinder befindlichen Luft. Umgekehrt kann  erreicht werden, dass diese thermische Expan  sion genügt, um ein anhaltendes Ausströmen  von Luft durch das Ventil in dieser Periode       zri    erzwingen.

   Jedenfalls wird der Druck im  Zylinder bei offenem Ventil annähernd kon  stant bleiben wegen der     Verbindung    mit der  Leitung     15a,    in welcher der Druck konstant  bleiben soll. Die Anordnung ist also so zu  treffen, dass das Ventil in einer bestimmten  Zwischenstellung des Verdichtungshubes ge  öffnet und in der entsprechenden Zwischen  stellung des Arbeitshubes geschlossen wird.  Somit ist die den beiden Teilhüben entspre  chende Arbeit bei offenem Ventil gleich gross.

    Ausserdem sind Druck, Volumen und spezi  fische Wärme des Zylinderinhaltes im Zeit  punkt der     Ventilöffnung    ungefähr gleich       gross    wie die entsprechenden Werte im Zeit  punkt der     Ventilschliessung;    daher ist die vor  der Ventilöffnung zwecks Verdichtung zu       leistende    Arbeit ungefähr gleich gross wie die  nach Ventilschliessung beim Arbeitshub zu  gewinnende Arbeit. Daraus folgt, dass ganz  von selbst die totale beim Arbeitshub zu ge  winnende Arbeit sich ungefähr gleich gross  stellt wie die beim Verdichtungshub zu  leistende Arbeit.  



  Zur Kompensation von Reibungsverlusten,  Änderungen von spezifischen Wärmen und  andern sekundären Faktoren, welche die  Grösse des Arbeitshubes der Kolben beeinflus  sen, können     geeignete,    nicht gezeigte Mittel  zur Einstellung der Öffnungszeit des Ventils  46 vorgesehen werden, derart, dass die Öff-           nung    kurz vor oder nach dem Zeitpunkt  erfolgt, zu dem der Druck im Zylinder sich  an denjenigen jenseits des Ventils angleicht.  Es kann beispielsweise der Öffnungszeitpunkt  des     Ventils    auf den Zeitpunkt vorgerückt  werden, zu welchem der Druck im Zylinder  etwas tiefer ist als derjenige in der Leitung  15a..

   Die Schliessung erfolgt dann in einer  entsprechenden Stellung im Arbeitshub so,  dass der Druck im Zylinder etwas höher bleibt  als bei der Öffnung des Ventils. Dadurch wird  die aus dem Arbeitshub gewonnene Arbeit  etwas gesteigert zur Kompensation der     Rei-          bungs-    und sonstigen Verluste. In     ähnlicher     Weise hat die Verzögerung der Ventilöffnung  den gegenteiligen Effekt, wodurch etwa Ände  rungen der spezifischen Wärme des Zylinder  inhaltes     kompensiert    werden können.

   Diese  Einstellung betrifft den Zeitpunkt der Öff  nung des Ventils bezüglich dem Zeitpunkt,  zu welchem der Druck im Zylinder gleich  gross wird wie der Druck in der Leitung     15a     und kann erfolgen, zweckmässig automatisch,  durch Einstellung der Ventilsteuerung oder  des Druckes in der Leitung. Letztgenannte  Einstellung kann herbeigeführt werden, bei  spielsweise mittels einer -in der Leitung 15a  angeordneten     Drosselklappe    oder durch Regu  lierung der Menge von Brennstoff, die in den  Zylinder eingespritzt wird, und somit auch  der Luftmenge, die der Leitung zugeführt  wird.  



  Sollte die vorgenannte Einstellung unge  nügend sein oder sollte die Hublänge der Kol  ben von derjenigen abweichen, die für einen  gleichmässigen Lauf erforderlich ist, so kön  nen die folgenden zwei Massnahmen angewen  det werden, um die erforderliche Hublänge  wieder herzustellen. Es wird eine gewisse  Drosselung stattfinden beim Durchgang von  Luft durch den Schlitz 45 und das Ventil 46,  somit auch ein gewisser Druckabfall. Bei  anormal grosser Hublänge wird diese Drosse  lung die Rückströmung in den Zylinder bei  offenem Ventil herabmindern, unter Vermin  derung der beim Arbeitshub gewonnenen  Arbeit und somit auch des nachfolgenden  Verdichtungshubes. Dieser     Drossehmgseffekt       kann vergrössert werden durch Mittel, welche  den Hub des Ventils verkleinern.

   Sollte der  Verdichtungshub anormal klein sein, so     wird     die Ausströmung von Luft durch das Ventil  46 auch nach Beginn des Arbeitshubes an  dauern wegen der     thermiselien        Expansion    der  Luft; der erwähnte     Drosselungseffekt    wird  bewirken, dass mehr Luft     als    normal im Zylin  der zurückbleibt, für den Arbeitshub mehr  Arbeit abgibt als normal und somit den kür  zeren Verdichtungshub kompensiert. Die Dros  selung kann hervorgerufen werden durch die  Leitung, durch welche die Luft. oder die Ab  gase ausströmen. Man hat es also in der Hand,  die Hublänge automatisch so zu steuern, dass  sie den für einen gleichmässigen Lauf erfor  derlichen Mittelwert beibehält.  



  Vorzugsweise sollte auch derjenige Punkt  im Arbeitszyklus verstellbar sein, zu welchem  die Einspritzung von Brennstoff beginnt,  und zwar so, dass bei normaler Hublänge  die Verbrennung beendet ist, sobald das  Ventil 46     schliesst.    Die Verbrennung hat  ja, wie oben beschrieben, zur Folge, dass die       Luftfüllung    des Zylinders bei Beginn des  Arbeitshubes     vermindert    wird. Ist also die  Verbrennung nicht bereits abgeschlossen, be  vor das Ventil     schliesst,    so wird mehr verdich  tete Luft im Zylinder zurückgehalten und die  nach Ventilschliessung fortgesetzte Verbren  nung hat automatisch eine Vergrösserung der  aus dein Arbeitshub gewonnenen Arbeit zur  Folge.  



