DE1048739B

DE1048739B - Freiflugkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1048739B
Application number: DENDAT1048739D
Authority: DE
Inventors: Essen Dipl.-Ing. Franz v. Reitz und Friedrich-Wilhelm Holler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication date: 1959-01-15

Description

Der Zweck der Erfindung ist der, einen vollkommen symmetrischen Bewegungsablauf zweier gegenläufiger Kolben einer Freiflugkolbenmaschine, z. B. eines Freiflugkalben-Gaserzeugers oder Freinugkolben-Kompressors, zu gewährleisten. .

; Es ist bekannt", zur Erzielung eines solchen Ablaufes bei Freiflugkolben-Kompressoreh die beiden Kompressor räume mit einem Rohr kleinen Querschnitts zu verbinden und somit die Schwingbewegungen des Schwerpunktes der beiden Kolben zu dämpfen. Diese Einrichtung hat den'Nachteil, daß ein einigermaßen symmetrischer Lauf der Kolben erst mehrere Kolbenhübe nach Auftreten der Störung wiederhergestellt ist.

Es ist ferner eine Induktionseinrichtung bekannt, bei der ein Teil mit dem hin- und hergehenden Kolben einer Wärmekraftkolbenmaschine gekoppelt ist. Der über die Induktionseinrichtung erzeugte elektrische Strom kann hier unter anderem zur Steuerung und Regelung der Wärmekraftkolbenmaschine verwendet werden. Es handelt sich dabei aber nicht um eine Freiflugkolbenmaschine und daher auch nicht um das Problem der einwandfreien Synchronisierung der Kolben einer solchen Maschine.

Weiterhin ist ein zwei gegenläufige Kolben aufweisendet Flugkolbenmotor zur Erzeugung von elektrischem Strom durch zwei hin- und hergehende Generatoren bekannt, welche Generatoren mit einem Schwungradgenerator oder einem Netz gekuppelt sind. Die hin- und-hergehenden Teile sind dabei untereinander auch elektrisch gekuppelt. Es ist den beiden Kolben je ein hin- und hergehender Generator zugeordnet, der einen Magneten und eine durch diesen indüzierbare Spule oder Statorwicklung aufweist, und jeder "Kolben ist mit dem bewegbaren Teil des zügehörigen hin- und hergehenden Generators starr gekoppelt. Die Statorwicklungen sind-'miteinander parallel geschaltet und mit dem Schwungradgenerator oder dem Netz elektrisch gekuppelt. Diebeiden Kolben , werden also durch den Schwungradgenerator oder das Netz, in Verbindung mit. der Parallelschaltung synchronisiert. Diese Sync'hronisierungsart ist aber nur bei solchen Anlagen, bezüglich des Aufwandes vertretbar, bei denen die Freiflugkolbenmaschine aufgabengemäß zur.Erzeugung'von elektrischem Strom dient. Darüber hinaus wird bei diesem bekannten Flugkolbenmotor nur synchronisiert, wenn die Kolben voneinander verschiedene Geschwindigkeit haben.

Bei den in der Praxis arbeitenden und verlangten Freiflugkolbenmaschinen handelt es sich nun praktisch ausnahmslos um Gaserzeuger, insbesondere für Gasturbinen, ttnd/oder Drucklufterzeuger. Der genannte Flugkoibenrnotor mit seiner nur im Zusammenhang mit einem Schwungradgenerator oder Netz arbeiten-Freiflugkolbenmaschine

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Franz v. Reitz

und Friedrich-Wilhelm Holler, Essen,

sind als Erfinder genannt worden

den Synchronisierung ist als reiner Gaserzeuger und/oder Drucklufterzeuger nicht verwendbar, da bei letzten eine Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom im angegebenen Sinne nicht gewünscht wird. Diese Aufgabe liegt beim Gas- und/oder Drucklufterzeuger gar nicht vor. Man müßte, um zu synchronisieren, dem· Erzeuger eine zusätzliche Aufgabe und damit-zusätzliche und/oder aufwendige elektrische Einrichtungen zuordnen. ^

