Kolbenmotor, insbesondere zum Antrieb von Brennkrafthämmern Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor, ins besondere zum Antrieb von Brennkrafthämmem, mit einem entgegen Federkraft hin- und herbeweglichen Arbeitskolben.
Bei bekannten Brennkrafthämmern wird der als Schlagkolben dienende Arbeitskolben nach Angabe seiner kinetischen Energie durch gespannte Luft- oder Schraubenfedern in seine obere Totpunktlage zurückgebracht, wo er nach dem Stillsetzen des Werkzeuges oder beim Ausbleiben einer nachfolgen den Explosion des im Verbrennungsraum einge schlossenen Frischgasgemisches seine Ruhelage be sitzt.
Derartige Antriebsaggregate mit einem einseitig federbelasteten Arbeitskolben sind bei kurzzeitigen Zündaussetzern oder bei vorübergehendem Mangel an zündfähigem Gasgemisch schwer in Gang zu hal ten. Ausserdem können dieselben nur mittels eines einzigen, mehrmals aufzuwendenden Einzelhubes ge gen die volle Federkraft der Rückholfeder angelassen werden.
Bei anderen bekannten Werkzeugen, die einen einseitig federbelasteten Schlagkolben und einen zweiten im gemeinsamen Zylinder auf einem Kurbel trieb arbeitenden Kolben eines Verbrennungsmotors besitzen, sind zwar die Anlasschwierigkeiten und das Inganghalten bei kurzen vorübergehenden Störungen geringer, dagegen besitzen derartige Werkzeuge im Verhältnis zu ihrem Gewicht. eine geringe Leistungs fähigkeit.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten und insbeson dere, um bei kurzzeitigen Störungen nicht einen völ ligen Stillstand des Aggregates in Kauf nehmen zu müssen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, den Arbeitskolben in seiner Ruhelage durch die in Hin- und Rückhubrichtung wirkende Federkraft in einer zwischen der oberen und unteren Totpunktlage be- findlichen Stellung zu halten.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird er reicht, dass bei Kolbenmotoren mit einem durch Brenngas, Pressluft oder ein anderes geeignetes An triebsmittel angetriebenen Arbeitskolben von diesem eine erzwungene Schwingung ausgeführt wird, die bei entsprechender Wahl von Kolbenmasse und Feder konstanten bei kurzzeitigen Unterbrechungen und Störungen als freie gedämpfte Schwingung erst nach einigen Arbeitstakten ausklingt, so dass, ein einwand freies Weiterarbeiten bei Aufhören der Störung von selbst gegeben ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an einem Brennkrafthammer darge stellt. Es zeigen Fig. 1 einen Brennkrafthammer, dessen Schlag kolben gleichzeitig Arbeitskolben ist, im Längs schnitt ; Fig. 2 einen Brennkrafthammer mit zwei in einem Zylinder angeordneten Arbeitskolben in schemati scher Darstellung ;
Fig. 3 einen Brennkrafthammer, dessen Schlag kolben über eine Drehfeder mit einem Kurbeltrieb gekoppelt ist, in schematischer Darstellung.
Der brenngasgetriebene, als Schlagkolben be zeichnete Arbeitskolben 1 arbeitet derart mit den Federn 2 und 3 zusammen, dass er um eine Mittel lage eine erzwungene gedämpfte Schwingung aus führt. Diese ist gegeben durch die Abstimmung der beiden Federn 2 und 3 und durch die Lage der Ver- stellhülse 4. Die Verstellhülse 4 nimmt in ihrem un teren Ende das Einsteckwerkzeug 5 auf und ist ge gen die Kraft der Feder 6 im Gehäuse 7 axial ver schiebbar.
Die am Gehäuse 7 angebrachte Sperrvor- richtung 8 hält die Verstellhülse 4 in einer Stellung, die den Leerlauf des Werkzeuges gestattet, d. h. es erfolgen keine Schläge des Schlagkolbens 1 auf das Einsteckwerkzeug 5. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Federn 3 und 6 gegen die Kraft der Feder 2 eine Hubverkürzung des Schlagkolbens 1 bewirken. Die Feder 2 speichert somit die Leerlaufenergie in dieser Stellung der Hülse 4.
Zur Abgabe der vollen Schlagleistung wird in be kannter Weise das Werkzeug gegen das zu bearbei tende Material gedrückt. Dabei verschiebt sich die Verstellhülse 4 gegen die Feder 6 im Gehäuse 7 bis zum oberen Anschlag. Der Abstand zwischen Schlag kolben 1 und Einsteckwerkzeug 5 wird vermindert und damit der Verdichtungsgrad des Frischgasgemi sches im Zylinder vergrössert, so dass bei Vollgas stellung die volle Schlagleistung auf das Einsteck- werkzeug 5 abgegeben wird.