  Ein zusätzlicher     Faktor,    der in extremen  Fällen die Kolben davor bewahrt,     gegenein-          anderzustossen,    besteht in der Tendenz der  Kolben, den Schlitz 45 zu verdecken, wenn- sie  sich am Ende des Verdichtungshubes ein  ander nähern.  



  In der eben beschriebenen Anordnung  eignet sich der     Treibgaserzeuger    12 haupt  sächlich dazu, verdichtete Luft abzugeben,  was bevorzugt wird obwohl auch Brenngase  der Luft beigemischt sein können. Jedenfalls  ist es     wünschbar,    dass die Temperatur dieser  Abgase nicht zu hoch ist, besonders mit Rück  sicht auf die     Ablassventile    46.  



  Obwohl gesagt     wurde,    dass die Kolben frei-      fliegend seien, können sie kinematisch gekup  pelt sein, wenn mehrere     Erzeugereinheiten     vorgesehen sind. Solche gemäss     Fig.    2 können  gruppiert und ihre Kolben durch ein Taumel  scheibengetriebe verbunden sein, damit sie in  der richtigen Reihenfolge arbeiten. Die Kol  ben sind aber auch dann in ihren Zylindern  freifliegend.  



  Eine andere Ausführungsform für die Ver  bindung der Kolben einer Einheit ist in den       Fig.    3 bis 6 gezeigt. Die aufeinander ausge  richteten Zylinder 30, 31 aus     Fig.    2 sind  hier durch die     Zylinderbüehsen    50, 51 der  einen Mantel 52 aufweisenden Zylindereinheit  ersetzt. Die Kolben 53 und 54 entsprechen  den Kolben 32, 34 und sind durch Stangen  54a miteinander verbunden. Der Doppelkol  ben 55 entspricht dem Doppelkolben 33, 35.  Jeder der Kolben 54, 55 hat eine     Ausnehniung     56 Lind trägt einen     verdrehbaren        Drehzapfen     57, an dessen Zentrum ein Arm 58 ange  bracht ist, der sich durch eine Öffnung im  Zylindermantel 52 nach aussen erstreckt.

   Eine  Hohlwelle 59 dreht in Lagern 60, die zur  Achse der Zylinder parallel verläuft. An die  ser Weile sind mittels Hülsen 62 und     Keilen     63 zwei Paare von Zäpfen 61 befestigt, auf  denen, wie in     Fig.    5 dargestellt, Ringe 67  schwenkbar angeordnet sind, die Arme 58 tra  gen, welche dank der an sich bekannten     Tau-          melscheibenkonstruktiön,    um die Achse der  Ringe 67 drehen können. Jeder der Arme 58  ist     mittels    eines Haltezapfens 65 an einer Tau  melseheibe 64 befestigt.

   Diese dreht mit Hilfe  von     Rollen-Lagern    66 auf dem Ring 67, der,       wie    in     Fig.    3 gezeigt,     aus    zwei     Teilen        zusain-          inengesetzt    ist. Die Ringe 67 sind; wie in       Fig.    5 gezeigt, mittels Lagern 68 auf den  Zapfen 61 angebracht. An jedem Ring 67 ist  ein Arm 69 angebaut, an welchem ein ge  zahntes Segment 70 angeordnet ist. Die Seg  mente 70 stehen mit einem Kegelrad 71 bzw.  72 im Eingriff, das auf einer Hülse 73 fest  sitzt, welche     im    Lager     60a    dreht und auf der  Welle 59 drehbar angeordnet ist.

   Die Anord  nung ist so getroffen, dass jede Änderung der       Neigung    des Ringes 67 bezüglich der Welle  eine     Dr        eharig    der Hülse 73 verursacht, derart,    dass sich die beiden     B,inge        stets    um gleiche Be  träge, aber     im    entgegengesetzten     Sinne        ver-          schwenken.    Die Kolben, die sich wie in der  vorgehenden Ausführungsform voneinander  und zueinander bewegen, bewirken, dank der       Neigung    der Ringe 67, die Drehung der Welle  59.

   Um eine saubere Arbeitsweise der Tau  inelscheiben zu gewährleisten und das Auf  kommen -von hochfrequenten     Schwingungen          @zu    vermeiden, den Neigungswinkeln aber zu  gestatten, sich selbst einzustellen, ist es  wünschbar, in der Drehung der Hülse 73 be  züglich der Welle 59 eine Dämpfung vorzu  sehen. Diese ergibt sich auf einem     Ringraum     73 zwischen der Hülse 73 und der Welle,  welcher Ringraum mit     Drueköl    gefüllt ist,  welches von einer geeigneten Druckquelle       durch    eine Leitung 76 in die Hohlwelle und  durch ein Loch 75 in diesen Ringraum ge  langt. An der Hülse 73 ist ein Keil 77     lind     an der Welle 59 ein Keil 78 befestigt.

   Diese  Keile erstrecken sich über die     ganze    Länge  des Ringraumes 74 und haben nur wenig  radiales Spiel. Damit sich die Hülse 73 dre  hen kann, muss das Öl an diesen Keilen vor  beifliessen; es ergibt sieh auf diese Weise eine  Dämpfung, deren Ausmass vom radialen Spiel  abhängt. Es kann also der     NTeig@.ingswinkel    der  Ringe 67 sich. nicht rasch verändern, aber  dank der langsamen Veränderung kann sieh  die Hublänge der Kolben von selbst an die  momentanen Laufbedingungen anpassen. Auf  diese Weise werden unerwünschte und über  flüssige Beanspruchungen von den Kolben  und den.     Taumelscheiben    ferngehalten.  