Um die obengenannten Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine Freiflugkolbenmaschine, bei der zwei gegenläufigen Kolben ^₁ eine. Induktionseinrichtung zugeordnet ist, die mindestens einen Magneten und eine durch diesen induzierbare Spule aufweist, wobei jeder Kolben mit dem bewegbaren Teil der zugehörigen Induktionseinrichtung im Sinne eines mindestens ähnlichen Bewegungsablaufes gekoppelt ist, vorgeschlagen, bei welcher Maschine nun jeweils die Spule der einen Induktionseinrichtung und die der anderen in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis liegen und Magnete und Spulen so beschaffen und so angeordnet sind, daß bei einem zur kolbenachssenkrechten Maschinenmittelebene symmetrischen Kolbenbewegungsablauf die in der Spule oder Spuleneinridhtung- der einen Induktionseinrichtung induzierte elektromotorische Kraft und die in der anderen Spule oder Spuileneinridhtung induzierte sich gegenseitig aufheben.

Tritt bei einer solchen Maschine bei einem der beiden Arbeitskolben beispielsweise durch Reibung eine Verzögerung auf, dann ist vorerst kein.symmetrischer Kölbenbewegungsablauf mehr gegeben. Die genannten elektromotorischen Kräfte heben sich nicht mehr auf, sondern es entsteht in dem geschlossenen elektrischen Kreis eine elektromotorische Kraft endlicher Größe. Der dadurch wiederum entstehende Induktionsstrom ruft um die beiden Spulen öd. dgl.

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Magnetfelder hervor, dfeVdie. Wirkung\bäben, die Geschwindigkeiten der beiden bewegbaren Teile, z. B. der Magnete oder Magneteinrichtungen, wieder auf gleiche Größe zu^rmgen_[;.So.mit.,wird,e.in vollkommen symmetrischer. Bewegungsablauf! der beiden^: Arbeitskolben sofort und praktisch ohne Schwingungen des gemeinsamen Kolbeiischwerpunktes erreicht.

Insbesondere steht jeder Kolben mit mindestens einem gesondert ängeordheften-Magnet als bewegbarer Teil in fester Verbindung,; Man erhält dann nicht nur einen ähnlichen Bewegungsablauf, sondern einen vollkommen gleichen Bewegungsablauf des Arbeitskolbens und· des bewegbaren Teils jeder der beiden Induktionseinrichtungen. Im übrigen.ist es auch möglich, bei besonderer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung die Spulen bewegbar und die Magnete fest anzuordnen. Auch beide Teile können sich bewegen. Entscheidend ist, daß zwischen Spulen und Magneten Relativbewegungen auftreten, damit elektromotorische Kräfte in den Spulen induziert werden können.

Handelt es sich um eine Freiflugkolbenmaschine, bei der Kompressockolben mit den Arbeitskolben in fester Verbindung stehen,, dann kann die obengenannte feste Verbindung zwischen Kolben und Magneten über die Kompressorkolben gegeben sein. An jedem der beiden Kompressorkolben befindet, sich also fest ein Magnet, der die Bewegungen des betreffenden Arbeitskolbens mitmacht. Bei Verwendung beweglicher Spulen ist die Konstruktion in entsprechender Weise ausführbar.

Es können auch die Arbeitskolben selbst Magnete sein oder dieselben aufweisen.- Zum Beispiel kann um die eigentlichen Arbeitskolben, fest mit ihnen verbunden, ein Stabmagnet kreisringförmigen Querschnitts liegen, wobei dann um diese Kolben-Magnet-Einrichtung eine schraubenförmige Spüle angeordnet ist. ■"-.·:'■■;

Im Sinne der vorliegenden .Erfindung verwendete Magnete sind zweckmäßigerweise stabförmig. Die Stablängsrichtung ist insbesondere parallel zur Kolbenachsrichtung. _:;

