DE102011011335A1

DE102011011335A1 - Freikolbenmaschine mit Viertaktbetrieb

Info

Publication number: DE102011011335A1
Application number: DE102011011335A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US20140172208A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine. Das Ziel vorliegender Erfindung ist das Schaffen einer Freikolbenmaschine – die Kolbenbewegungen deren werden mühelos stabilisiert, – mit einfachem Anlassen, – mit stabilem Betrieb bei Zündungsausfällen, – mit dem Viertaktbetrieb oder dem Zweitaktbetrieb mit gesteuerten Ventilen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Freikolbenmaschine enthält – mindestens zwei Paare gegeneinander angeordnete (vier) Zylinder Z und in ihnen hin- und her sich bewegende (vier) Kolben K, dabei ist jedes Paar Kolben K auf einer zylindrischen Kolbenstange T aufgestellt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine folgendes beinhaltet: – (zwei) je eine an jeder Kolbenstange T befindliche zylindrische Führung F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in einem an ihm angebrachten Stütz S eingestellt ist, – (zwei) je eine Traverse V, jede aus denen die Kolbenstange T und die Führung F umfasst; auf jeder Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen Halbkreisbereich h zur Umfassung der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, so dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereichen h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet; es sind beide Traversen V oder beide Pleuel P mit einer Verbindungsstange L verbunden, so dass Drehbewegung der Traversen V ausgeschlossen ist, – zwei auf gesamter Welle W aufgestellte Kurbel-Pleuel P-Mechanismen; jeder Pleuel P ist mit einer der Traversen V gekoppelt; diese Mechanismen sind durch die Welle W erstens mit dem Starter gekoppelt und zweitens durch Zahnrad-Riementrieb ZR mit Nockenwellen N gekoppelt, – dabei sind die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems in den Zylindern Z so angeordnet, dass vier unterschiedliche Takte in ihnen vorgehen. Die Kolbenstangen T nehmen von ihren Tragstufen r nur die Achsekraft, und sie werden keinen Seitenkräften und Drehmomenten von den Pleueln P ausgesetzt, weil die Seitenkräfte mit den Führungen F aufgenommen werden, und die Verbindungsstange L löst gegengerichtete Drehmomente von beiden Pleueln P auf. Die Kurbel-Pleuel P-Mechanismen haben drei Funktionen: 1 – Starten der Freikolbenmaschine (ihre Verwendung als Starttriebwerk), 2 – Steuerung der Kolbenbewegungen inkl. Fixierung der Tot-Punkte, 3 – Steuerung des Ventiltriebs: Ablesung und Übertragung der in die Kurbeldrehung umgewandelten Hubbewegung der Kolbenstangen T an die Nockenwellen N durch die Welle W und den Zahnrad-Riementrieb ZR.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine.
Der Gasprozess bekannter Freikolbenmaschinen ist prinzipbedingt ein Zweitakt-Prozess, deswegen betreffen sie alle Nachteile der Zweitaktmotoren (niedriger Wirkungsgrad, abgaskritischer Betrieb usw.).
Darüber hinaus

– die Kolbenbewegungen sind problematisch zu synchronisieren und umfangreiche Steuerungen vorzusehen,
– das Anlassen der bekannten Freikolbenmaschinen ist sehr aufwendig,
– bei Fehlzündung bleiben sie a priori stehen.

Das Ziel vorliegender Erfindung ist das Schaffen einer Freikolbenmaschine, die keine erwähnten Nachteile aufweist, und zwar das Schaffen einer Freikolbenmaschine

– die Kolbenbewegungen werden mühelos stabilisiert,
– mit einfachem Anlassen,
– mit stabilem Betrieb bei Zündungsausfällen,
– mit dem Viertaktbetrieb (oder dem Zweitaktbetrieb mit gesteuerten Ventilen).

Es sind folgende Kennzeichnungen angegeben:

An: – Ansaugventil,
Aus: – Auslassventil,
Ein: – selbsttätiges Einlassventil,
F: – Säulenführung (weiter – Führung),
h: – Halbkreisbereich der Traverse V (zur Umfassung der Kolbenstange T an ihr Umfassbereich U, dabei ohne Berührung an ihn),
HD: – Hochdruckventil,
K: – Kolben,
L: – Verbindungsstange,
N: – Nockenwelle von Ventil-Triebwerk,
Na: – Natriumfüllung,
P: – Pleuel,
r: – Tragstufe der Kolbenstange T,
S: – Stütz,
T: – Kolbenstange,
U: – Umfassbereich der Kolbenstange T,
V: – Traverse als Knote,
W: – Welle (sie verbindet Kurbel-Pleuel P-Mechanismen mit einem Starter),
Z: – Arbeitszylinder (weiter – Zylinder),
ZR: – Zahnrad-Riementrieb, der abgelesene Hubbewegung der Kolbenstangen T an die Nockenwellen N überträgt.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Freikolbenmaschine enthält