  Die Hülse 73, welche die Verbindung zwi  schen den     Taumelscheiben    herstellt, könnte  natürlich abgeändert werden. Es könnte bei  spielsweise ein Paar von koaxialen Hülsen mit  koaxialen Kegelrädern vorgesehen , werden,  welch letztere     mit    Zahnsegmenten auf einem  Paar von Armen eingreifen würden, die an  dem einen und andern Ring 67 anzubauen  wären.

   und sich auf entgegengesetzten Seiten  zu befinden hätten zwecks Vermeidung von       Unwuchten.    Ausserdem könnte an die Stelle  der Kegelräder und Zahnsegmente eine An  ordnung treten, in welcher die Enden- der      Arme 69 mit radialen Vorsprüngen auf der  oder den Hülsen zusammenarbeiten     würden,     und zwar so, dass die gewollte Bewegung über  tragen werden kann, was besagen     will,    dass  beispielsweise ein Zapfen in eine Nut eingrei  fen könnte.  



  Die     Pleuelzapfen    57 der Kolben können  durch Federringe axial festgehalten werden.  Die Hohlwelle 59 trägt eine     Nocke    79,  welche mit dem Stössel 80 eines Ventils 81  zusammenarbeitet, das einem der Ventile 46  des vorhergehenden     Ausführungsbeispiels    ent  spricht. Ein gleiches Ventil am andern     Zylin-          der    wird durch eine     Nocke        79a    gesteuert. Der  Klarheit halber sind die Teile 80 und 81 nur  in der     Fig.    4 gezeigt.

   Die Welle 59 trägt auch  ein Zahnrad 82, das nicht dargestellte     Pum=          pen    antreibt, welche zur Einspritzung von  Brennstoff in die Zylinder dienen, dies mittels  Einspritzdüsen, die nicht dargestellt sind,  aber an der Stelle 81a und einer entsprechen  den Stelle am andern     Zylinder    montiert wer  den.     Notw        endigenfalls    können zusätzliche  Nocken und Ventile vorgesehen werden.  



  Die eben beschriebene     Ausführimg'hat    fol  gende Vorteile: Es wird eine auf die Bewe  gung der Kolben abgestimmte Drehbewegung  erzielt, die zur Betätigung der     Brennstoffein-.          spritzpumpen    und der     Ablassventile    verwen  det werden kann; ausserdem, sind die Zylin  derpaare des     Treibgaserzeugers    in geeigneter  Weise synchronisiert. Auch kann die Dreh  bewegung benützt werden zum Antrieb von  Hilfsaggregaten wie zum Beispiel von Kühl-.  Schmier- oder Spülpumpen.

   Es versteht sich  von selbst, dass die korrekte Steuerung der  Brennstoffeinspritzung und der     Auslassventile     wichtig ist und stattfinden soll, wenn die Kol  ben am Ende ihres Hubes anlangen, wo ihre  Geschwindigkeit mässig ist. Die korrekte  Steuerung wird nicht bestimmt durch die  Lage der Kolben in bezug auf die Zylinder,  sondern durch den Hubanteil, den die Kolben  durchlaufen haben im fraglichen Zeitpunkt.  Da die Hublänge sich je nach den Betriebs  bedingungen ändern kann, muss in gewissen  Betriebsbedingungen eine Kolbeneinstellung  erreicht werden, die . anders liegt als unter    andern Betriebsbedingungen.

   Dem trägt die  oben beschriebene Anordnung Rechnung, in  dem sie die korrekte Steuerung der Brennstoff  einspritzung und der Ventile unter verschie  denen Betriebsbedingungen     gestattet.    Eine  bevorzugte     Ausführung    des     Doppelkolbens    55  des     Treibgaserzeugers    gemäss     Fig.    3     ist'in    den       Fig.    7 und 8 dargestellt. Mit ihr ist es nicht  mehr notwendig, die Zylinderbüchsen 50 und  51 genau aufeinander auszurichten.

   Der Dreh  zapfen 57 des Armes 58 ist in einem Tragglied  83 angeordnet, welches der Form des Doppel  kolbens angepasst     ist        und    auf dessen Enden  die hohlen     Kolbenköpfe        84-85    aufgeschoben  sind, und zwar unter Freilassung eines radia  len Zwischenraumes, der den     Kolbenköpfen     gestattet, von selbst sich auf die entsprechen  den Zylinderbüchsen 50 und 51 auszurichten.

    Das Tragglied 83 hat längsverlaufende     Aus-          nehmungen    86, in welche entsprechende Vor  sprünge 87 an den Kolbenköpfen eingreifen:  das Tragglied und die Kolbenköpfe sind durch  Sprengringe 88     zusammengehalten,    welche in  gemeinsamen Ringnuten dieser Teile verlau  fen. Der     Axialschub    der Zylinderköpfe     wird     durch geeignete,     aufeinanderliegende    Flächen  auf das Tragglied. übertragen, wobei die An  ordnung so getroffen ist, dass weder ein Axial-  sehub, der von den Betriebskräften herrührt,  noch ein solcher, der von einer Wärmeausdeh  nung herrührt, auf die Federringe 88     übertra-          --en    wird.

    



  Die     Fig.    9 und 10 veranschaulichen die  Art und Weise, in welcher     Treibgaserzeuger-          einheiten    der Bauart nach     Fig.    3 gruppiert  und die Kolbeneinheiten durch ein gemein  sames     Taumelscheibengetriebe    miteinander ge  kuppelt werden können. Es sind     fünf    Zylin  dereinheiten 90 vorgesehen, von denen jede  ein Paar von     aneinanderstossenden        Zylindern     aufweist. Wie     Fig.    10 zeigt, ist in jeder Zylin  dereinheit ein Paar von durch Stangen 93 mit  einander verbundenen äussern Kolben 91-92  -Lind ein mittlerer     Doppelkolben    94 angeord  net.