Für besondere Zwecke ist es auch möglich, Magnet und Kolben nicht parallel zueinander anzuordnen. Es können z. B. zwischen Arbeitskolben und Magneten (oder Spulen, wenn diese bewegbar sind;) Getriebe geschaltet sein. Mit Hilfe dieser Getriebe kann auch ein anfangs erwähnter ähnlicher Bewegungsablauf erzwungen werden. Dabei ist darauf zu achten, daß solche Maßnahmen bei beiden Induktionseinrichtungen Sinne des genannten Sichaufhebens der elektro-

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motorischen Kräfte bei symmetrischem Kolbenbewegungsablauf (kurz: im ,Sinne der Einhaltung der Symmetrie) getroffen weiden. Immer muß bei ungestörtem Lauf der beiden' Kolben die induzierte elektromotorische Kraft auf der einen Seite gleich und entgegengesetzt der induzierten elektromotorischen Kraft auf dfer anderen Seite sein.

Magnete sind zweckmäßigerweise innerhalb von Spulen vorgesehen. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Magnete können permanente. Magnete sein, sie können aber auch durch gleichstromdurchflossene Spulen gebildet werden.

- Um zu gewährleisten, daß nicht nur ein vollkommen symmetrischer Bewegungsablauf der beiden Arbeitskolben gegeben ist, sondern diebeiden Arbeitskolben auch in jeder Phase im gleichen Abstand von der kolbenachssenkrechten Maschinenmittel ebene liegen, können verschiedene Anordnungen getroffen werden. Diese im folgenden genannten Anordnungen haben gemeinsam, daß eine bestimmte Ordnung des Wicklungsschrittes vorgesehen wird.;'So können z. B. unter Ein- haltung den Symmetrie die Windungsabstände der beiden Spulen oder Spuleneinrichtungen längs ihrer beiden Induktionswege verschieden groß sein. Insbesondere. . nehmen die Windungsabstände zu den-.jenigen Enden der Induktionswege hin ab, die zu den inneren Kolbentotpunkten gehören.

Sehr zweckmäßig ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung, bei dbr jedem Kolben als Spuleneinrichtung der Induktionseinrichtung längs der Induktionso wege mehrere Spulen zugeordnet sind und jeweils zwei symmetrisch arbeitende Spulen in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis liegen. Dabei wird insbesondere so vorgegangen, daß unter Einhaltung der Symmetrie innerhalb jeder der beiden Spüleneinrichtungen zwischen den Spulen spulenfreie Gebiete vorgesehen sind.

■ In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes' der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Gemäß der Fig. 1 nehmen die Windungsabstände zu denjenigen Enden 40 und 41 der Induktionswege 38 und 39 hin ab, die zu den inneren Kolbentotpunkten 42 und 43 gehören. Gemäß der Fig. 2 ist innerhalb jeder der beideja'Spuleneinrichtungen jeweils zwischen zwei Spulen ein spulenfreies Gebiet vorgesehen. Zwei solcher Gebiete sind mit 26 und 27 bezeichnet. ·..

In der Fig. 1 sind die beiden Arbeitskolben 10 und 11 mit den Kompressorkolben 12 und 13 fest verbunden. Mit den letzten sind wiederum permanente Stabmagnete 14, 15, 16 und 17 verbunden. Die Magnetachsen 18 und 19 liegen parallel zueinander und parallel zur Kolbenlängsachse 37. Die Stabmagnete 14 bis 17 bewegen sich bei arbeitender Maschine innerhalb von Spulen 20, 21, 22 und 23. Die Spulen 20 und 21 und die Spulen 22 und 23 liegen jeweils in einem geschlossenen elektrischen Kreis. Stäbmagnete sowie Spulen sind sämtlich gleich groß. Der Aufbau sämtlicher Spulen ist derselbe, d. h. sämtliche Spulen sind gleich. Windungssinn und Verbindungen der Spulenenden sind derart, daß ein innerhalb des geschlossenen Kreises auftretender Induktionsstrom entgegengesetzt gerichtete magnetische Kräfte erzeugt, wie dies durch die Pfeile 24 und 25 angedeutet ist. : In der Fig. 2 sind nur die beiden Induktionseinrichtungen dargestellt. Unter diesen beiden Einrichtungen befinden sich wie im Falle der Fig. 1 die beiden gegenläufigen Arbeitskolben. In den Büchsen 28 und 29, die die Stabmagnete 30 und 31 umgeben, sind Spulen vorgesehen, von denen die beiden inneren mit 32 und 33 bezeichnet sind. Diese beiden Spulen liegen, wie auch jeweils zwei andere entsprechende Spulen, in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis. Es liegen also z. B. auch die Spulen 34 und 35 in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis. Im ganzen sind gemäß dem Ausführungsbeispiel fünf geschlossene elektrische Kreise vorhanden. . ' .