Es ist dabei sehr vorteilhaft, dass die Schlaglei stung kontinuierlich zu verändern ist, je nach der Einstellung des Vergasers und durch den Anpress- druck des Werkzeuges durch den Arbeiter, wobei die Feder 6 der Verstellhülse 4 entsprechend dem jewei ligen Anpressdruck eine bestimmte Lage zwischen der Leerlaufstellung und dem oberen Anschlag im Gehäuse 7 zuordnet. Bei Zündaussetzern oder an deren kurzzeitigen Störungen führt der Schlagkolben 1 noch einige freie gedämpfte Schwingungen aus, so dass eine Stillegung des Werkzeuges nicht sofort ein treten kann.
Zum Anwerfen wird die Sperrvorrichtung 8 ge löst. Dabei schiebt die Feder 6 die Verstellhülse 4 gegen den unteren Anschlag im Gehäuse 7, die Fe der 3 den Schlagkolben 1 in seine untere Totpunkt lage. Während dieses Vorgangs wird Frischgas an gesaugt und beim Aufschlagen des Werkzeuges ge gen das Einsteckwerkzeug 5, wobei sich die geschil derten Vorgänge in -umgekehrter Richtung wieder holen, 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 Schlagkolben 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 Schlagkolbenausschlag gleichzeitig der Zündzeitpunkt verlegt.
Entsprechend Fig. 2 bewegt sich der Arbeitskol ben 1 mit einem zweiten Arbeitskolben 9 in einem gemeinsamen Zylinder 13 eines im Zweitakt arbei tenden Verbrennungsmotors. Bei der Expansion der zwischen den beiden Kolben eingeschlossenen Brenn- gase entfernen sich die Kolben voneinander. Der Ar beitskolben 9 bewegt sich dabei über das Pleuel 14, die dreifach gekröpfte Kurbelwelle 15 mit dem Ma gnetzünder 16 und den Lüfterschaufeln 17.
An der Kurbelwelle 15, an gleichsinnig um 1800 versetzten zusätzlichen Kröpfungen 11, sind die Pleuel 18 an gelenkt, welche über das Gleitstück 19 und die Feder 10 auf den Schlagkolben 1 wirken. Der Schlagkolben 1 wird gleichzeitig von Brenngasen in; derselben Richtung angetrieben.
Die Feder 12 ist so bemessen und mit der Feder 10 und der Masse des Schlag kolbens 1 abgestimmt, dass beim Betrieb des Werk- zeuges mit der Eigenfrequenz des Schwingungs- systems die zur Verdichtung erforderliche Arbeit ge leistet und im Leerlauf ein Aufschlagen des Schlag kolbens 1 auf das Einsteckwerkzeug 5 vermieden wird.
Gemäss Fig. 3 wird der im Zylinder 20 hin- und hergehende Schlagkolben 1 mit einer Schlagkolben stange versehen, an der ein Gabelstück 21 befestigt ist. Dieses ist mit einer bei 22 drehbar gelagerten Drehfeder 23 gelenkig verbunden. Diese Drehfeder 23 stellt so über das Pleuel 24 eine elastische Kop pelung zwischen dem Schlagkolben 1 und der Kur belwelle 25 her. Die Kurbelwelle 25 liefert die zur Zündstrom- und Kühllufterzeugung erforderliche Drehbewegung und zusammen mit der Drehfeder 23 die zur Kompression des Frischgases im Zylinder benötigte Verdichtungsarbeit.
Die Übersetzung zwi schen Kurbeltrieb 25 und Schlagkolben 1, sowie die Federcharakteristik der Drehfeder 23 sind so bemes sen, dass im Leerlauf eine Abgabe von Schlagarbeit nicht erfolgen kann. Im Resonanzbereich des aus der Masse des Schlagkolbens 1, der Drehfeder 23 und dem Trägheitsmoment der Kurbelwelle 25 gebildeten Schwingungssystems wird bei Vollgas die volle Schlagleistung vom Schlagkolben 1 auf das Einsteck- werkzeug 5 übertragen.
Diese Ausführungsform stellt eine besonders ein fache Lösung des Erfindungsgedankens dar, die aus- serdem den Vorteil besitzt, dass der über die Dreh feder mit dem Arbeitskolben gekoppelte Kurbeltrieb das Anwerfen des Motors erleichtert.
Piston engine, in particular for driving internal combustion hammers. The invention relates to a piston engine, in particular for driving internal combustion hammers, with a working piston that can move back and forth against spring force.
In known internal combustion hammers, the working piston serving as a percussion piston is returned to its top dead center position by tensioned air or helical springs after specifying its kinetic energy, where it sits in its rest position after the tool is stopped or if there is no subsequent explosion of the fresh gas mixture enclosed in the combustion chamber .
Such drive units with a unilaterally spring-loaded working piston are difficult to keep going in the event of brief misfires or a temporary lack of ignitable gas mixture. In addition, the same can only be started using a single, multiple single stroke against the full spring force of the return spring.
In other known tools, which have a unilaterally spring-loaded percussion piston and a second piston of an internal combustion engine operating in the common cylinder on a crank drive, the starting difficulties and keeping in motion for short, temporary malfunctions are less, but such tools have in relation to their weight. poor performance.
To solve these difficulties and in particular, in order not to have to accept a complete standstill of the unit in the event of brief malfunctions, the invention proposes that the working piston in its rest position by the spring force acting in the reciprocating direction in one between the upper and lower Hold the dead center position.