   Die Kolben 91 und 94 haben Drehzapfen  95 mit Armen 96, die mit     Taümelscheiben--          getrieben    97 verbunden sind, welch letztere  auf einer gemeinsamen Welle 98     angeordnet         sind. Mir jede der fünf     Einheiten    ist weit  gehend die gleiche Bauweise angewendet. wie  in     Fig.    3, aber natürlich sind mit jeder in       Fig.    3 mit 64 bezeichneten     Taumelscheibe          fünf    Arme 96 verbunden.

   Querschnitte     B    B,  <I>C C, D D</I> und E E in     Fig.    9 würden gleich  aussehen     wie        Fig.    10 mit Ausnahme von Ver  änderungen in der Weite der     Auslassrina,-          kammern    100     und    der     Einlassringkammern     101 und der Verschiedenheit der Stellung der  Kolben in den Zylindern.  



  Die Welle 98 verläuft längs der Achse  des Kranzes von     Zylindereinheiten,    dreht in  geeigneten Lagern und     kann    verwendet wer  den zum Antrieb von Hilfsaggregaten 99.  Sämtliche Kolben laufen also synchron. Die  Aus- und     Einlasskammern    100 bzw. 101 stehen  mit Aus- und     Einlassleitungen    102 bzw. 103  in Verbindung und die     Hochdruckauslasslei-          tung    ist in 104 sichtbar. Es liegt auf der  Hand, dass mit einer solchen Anordnung  beträchtliche     Raumeinsparungen-erzielt    wer  den können.



      Free piston engine The present invention relates to a free piston engine of the type which has a cylinder and a free piston unit and which is operated by burning fuel in said cylinder. Such a machine, which can be used as a compres sor or propellant gas generator, is particularly suitable for the delivery of fuel gases with or without compressed air to gas turbines, power plants or compressed air to air turbines or power plants with steam and gas turbines.



  The main purpose of the invention is. the creation of an improved design for such a machine.



  Usually reciprocating compressors with crankshafts and connecting rods are connected to a separate energy source, so that the system is not only heavy and expensive, but also has a variety of other components. The invention also aims to reduce the weight and construction costs of compressors.



       Free piston compressors with internal combustion and propellant gas generators of well-known design have two primary reciprocating piston units, each consisting of a large and a small piston, which are rigidly connected to one another, with all four pistons axially directed towards one another. The two small pistons work in a common cylinder, while the large pistons each work in an associated cylinder; combustion usually occurs between the small pistons.

   A small piston is directly coupled to an associated large piston and the piston pairs are connected to one another in such a way that the piston units run back and forth in phase in opposite directions, namely away from each other through the combustion and through the combustion in the large cylinders sealed air are pushed against each other. Through one-way valves and openings in the cover of one or the two large cylinders, compressed air can be let out for further use, or be let into the smaller common cylinder in which the combustion takes place.



  The known free-piston compressors are freed from some of the disadvantages that are inherent in turbo compressors, but they ensure that they run smoothly. For this purpose, certain proportions must be selected in the size of the large and small cylinders, which make it impossible that these cylinders are only dimensioned from the standpoint of the required compression.

       Another disadvantage of this type of compressor is that only one of the large cylinders can be used to compress air that can be used outside the compressor, while the other large cylinder has to serve as an air cushion to make the barrel evenly, if not a special air cushion cylinder should be provided.

   To achieve a. To run smoothly, it is also necessary that the cylinder that delivers the air to be used outside has a large dead space. has, which does not necessarily have to have a bad effect on the overall efficiency, but on the performance of the compressor, so that it must be built larger for a given performance.

   In order to achieve smooth running, it is also advisable to reduce the amount of fuel burned in the small cylinder, which in turn results in a reduction in the performance of the compressor. This, together with the use of slow-acting one-way valves, leads to a reduction in the permissible operating speed of the compressor and thus a further reduction in the achievable performance. Taking all these factors into account, it was decided to build rather cumbersome free piston compressors or propellant gas generators, which are often not suitable for gas turbine power plants.

   In addition, changes in the accepted performance often cause those in the compression ratio, which of course reduces the efficiency.



  The purpose of this invention is to create a free piston machine in which some or all of these disadvantages are largely reduced or even eliminated.



  The subject of the invention is a free piston machine, with a pair of cylinders in which coupled free piston units alternately perform compression and work strokes, characterized in that the arrangement is made so that while a work stroke takes place in one cylinder and another in the other Compression stroke takes place, and that further compressed gases from the cylinder are discharged from each piston unit, while the energy of the gases remaining in the cylinder is used to carry out a compression stroke in the other cylinder. The compressed gases vented from the cylinders can be air with or without the admixture of combustion products.



  A preferred embodiment of the subject matter of the invention is characterized by a pair of adjoining cylinders, a pair of free pistons in each cylinder, a connection of the outer or inner piston of one cylinder with the corresponding outer or inner piston of the other cylinder, so that the Corresponding pistons move with one another, the arrangement being such that while a working stroke takes place in one cylinder, a compression stroke takes place in the other cylinder, and also by means for introducing fuel into the cylinder.



  The accompanying drawing shows some exemplary embodiments of the subject matter of the invention.



       Fig. 1 is a schematic representation of a gas turbine power plant with a propellant gas generator.



       Fig. 2 is a longitudinal section of a first embodiment of the propellant gas generator. Fig. 3 is a longitudinal section of a second embodiment of the propellant gas generator.



       FIG. 4 is a cross section taken along line X-X of FIG. 3.



       Fig. 5 is a longitudinal cross-sectional view of a portion of the swashplate shaft with the trunnions aligned with one of the swashplate arms.



       FIG. 6 is a cross section taken along line Y-Y of FIG. 3.



       FIG. 7 is an elevation, partly in longitudinal section, of a variant of one of the pistons of the embodiment of FIG. 3.



       FIG. 8 is a cross section taken along line Z-Z of FIG. 7.



       FIG. 9 is a schematic illustration of an embodiment of the propellant gas generator which has ten pistons, and FIG. 1.0 is a section along the line .4-A of FIG. 9.



  The power plant shown in Fig. 1 has an axial turbocompressor 10, which feeds through a line 11 through a fan gas generator generally designated 12: The combustion products flow from the latter through a line 13 to a gas turbine 14, which via a shaft 15 the compressor 10 drives. The one from the turbine. 14 outflowing gases enter a gas turbine 16, which emits useful power via a shaft 17 and lets the gases flow out into the atmosphere at point 18.

   Furthermore, air with or without combustion products flows from the propellant gas generator 12 through a line 15 a to a high-pressure turbine 19, which emits useful power via a shaft 20. The gases flowing out of this turbine are conducted through a line 21 into the line 13 and contribute to the drive of the turbines 14, 16. The shafts 17 and 20 drive a useful power transmission shaft 23 by means of a transmission 22. Instead of being connected to line 13 by line 21, the outlet side of the turbine could be connected to line 11 by line 24.



       If desired, an intercooler 25 could be connected between the compressor 10 and the propellant gas generator. When the line 24 is present, an intercooler 26 can be switched on in the same. Under certain circumstances it is advantageous to arrange a combustion chamber 27 in the line 15a.



  The propellant gas generator 12 shown in FIG. 2 has a pair of coaxial cylinders 30, 31, in each of which a pair of pistons 32, 33 and 34, 35 is arranged. The pistons 33, 35 are coupled together in such a way that they form a single double piston. The pistons 32 and 34 are coupled together by rods 36 fastened to them at the points 37. The cylinder unit also carries a rocker arm 38 at the point 39, which is connected to the piston 34 and the double piston 33, 35 by means of a link 40. In this way it is achieved that when the pistons 32, 33 approach one another, the pistons 34 and 35 move away from each other, and vice versa, and that in phase.

      The wall of the cylinder 31 is provided with a number of slots 41 which open onto an inlet ring chamber which is in communication with an inlet port 42. The wall of this cylinder 31 also has a number. of outlet slots 43 which are connected to an outlet nozzle 44 via an annular chamber. The same "applies to the inlet and outlet for the cylinder 30.

   The line 13 from FIG. 1 is connected to the outlet nozzle 44 and, as mentioned, leads to the low-pressure turbine 14, while the line 11 is ruled out at the inlet nozzle 42.



  Each of the cylinders 30 and 31 also has one outlet slot 45 for feeding the line 15a, i.e. the high-pressure turbine 19. Each of these outlet slots or the associated outlet channel is controlled by an outlet valve 46, the movable member of which is connected to a lever mounted on the cylinder unit 47 cooperates.

   The gases exiting through the slits 45 act on both sides of the heads of the respective valve members, because of the jam in the line 15a; since the impingement surfaces on both sides of each valve member head are different in size, a differential thrust arises which has the endeavor to close the valve.

   The levers 47 are arranged in such a way that when the pistons 32 and 34 move to and fro on the same cam members 48 with inclined surfaces temporarily act on the levers 47 and open the valves 46. Act. The outlet slots are located centrally between pistons 32, 33 and 34, 35.



  The slots 41 and 43 are exposed when the pairs of opposing Kol ben have moved completely apart. The slots 41 let air. enter and the slots 43 allow air to exit along with combustion products. The inlet slots 41 may, if desired, be formed to impart tangential motion (i.e., twist) to the entering lift.

   This air is delivered through the compressor 10 with only a slight overpressure and in a sufficiently large amount so that effective purging is guaranteed. The turbo compressor could be replaced by a piston compressor driven by the propellant gas generator pistons in the same cycle.



  In the operating position according to FIG. 2, the pistons 34 and 35 are at the end of their working stroke and the fresh air entering from the connection 42 pushes the combustion gases through the connection 44. When executing their working stroke, the pistons 34 and 35 have moved the pistons 32 and 33 against each other. The latter are roughly closest to each other when the combustion in the cylinder 30 is initiated in the manner to be described, so that these pistons are pushed apart and thereby perform their work stroke and at the same time the pistons 34 and 35 collide with each other for the purpose of performing the compression stroke.

   So it alternately take the piston pairs 32, 33 and 34, 35, the operating position shown in Fig. 2 a. At the end of each compression stroke, fuel is injected between the pistons in question and, according to the working principle of diesel engines, burns immediately.



  It is ensured that the relevant valve 46 is opened during or immediately before the fuel injection so that a certain amount of air is released into the line 15a. This partial outlet is expediently carried out partially by piston movement and the fuel is injected into the cylinder as soon as the pistons move away from each other again. It is necessary that the energy inherent in the gases remaining in the cylinder after the partial exhaust and combustion is sufficient to carry out the subsequent working stroke in the relevant cylinder and the compression stroke in the other cylinder at the same time.

   In other words, too much air must not escape from the partial outlet. For the propellant gas generator to run smoothly, it is also necessary that the work gained from a working stroke in one cylinder is approximately the same as that required to carry out the compression stroke in the other cylinder, which can be achieved in the following way: The valve 46 is opened in a certain intermediate position of the compression stroke and closed in the same intermediate position of the working stroke by means of the lever 47.

   A certain amount of air is discharged approximately at the end of the compression stroke and combustion takes place approximately at the beginning of the working stroke. At the beginning of the latter, some air will mostly flow back into the cylinder through the open valve, but in a small amount because of the thermal expansion of the air already in the cylinder. Conversely, it can be achieved that this thermal expansion is sufficient to force a sustained outflow of air through the valve in this period zri.

   In any case, when the valve is open, the pressure in the cylinder will remain approximately constant because of the connection with the line 15a, in which the pressure should remain constant. The arrangement is therefore to be made so that the valve opens in a certain intermediate position of the compression stroke and is closed in the corresponding intermediate position of the working stroke. Thus, the work corresponding to the two partial strokes is the same when the valve is open.