– mindestens zwei Paare gegeneinander angeordnete (vier) Zylinder Z und in ihnen hin- und her sich bewegende (vier) Kolben K, dabei ist jedes Paar Kolben K auf einer zylindrischen Kolbenstange T aufgestellt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine folgendes beinhaltet:
– (zwei) je eine an jeder Kolbenstange T befindliche zylindrische Führung F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in einem an ihm angebrachten Stütz S eingestellt ist,
– (zwei) je eine Traverse V, jede aus denen die Kolbenstange T und die Führung F umfasst; auf jeder Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen Halbkreisbereich h zur Umfassung der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, so dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereichen h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet; es sind beide Traversen V oder beide Pleuel P mit einer Verbindungsstange L verbunden, so dass Drehbewegung der Traversen V ausgeschlossen ist,
– zwei auf gesamter Welle W aufgestellte Kurbel-Pleuel P-Mechanismen; jeder Pleuel P ist mit einer der Traversen V gekoppelt; diese Mechanismen sind durch die Welle W erstens mit dem Starter gekoppelt und zweitens durch Zahnrad-Riementrieb ZR mit Nockenwellen N gekoppelt,
– dabei sind die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems in den Zylindern Z so angeordnet, dass vier unterschiedliche Takte in ihnen vorgehen.

Die Kolbenstangen T nehmen von ihren Tragstufen r nur die Achsekraft, und sie werden keinen Seitenkräften und Drehmomenten von den Pleueln P ausgesetzt, weil die Seitenkräfte mit den Führungen F aufgenommen werden, und die Verbindungsstange L löst gegengerichtete Drehmomente von beiden Pleueln P auf.
Die Kurbel-Pleuel P-Mechanismen haben drei Funktionen:

1 – Starten der Freikolbenmaschine (ihre Verwendung als Starttriebwerk),
2 – Steuerung der Kolbenbewegungen inkl. Fixierung der Tot-Punkte,
3 – Steuerung des Ventiltriebs: Ablesung und Übertragung der in die Kurbeldrehung umgewandelten Hubbewegung der Kolbenstangen T an die Nockenwellen N durch die Welle W und den Zahnrad-Riementrieb ZR.

Diese Mechanismen erhalten einen kleinen Anteil der Energie des in einem der vier Zylinder Z beim Arbeitstakt brennenden Gases; diese Energie wird vorerst zur Nutzarbeit der Kolbenstangen T ausgenutzt: zur Komprimierung vom Gas, Stromerzeugung usw., dann für Ansaugung, Verdichtung und Ausstoß der Gase in anderen Zylindern Z sowie zur Drehung der (Ventil-Triebwerk-)Nockenwellen N.
Zwecks Realisation der Freikolbenmaschine als Kompressor sind unterhalb jeden Kolbens K das/die Einlassventil(e) Ein und das/die Hochdruckventil(e) HD angeordnet.
Vereinfachte Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Viertakt-Freikolbenmaschine: die Verbindungsstange L verbindet die Traversen V:
– Gesamtansicht,
– Frontschnitt,
– Rückseite der Konstruktion,
– Schnitt durch Hochdruckventile HD,
– Traverse V;
die Verbindungsstange L verbindet die Pleuel P:
– Frontschnitt.
Es wird empfohlen, die Bohrungen jeder Traverse V und der gegeneinander befindlichen Stütze S zusammen, im fest verbundenen Zustand (im Packet) zu schleifen, um die Koaxialität aller Achsen zu erreichen.

Claims

Freikolbenmaschine enthält – mindestens zwei Paare gegeneinander angeordnete (vier) Zylinder Z und in ihnen hin- und her sich bewegende (vier) Kolben K, dabei ist jedes Paar Kolben K auf einer zylindrischen Kolbenstange T aufgestellt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine folgendes beinhaltet: – (zwei) je eine an jeder Kolbenstange T befindliche zylindrische Führung F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in einem an ihm angebrachten Stütz S eingestellt ist, – (zwei) je eine Traverse V, jede aus denen die Kolbenstange T und die Führung F umfasst; auf jeder Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen Halbkreisbereich h zur Umfassung der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, so dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereichen h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet; es sind beide Traversen V oder beide Pleuel P mit einer Verbindungsstange L verbunden, so dass Drehbewegung der Traversen V ausgeschlossen ist, – zwei auf gesamter Welle W aufgestellte Kurbel-Pleuel P-Mechanismen; jeder Pleuel P ist mit einer der Traversen V gekoppelt; diese Mechanismen sind durch die Welle W erstens mit dem Starter gekoppelt und zweitens durch Zahnrad-Riementrieb ZR mit Nockenwellen N gekoppelt, – dabei sind die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems in den Zylindern Z so angeordnet, dass vier unterschiedliche Takte in ihnen vorgehen.