Through the subject matter of the invention, it is sufficient that in piston engines with a working piston driven by fuel gas, compressed air or some other suitable drive means, a forced oscillation is carried out by this working piston, which with the appropriate choice of piston mass and spring is constant with brief interruptions and disturbances as free The damped oscillation only fades after a few work cycles, so that it can continue to work properly when the disturbance ceases.
In the drawings, exemplary embodiments of the invention are shown on an internal combustion hammer. 1 shows an internal combustion hammer, the impact piston of which is also the working piston, in longitudinal section; 2 shows an internal combustion hammer with two working pistons arranged in a cylinder in a schematic representation;
Fig. 3 an internal combustion hammer, the impact piston is coupled via a torsion spring with a crank mechanism, in a schematic representation.
The fuel gas-driven working piston 1, which is designated as a percussion piston, works together with the springs 2 and 3 in such a way that it performs a forced damped oscillation around a central position. This is given by the coordination of the two springs 2 and 3 and by the position of the adjustment sleeve 4. The adjustment sleeve 4 receives the insertion tool 5 in its lower end and is axially displaceable against the force of the spring 6 in the housing 7 .
The locking device 8 attached to the housing 7 holds the adjusting sleeve 4 in a position which allows the tool to run idle, ie. H. there are no impacts of the percussion piston 1 on the insertion tool 5. This is made possible by the fact that the springs 3 and 6 cause the stroke of the percussion piston 1 to be shortened against the force of the spring 2. The spring 2 thus stores the idle energy in this position of the sleeve 4.
To deliver the full impact performance, the tool is pressed against the material to be processed in a known manner. The adjusting sleeve 4 moves against the spring 6 in the housing 7 up to the upper stop. The distance between impact piston 1 and insert tool 5 is reduced and thus the degree of compression of the fresh gas mixture in the cylinder is increased so that the full impact power is delivered to insert tool 5 when the throttle is at full throttle.
It is very advantageous that the impact performance can be changed continuously, depending on the setting of the carburetor and the contact pressure of the tool by the worker, the spring 6 of the adjustment sleeve 4 depending on the respective contact pressure a certain position between the Idle position and the upper stop in the housing 7 assigned. In the event of misfires or other short-term malfunctions, the percussion piston 1 still carries out a few free, damped oscillations so that the tool cannot be shut down immediately.
To start the locking device 8 is released. The spring 6 pushes the adjusting sleeve 4 against the lower stop in the housing 7, the Fe of the 3 the percussion piston 1 in its bottom dead center. During this process, fresh gas is sucked in and when the tool is opened ge conditions the insert tool 5, with the schil-made processes in the opposite direction, fresh gas is compressed in the cylinder and ignited. The ignition device is not shown. It can be formed in a known manner by a battery ignition system.
It is advantageous to attach a permanent magnet to the percussion piston 1 in addition to the interrupter cam, and to attach the pole shoes and the field winding to the adjustment sleeve 4, as well as the interrupter of a magneto formed therefrom. As a result, the ignition point is shifted at the same time as the piston deflection.
According to FIG. 2, the working piston moves ben 1 with a second working piston 9 in a common cylinder 13 of a two-stroke arbei internal combustion engine. When the combustion gases enclosed between the two pistons expand, the pistons move away from one another. The working piston 9 moves via the connecting rod 14, the three-cranked crankshaft 15 with the magneto ignition 16 and the fan blades 17.
On the crankshaft 15, on additional cranks 11 offset in the same direction by 1800, the connecting rods 18 are articulated, which act on the percussion piston 1 via the slider 19 and the spring 10. The percussion piston 1 is simultaneously of fuel gases in; driven in the same direction.
The spring 12 is dimensioned and coordinated with the spring 10 and the mass of the impact piston 1 that when the tool is operated at the natural frequency of the vibration system, the work required for compression is performed and the impact piston 1 hits the idle on the insertion tool 5 is avoided.
According to FIG. 3, the percussion piston 1 reciprocating in the cylinder 20 is provided with a percussion piston rod to which a fork piece 21 is attached. This is articulated to a torsion spring 23 rotatably mounted at 22. This torsion spring 23 provides an elastic Kop pelung between the percussion piston 1 and the cure belwelle 25 via the connecting rod 24. The crankshaft 25 provides the rotary motion required for generating the ignition current and cooling air and, together with the torsion spring 23, the compression work required to compress the fresh gas in the cylinder.
The translation between the crank mechanism 25 and percussion piston 1, as well as the spring characteristics of the torsion spring 23 are dimensioned in such a way that no impact work can take place when idling. In the resonance range of the vibration system formed from the mass of the percussion piston 1, the torsion spring 23 and the moment of inertia of the crankshaft 25, the full percussion power is transmitted from the percussion piston 1 to the insert tool 5 at full throttle.
This embodiment represents a particularly simple solution to the idea of the invention, which also has the advantage that the crank mechanism coupled to the working piston via the torsion spring makes it easier to start the engine.