    In addition, the pressure, volume and specific heat of the cylinder contents at the time the valve is opened are approximately the same as the corresponding values at the time the valve is closed; Therefore, the work to be done before the valve opening for the purpose of compression is approximately the same as the work to be gained after closing the valve on the working stroke. It follows from this that the total work to be gained on the working stroke is approximately the same as the work to be performed on the compression stroke.



  To compensate for frictional losses, changes in specific heat and other secondary factors which influence the size of the working stroke of the pistons, suitable means, not shown, can be provided for setting the opening time of the valve 46, such that the opening shortly before or takes place after the point in time at which the pressure in the cylinder equals that on the other side of the valve. For example, the opening time of the valve can be advanced to the time at which the pressure in the cylinder is slightly lower than that in the line 15a ..

   It then closes in a corresponding position in the working stroke so that the pressure in the cylinder remains slightly higher than when the valve was opened. This increases the work gained from the working stroke to compensate for the friction and other losses. Similarly, the delay in valve opening has the opposite effect, which means that changes in the specific heat of the cylinder contents can be compensated for.

   This setting relates to the time of the opening of the valve with respect to the time at which the pressure in the cylinder becomes the same as the pressure in the line 15a and can take place, advantageously automatically, by setting the valve control or the pressure in the line. The latter setting can be brought about, for example by means of a throttle valve arranged in line 15a or by regulating the amount of fuel that is injected into the cylinder, and thus also the amount of air that is fed to the line.



  If the above setting is unsatisfactory or if the stroke length of the pistons differs from that required for smooth running, the following two measures can be used to restore the required stroke length. There will be some throttling in the passage of air through the slot 45 and valve 46, thus also a certain pressure drop. If the stroke length is abnormally large, this throttling will reduce the return flow into the cylinder when the valve is open, reducing the work gained on the working stroke and thus also the subsequent compression stroke. This throttling effect can be increased by means which reduce the stroke of the valve.

   Should the compression stroke be abnormally small, the outflow of air through the valve 46 will continue even after the start of the working stroke because of the thermal expansion of the air; the throttling effect mentioned will cause more air to remain in the cylinder than normal, deliver more work for the power stroke than normal and thus compensate for the shorter compression stroke. The throttling can be caused by the line through which the air. or the exhaust gases flow out. It is therefore up to you to automatically control the stroke length in such a way that it maintains the mean value required for smooth running.



  Preferably, the point in the working cycle at which the injection of fuel begins should also be adjustable, namely in such a way that, with a normal stroke length, the combustion is ended as soon as the valve 46 closes. As described above, the combustion has the consequence that the air charge in the cylinder is reduced at the start of the working stroke. If the combustion is not already complete before the valve closes, more compressed air is retained in the cylinder and the continued combustion after the valve has closed automatically increases the work gained from your working stroke.



  An additional factor which in extreme cases prevents the pistons from colliding with one another is the tendency of the pistons to cover the slot 45 when they approach one another at the end of the compression stroke.



  In the arrangement just described, the propellant gas generator 12 is mainly suitable for releasing compressed air, which is preferred although fuel gases can also be mixed with the air. In any case, it is desirable that the temperature of these exhaust gases is not too high, particularly with regard to the discharge valves 46.



  Although the pistons have been said to be free-floating, they can be kinematically coupled if multiple generator units are provided. Such as shown in Fig. 2 can be grouped and their pistons connected by a wobble disk drive so that they work in the correct order. The Kol ben are then also free-flying in their cylinders.



  Another embodiment for the connection of the pistons of a unit is shown in FIGS. The aligned cylinders 30, 31 from FIG. 2 are here replaced by the cylinder sleeves 50, 51 of the cylinder unit having a jacket 52. The pistons 53 and 54 correspond to the pistons 32, 34 and are connected to one another by rods 54a. The Doppelkol ben 55 corresponds to the double piston 33, 35. Each of the pistons 54, 55 has an Ausnehniung 56 and carries a rotatable pivot 57, at the center of an arm 58 is attached, which extends through an opening in the cylinder jacket 52 to the outside.

   A hollow shaft 59 rotates in bearings 60 which run parallel to the axis of the cylinder. Two pairs of cones 61 are attached to this shaft by means of sleeves 62 and wedges 63, on which, as shown in FIG. 5, rings 67 are pivotably arranged, which carry arms 58 which, thanks to the swashplate construction known per se, can rotate about the axis of the rings 67. Each of the arms 58 is fastened to a Tau melseheibe 64 by means of a retaining pin 65.

   This rotates with the aid of roller bearings 66 on the ring 67 which, as shown in FIG. 3, is made up of two parts. The rings 67 are; as shown in FIG. 5, mounted on the pin 61 by means of bearings 68. An arm 69 on which a toothed segment 70 is arranged is attached to each ring 67. The segments 70 are in engagement with a bevel gear 71 or 72, which is firmly seated on a sleeve 73 which rotates in the bearing 60a and is rotatably arranged on the shaft 59.

   The arrangement is such that any change in the inclination of the ring 67 with respect to the shaft causes the sleeve 73 to twist, so that the two B, inge always pivot by the same amount, but in opposite directions. The pistons, which move from one another and towards one another as in the previous embodiment, cause the shaft 59 to rotate thanks to the inclination of the rings 67.

   In order to ensure a clean operation of the dew point disks and to avoid the occurrence of high-frequency vibrations @, but to allow the angles of inclination to adjust themselves, it is desirable to see damping in the rotation of the sleeve 73 with respect to the shaft 59 . This results in an annular space 73 between the sleeve 73 and the shaft, which annular space is filled with Drueköl, which reaches ge from a suitable pressure source through a line 76 in the hollow shaft and through a hole 75 in this annular space. A wedge 77 is attached to the sleeve 73 and a wedge 78 is attached to the shaft 59.

   These wedges extend over the entire length of the annular space 74 and have only little radial play. So that the sleeve 73 can turn, the oil must flow past these wedges; In this way, there is a damping, the extent of which depends on the radial play. So it can be the angle of the rings 67. do not change quickly, but thanks to the slow change, the stroke length of the pistons can automatically adapt to the current running conditions. In this way, undesirable and over liquid stresses on the piston and the. Swash plates kept away.