Mit den beiden in der Fig. 1 und 2 dargestellten Induktionseinrichtungen wird ein vollkommen symmetrischer Bewegungsablauf und eine Rückkehr der beiden Arbeitskolben 10 und 11 zu denselben symmetrisch zur koflbenachssenkrechten Mittelebene liegenden Ausgangspunkten (inneren Totpunkten und 43) im selben Zeitpunkt erzwungen. . .

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Claims

Patentansprüche:

1. Freiflugkolbenmaschine, bei der zwei gegenr läufigen Kolben je eine Induktioriseihrichtung zugeordnet ist, die mindestens einen Magnet und;eine durch diesen. induzierbare Spule aufweist, .wobei

jeder Kolben mit dem bewegbaren Teil der zugehörigen Induktionseinrichtung im Sinne eines mindestens ähnlichen Bewegungsablaufes gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Spule (20) der einen Induktionseinrichtung und die (21) der anderen in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis liegen und Magnete (14, 15) und Spulen (20, 21) so beschaffen und so angeordnet sind, daß bei einem zur kolbenachssenkrechten Maschinenmittelebene (36) symmetrischen Kolbenbewegungsablauf die in der Spule oder Spuleneinrichtung (20) der einen Induktionseinrichtung induzierte elektromotorische Kraft und die in der anderen Spule oder Spuleneinrichtung (21) induzierte sich gegenseitig aufheben.

2. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (10, 11) mit mindestens einem gesondert angeordneten Magneten (14, 17; 15, 16; 30, 31) als bewegbaren Teil in fester Verbindung steht.

3. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung über einen Kompressorkolben (12, 13) gegeben ist.

4. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (10, 11) .selbst Magnete sind oder dieselben aufweisen.

5. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete stabförmige Magnete (14 bis 17; 30, 31) sind.

6. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Magnete (14 bis 17; 30, 31) parallel zur Kolbenlängsachse (37) liegen.

7. Freiflugkolbenmaschine, insbesondere nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete (14 bis 17; 30, 31) innerhalb von Spulen (20 bis 23; 32 bis 35) vorgesehen sind.

8. Freiflugkolbenmaschine, insbesondere nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete permanente Magnete (14 bis 17; 30, 31) sind.

9. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete durch gleichstromdurchflossene Spulen gebildet werden.

10. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einhaltung der Symmetrie die Windungsabstände der beiden Spulen oder Spuleneinrichtungen (22, 23) längs ihrer beiden Induktionswege (38, 39) verschieden groß sind.

11. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsabstände zu denjenigen Enden (40, 41) der Induktionswege (38, 39) hin abnehmen, die zu den inneren Kolbentotpunkten (42, 43) gehören.

12. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kolben (10, 11) als Spuleneinrichtung der Induktionseinrichtung längs der Induktionswege (38, 39) mehrere Spulen (32, 34 usw.; 33, 35 usw.) zugeordnet sind und jeweils zwei symmetrisch arbeitende Spulen (32, 33; 34, 35) in Reihe in einem geschlossenen elektrischen Kreis liegen.

13. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einhältung der Symmetrie innerhalb jeder der beiden Spuleneinrichtungen zwischen Spulen (32, 34; 33, 35) spulenfreie Gebiete (26, 27) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 442 656, 83 391, 539;

österreichische Patentschrift Nr. 132 620.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen