DE10043615A1 - Freikolbenmotor mit rotativer Bewegungs- und Energieauskopplung - Google Patents

Freikolbenmotor mit rotativer Bewegungs- und Energieauskopplung

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
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Description

Die Erfindung betrifft eine lineare Verbrennungskraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, dass Freikolbenmotoren mit gutem Wirkungsgrad arbeiten und einfach aufgebaut sind. Die motorischen Kräfte werden direkt zum Verbraucher übertragen. Seitenkräfte treten nicht auf, hochbelastete Lager und Gelenke fallen weg. Dadurch wird die Maschine verschleißfest und langlebig.
Freikolbenkompressoren, in den dreißiger Jahren dieses Jahrhunderts von Junkers kon­ zipiert und gebaut, arbeiten problemlos bis in die Gegenwart. Stelzer stellt eine Ma­ schine vor, die ähnlich unproblematisch zur Stromerzeugung oder als Kompressor ein­ gesetzt werden könnte.
Diese Anwendungen bleiben jedoch auf Gebiete beschränkt, wo die lineare Bewegung der Kolben direkt umgesetzt werden kann. Spezielle Konstruktionen der Verbraucher (z. B. Lineargeneratoren) werden erforderlich.
Bei herkömmlichen rotierenden Verbrennungsmotoren wird die ganze Verbrennungs­ energie vom Kolben auf die Kurbelwelle übertragen und zwischengespeichert. 40% dieser Energie bei Vollast und bis zu 100% im Leerlauf sind für den nächsten Ver­ dichtunstakt notwendig und müssen wieder zum Kolben zurückübertragen werden. Bei diesen Vorgängen treten hohe Kälte auf, die die Lager belasten. Hohe Seitenkräfte er­ zeugen Reibungsverluste und Verschleiß.
Bei rotierenden Verbrennungsmotoren muß bei jedem Verbrennungsvorgang die ge­ naue Kurbelwellenposition berücksichtigt werden um thermische und mechanische Überlastungen zu vermeiden. Der Verbrennungsablauf muß den Gegebenheiten und Grenzen des mechanischen Bewegungsablaufs angepaßt werden. Das Optimum der thermischen Energieerzeugung und Übertragung wird nicht erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, häufig zur Anwendung kommende Verbraucher mit ro­ tierender Antriebsbewegung, an die Freikolbenmaschine anschließbar zu machen und dabei die Nachteile der rotierenden Maschinen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.
Es handelt sich dabei um einen Doppelkolbenmotoren, wo die erforderliche Verdich­ tungsarbeit direkt und ohne Verluste von der einen Seite der Maschine auf die andere übertragen wird (Kolben, Kolbenstange, Kolben). Über das Federpaket, beziehungs­ weise den Mitnehmer, wird nur die zur Verfügung stehende Nutzarbeit auf die Kurbel­ triebe übertragen, wie in Bild 2 dargestellt.
Bewegungsmäßig eilt der Kolben (die Kolbenstange) dem Kurbelzapfen voraus. Die übertragenen Kräfte sind, entsprechend Bild 3, der dadurch erreichten Federvor­ spannung proportional. Die starre Zuordnung - oberer Kurbelwellentotpunkt zu oberen Umkehrpunkt des Kolbens - ist aufgehoben, der Verbrennungsablauf muß nicht mehr an diese Grenzen angepaßt werden und kann somit günstiger gestaltet werden.
Es stellen dar:
Bild 1 Freikolbenmotor mit Doppelkolben (1, 2), Kolbenstange (3), Mitnehmer (4), Federn (5, 6), Kurbelwellen (7, 8),
Bild 2 Kolbenweg-Brennraumdruck(P)/Kurbezapfenkraft(F)verlauf
Bild 3 Weg-Kraftverlauf des Federpaketes.

Claims (4)

1. Freikolbenmotor, als Doppelkolbenmotor aufgebaut, mit zwei Brennkammern und zwei Kolben (1, 2), die über eine gemeinsame Kolbenstange (3) miteinander ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gemeinsamen Kolbenstange (3) ein Mitnehmer (4) gleitend gelagert ist und der, über zwei Federn (5, 6) abgestützt, je nach erreichter Federvorspannung, die Kolbenkräfte auf angekoppelte rotierende Systeme überträgt.
2. Freikolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federn (5, 6) vorgespannt werden und dass ein Federpaket entsteht, dessen Federrate somit ein­ stellbar ist.
3. Freikolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4) die Kraft auf ein Kurbelschlaufen - Gleitstein - Kurbeltriebwerk überträgt.
4. Freikolbenmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4) die Kraft auf zwei, symmetrisch zur Kolbenstange (3) liegende, Kurbeltriebe überträgt (Bild 1).
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