  The sleeve 73, which establishes the connection between the swash plates' rule, could of course be modified. For example, a pair of coaxial sleeves with coaxial bevel gears could be provided, which the latter would engage with toothed segments on a pair of arms that would be attached to one and the other ring 67.

   and be on opposite sides to avoid imbalance. In addition, the bevel gears and toothed segments could be replaced by an arrangement in which the ends of the arms 69 would work together with radial projections on the sleeve or sleeves, in such a way that the intended movement can be carried over, which is to say that, for example, a pin could einrei fen into a groove.



  The connecting rod pin 57 of the piston can be axially held in place by spring washers. The hollow shaft 59 carries a cam 79 which cooperates with the plunger 80 of a valve 81 which corresponds to one of the valves 46 of the previous embodiment. A similar valve on the other cylinder is controlled by a cam 79a. For the sake of clarity, the parts 80 and 81 are only shown in FIG.

   The shaft 59 also carries a gear wheel 82 which drives pumps, not shown, which are used to inject fuel into the cylinders, this by means of injection nozzles, which are not shown, but mounted at point 81a and a corresponding point on the other cylinder will. If necessary, additional cams and valves can be provided.



  The above-described Ausführungsimg'hat fol lowing advantages: It is a coordinated to the movement of the piston BE achieved rotary movement that is used to actuate the fuel. injection pumps and the drain valves can be used; In addition, the pairs of cylinders of the propellant gas generator are synchronized in a suitable manner. The rotary movement can also be used to drive auxiliary units such as cooling units. Lubricating or flushing pumps.

   It goes without saying that correct control of the fuel injection and exhaust valves is important and should take place when the pistons are at the end of their stroke where their speed is moderate. The correct control is not determined by the position of the pistons in relation to the cylinders, but by the stroke portion that the pistons have passed through at the time in question. Since the stroke length can change depending on the operating conditions, a piston setting must be achieved in certain operating conditions that. is different than under other operating conditions.

   The arrangement described above takes this into account by allowing the correct control of the fuel injection and the valves under various operating conditions. A preferred embodiment of the double piston 55 of the propellant gas generator according to FIG. 3 is shown in FIGS. 7 and 8. With it, it is no longer necessary to align the cylinder liners 50 and 51 exactly with one another.

   The pivot pin 57 of the arm 58 is arranged in a support member 83 which is adapted to the shape of the double piston and on the ends of which the hollow piston heads 84-85 are pushed, leaving a radia len gap that allows the piston heads of to align itself with the corresponding cylinder liners 50 and 51.

    The support member 83 has longitudinal recesses 86 in which corresponding protrusions 87 engage on the piston heads: the support member and the piston heads are held together by snap rings 88 which run in common annular grooves of these parts. The axial thrust of the cylinder heads is applied to the support member by means of suitable surfaces lying one on top of the other. transferred, the arrangement being such that neither an axial stroke resulting from the operating forces nor one resulting from thermal expansion is transmitted to the spring washers 88.

    



  9 and 10 illustrate the manner in which propellant gas generator units of the type according to FIG. 3 are grouped and the piston units can be coupled to one another by a common swash plate gear. There are five Zylin dereinheit 90 are provided, each of which has a pair of abutting cylinders. As Fig. 10 shows, a pair of rods 93 interconnected outer pistons 91-92 -Lind a middle double piston 94 is net angeord in each Zylin.

   The pistons 91 and 94 have trunnions 95 with arms 96 which are connected to swashplate drives 97, the latter being arranged on a common shaft 98. For each of the five units, largely the same construction is used. as in FIG. 3, but of course five arms 96 are connected to each swash plate designated 64 in FIG.

   Cross-sections BB, CC, DD and EE in FIG. 9 would look the same as FIG. 10 with the exception of changes in the width of the outlet rina, chambers 100 and the inlet ring chambers 101 and the difference in the position of the Pistons in the cylinders.



  The shaft 98 runs along the axis of the ring of cylinder units, rotates in suitable bearings and can be used to drive auxiliary units 99. All pistons therefore run synchronously. The outlet and inlet chambers 100 and 101 are connected to outlet and inlet lines 102 and 103, respectively, and the high pressure outlet line can be seen in 104. It is obvious that considerable space savings can be achieved with such an arrangement.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCI3 Freikolbenmaschine mit einem Paar Zylin der, in welchen miteinander gekuppelte Frei kolbeneinheiten abwechslungsweise Verdich- tungs- und Arbeitshübe ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung so getrof fen ist, dass während im einen Zylinder ein Arbeitshub stattfindet, im andern ein Ver dichtungshub stattfindet, und dass ferner von jeder Kolbeneinheit verdichtete Gase aus dem Zylinder abgelassen werden, PATENT APPLICATION3 Free-piston machine with a pair of cylinders in which coupled free-piston units alternately perform compression and working strokes, characterized in that the arrangement is such that a working stroke takes place in one cylinder and a compression stroke takes place in the other, and further that gases compressed by each piston unit are discharged from the cylinder, während die Energie der im Zylinder verbleibenden Gase benützt wird zur Ausführung eines Verdich tungshubes im andern Zylinder. UNTERANTSPRÜCHE 1. Freikolbenmaschine nach Pat4ntan- spruch, gekennzeichnet, durch ein Paar anein- anderstossende Zylinder, ein Paar von Frei kolben in jedem Zylinder, je eine Verbindung des äussern bzw. innern Kolbens des einen Zylinders mit dem entsprechenden äussern bzw. while the energy of the gases remaining in the cylinder is used to perform a compression stroke in the other cylinder. SUBSTANTIAL CLAIMS 1. Free piston machine according to patent claim, characterized by a pair of adjoining cylinders, a pair of free pistons in each cylinder, a connection of the outer or inner piston of one cylinder with the corresponding outer or inner piston. innern Kolben des andern Zylinders, so dass die entsprechenden Kolben sich mitein- ander bewegen, wobei die Anordnung so ge troffen ist, dass während im einen Zylinder ein Arbeitshub stattfindet, im andern Zylin der ein Verdichtungshub stattfindet, ferner durch Mittel zur Einführung von Brennstoff in die Zylinder. 2. Freikolbenmaschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ablassen von verdichteten Gasen ein Ventil (46) aufweisen, das mechanisch in Ab hängigkeit von der Bewegung der Kolben in einer Zwischenlage derselben geöffnet wird. inner piston of the other cylinder, so that the corresponding pistons move with one another, the arrangement being such that while a working stroke takes place in one cylinder and a compression stroke takes place in the other cylinder, furthermore by means of fuel introduction the cylinders. 2. Free piston machine according to dependent claim 1, characterized in that the means for discharging compressed gases have a valve (46) which is opened mechanically in dependence from the movement of the piston in an intermediate position thereof. 3. Freikolbenmaschine nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile je durch einen Nockenmeehanismus betätigt werden, der durch einen der Kolben des entsprechenden Kolbenpaares angetrieben wird. 4. Freikolbenmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben jedes Kolbenpaares eine Nocke mit Schräg fläche trägt, welche zur Öffnung des Ventils mittels eines Hebels dient. 5. Freikolbenmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Ablassventils jedes Zylinders einstellbar ist zwecks Veränderung der im Zylinder erzielbaren Arbeit. 3. Free piston machine according to dependent claim 2, characterized in that the valves are each actuated by a cam mechanism which is driven by one of the pistons of the corresponding piston pair. 4. Free piston machine according to dependent claim 3, characterized in that a piston of each pair of pistons carries a cam with an inclined surface which is used to open the valve by means of a lever. 5. Free piston machine according to patent claim, characterized in that the control of the drain valve of each cylinder is adjustable in order to change the work that can be achieved in the cylinder. 6. Freikolbenmaschine nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch Mittel zur auto matischen Steuerung der Hublänge der Kol ben auf einen Mittelwert. 7. Freikolbenmaschine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel ein Drosselorgan im Strömungsgang der aus dem Zylinder abgelassenen Gase aufweisen. B. Freikolbenmaschine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu welchem beim Kolbenhub die Einspritzung von Brennstoff erfolgt, sieh bei Veränderung dieses Hubes selbsttätig einstellt. 6. Free piston machine according to patent claim, characterized by means for automatic control of the stroke length of the Kol ben on an average. 7. Free piston machine according to dependent claim 6, characterized in that these means have a throttle element in the flow path of the gases discharged from the cylinder. B. Free-piston machine according to dependent claim 6, characterized in that the point in time at which the injection of fuel takes place during the piston stroke is automatically set when this stroke is changed. 9. Freikolbenmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Kolben ein Paar von Taumelscheibengetrieben aufweist, die durch eine drehende Welle miteinander ver bunden sind, wobei Mittel dafür sorgen, dass zii jedem Zeitpunkt beide Taumelscheiben um den gleichen Betrag, aber im entgegen gesetzten Sinne geneigt sind. 9. Free piston machine according to patent claim, characterized in that the connection between the pistons has a pair of swash plate gears which are connected to each other by a rotating shaft, with means ensuring that zii at any time both swash plates by the same amount, but in are inclined to opposite senses. 10.<I>Fr</I> eikolbenmaschine nach Unteran spruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Taumelscheibengetriebe mit einer auf der Welle verdrehbaren Hülse wirkverbunden ist, derart, dass eine Änderung des Neigungswin kels der einen Taumelscheibe eine entspre chende Änderung des Neigungswinkels der andern Taumelscheibe herbeiführt. 11. Freikolbenmaschine nach Unteran spruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Dämpfung der Mittel, welche die Neigungs winkel der beiden Taumelscheiben aneinander angleichen. 10. <I> Fr </I> egg piston machine according to claim 9, characterized in that each swash plate gear is operatively connected to a sleeve rotatable on the shaft, such that a change in the inclination angle of a swash plate corresponds to a change in the inclination angle of the causes another swashplate. 11. Free piston machine according to claim 10, characterized by means for damping the means which adjust the angle of inclination of the two swash plates to one another. 12. Freikolbenmaschine nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel eine öldämpfvorrichtung aufweisen, die sich jeder Verdrehung der Hülse bezüg lich der Welle entgegenstellt. 13. Fr eikolbenmaschine nach Unteran spruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mit einem Taumelscheibengetriebe verbundene Kolben ein an einem Taumelscheibenarm an gelenktes Tragglied (83) und einen auf mit radialem Spiel an letzterem angebrachten Kolbenkopf (84) aufweist. 14. 12. Free piston machine according to claim 11, characterized in that these means have an oil damping device which opposes any rotation of the sleeve with respect to the shaft. 13. Fr eikolbenmaschine according to Unteran claim 12, characterized in that each piston connected to a swash plate gear has a support member (83) which is guided on a swash plate arm and a piston head (84) attached to the latter with radial play. 14th Fr eikolbenmaschine nach Unteran spruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragglied zwecks Bildung eines Doppelkol bens zwei Kolbenköpfe trägt. 15. Freikolbenmaschine nach den Unter ansprüchen 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kranz von Zylinderpaaren auf weist, die um eine gemeinsame, die Kolben einheiten miteinander über die Taumelsehei- bengetriebe verbindenden Welle angeordnet sind. A piston machine according to claim 13, characterized in that the support member carries two piston heads in order to form a double piston. 15. Free-piston machine according to the dependent claims 9 to 14, characterized in that it has a ring of cylinder pairs which are arranged around a common shaft connecting the piston units to one another via the wobble plate transmission.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1113334B (en) * 1958-07-11 1961-08-31 Max Bochskanl Gas turbine in connection with a gas generator

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