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Freiflugkolbenmotor zur Erzeugung elektrischer Energie Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, die einen Verbrennungsmotor
in Kombination mit einem elektrischen Generator enthält, wobei der Statorteil des
Generators in einem Gestell angeordnet ist, an welchem zwei Arbeitszylinder des
Verbrennungsmotors an je einer Seite des Statorteils befestigt sind, und bei der
der bewegliche Generatorteil und ein Motorkolben in jedem der Arbeitszylinder auf
einer gemeinsamen, durch das Gestell sich erstreckenden Kolbenstange befestigt sind
und gemeinsam geradlinig hin- und her in bezug auf die Arbeitszylinder und den Statorteil
des Generators beweglich sind.
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Motorgeneratoren der angegebenen Art mit frei fliegendem Kolbensystem,
das den hin- und hergehenden Anker trägt, die an sich bekannt sind, haben den Vorteil
eines sehr kompakten und einfachen Aufbaues. Anderseits bringt der enge Zusammenbau
des Verbrennungsmotorteils und des Generatorteils gewisse Probleme mit sich, und
zwar dadurch, daß die Wärmeleitung von dem Motorteil zum Generatorteil verhältnismäßig
gut wird, was von Nachteil ist, da es natürlich wichtig ist, daß die Temperatur
des Generatorteils niedrig gehalten und dessen Leistungsentnahme nicht durch von
außen zugeführte Wärme begrenzt wird, wozu noch die Kühlung der Zylinder eines solchen
Motorgenerators mit dem bei umlaufenden Motoren gewöhnlichen Mittel, d. h. mittelbar
oder unmittelbar von einem von dem Motor angetriebenen Ventilator, nicht mit einfachen
Mitteln zustande zu bringen ist.
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Die Erfindung stellt eine Lösung des erwähnten Problems dar, indem
die erforderliche Kühlung wenigstens in der Hauptsache nur mit Hilfe der beim Betrieb
des Verbrennungsmotors normal erforderlichen Mittel und Hilfsvorrichtungen zustande
gebracht wird, wobei zum Erreichen dieses Zweckes eine Kombination aus an sich bekannten
Maßnahmen getroffen wird, indem je ein mit den Arbeitszylindern zusammenarbeitender
Spülluftzylinder zwischen dem Generatorteil der Vorrichtung und einem zugehörigen
Zylinder vorhanden und die aus Spülkolben und Spülzylinder bestehende Spülvorrichtung
jedes Arbeitszylinders gleichzeitig als Kühlluftpumpe für die Arbeitszylinderkühlung
wirksam ist und dadurch die Kühlung der Zylinderwand des zugehörigen Zylinders herbeiführt.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein in einem Spülluftzylinder beweglicher, von der gemeinsamen Kolbenstange getragener
Spülluftkolben zwischen jedem Zylinder des Verbrennungsmotors und dem den Statorteil
des Generators enthaltenden Gestell angebracht ist und daß jeder Spülluftzylinder
an seinem dem ihm benachbarten Arbeitszylinder zugekehrten Teil mit wenigstens einer
Durchtrittsöffnung zum Einsaugen und Ausblasen von Luft versehen ist, wobei diese
Öffnung in der Nähe der Außenwandung des Arbeitszylinders an deren Oberfläche mündet,
um an dieser Außenwandung eine Luftbewegung zur Kühlung der Wandung zu erhalten,
wobei die für die Kühlung des Verbrennungsmotors erforderliche Luft von dem Spülluftzylinder
geliefert wird und gleichzeitig der Spülluftzylinder die unmittelbare übertragung
von Wärme von dem Arbeitszylinder zum Generator verhindert.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erklärt, in der ein
Motorgenerator nach der Erfindung im Längsschnitt beispielsweise dargestellt ist.
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In der Zeichnung ist 1 ein Gehäuse, welches das erwähnte, das Magnetsystem
tragende Gestell darstellt. Das Gehäuse l ist mit Endplatten 2 a und
2 b
versehen, an denen die Arbeitszylinder 3 a bzw. 3.b unmittelbar befestigt
sind. Die in den Arbeitszylindern laufenden Kolben 4 a bzw. 4 b sind
an je einem Ende einer gemeinsamen Kolbenstange 5 befestigt, die durch Öffnungen
in den Endplatten 2 a und 2 b
dicht hindurchgeht und sich durch das
Gehäuse 1 erstreckt.
Die zu beiden Seiten des Gehäuses befindlichen
Motorteile sind identisch ausgeführt. Es ist daher nur der eine derselben, nämlich
der im linken Teil der Abbildung befindliche Motorteil im folgenden näher beschrieben.
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Der Arbeitszylinder 3 a besteht aus einem äußeren Teil 6, der im folgenden
als Verbrennungszylinderteil bezeichnet ist, und einem inneren Tei17, der einen
größeren Durchmesser als der Teil 6 hat und im folgenden der Saugzylinderteil genannt
wird. Der Kolben 4 a besteht ebenfalls aus zwei Teilen, nämlich einem Teil
8, der im Verbrennungszylinderteil6 läuft, und einem Teil 9, der im Saugzylinderteil
7 läuft und somit einen größeren Durchmesser als der Teil 8 hat. Wie aus der Abbildung
hervorgeht, ist jeder der Teile 8 und 9 mit Kolbenringen oder ähnlichen Dichtungsmitteln
versehen. Bei dem Arbeitszylinder sind somit zwei von dem Kolben begrenzte und mit
den Bewegungen des Kolbens sich ändernde Räume vorhanden, nämlich der übliche Verbrennungsraum
10 und eine Saugkammer 11, welche unmittelbar durch die Endplatten
2a, die eine Wand der Einsaugkammer 11 darstellt, begrenzt ist. In der Wand des
Saugzylinderteils 7 ist eine Einsaugöffnung 12 für den Einlaß der Verbrennungsluft
bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen. Des weiteren mündet bei 13 in den
inneren Teil der Saugkammer ein überströmkanal 14, durch den die Luft bzw. das Brennstoff-Luft-Genüsch
in den Verbrennungsraum 10 strömt, wenn der Kolben seine innere Lage erreicht,
so daß die Mündung 15 des überströmkanals vom Kolben freigelegt wird. Dabei
wird auch eine im inneren Teil des Verbrennungszylinderteils vorhandene Auslaßöffnung
16 freigelegt.
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Wenn der Kolben 4 a sich nach außen bewegt, entsteht zunächst ein
Unterdruck in der Saugkammer 11, bis der Kolbenteil 9 die Einsaugöffnung 12 freigelegt
hat und die Luft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch in diese Kammer strömt, wobei
gleichzeitig die im Verbrennungsraum 10 vorhandene Luft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch
verdichtet wird. Wenn das Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet und der Kolben 4n nach
innen bewegt wird, wird die in der Saugkammer 11 vorhandene Luft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch
verdichtet, bis die Mündung 15 des überströmkanals 14 vom Kolbenteil 8 freigelegt
ist und infolgedessen das verdichtete Medium in den Verbrennungsraum zwecks Spülung
und Füllung hinüberströmt. Der vorstehend kurz beschriebene Arbeitsverlauf ist bei
Zweitaktmotoren an sich bekannt.
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Dadurch, daß kalte Luft bzw. ein kaltes Brennstoff-Luft-Gemisch in
die Saugkammer 11 gesaugt wird und teilweise auch durch die in dieser Kammer entstehende
Ausdehnung und Verdampfung, werden die die Kammer umgebenden Teile gekühlt, so daß
zwischen dem heißen Verbrennungszylindertei110 und dem das Magnetsystem umschließenden
Gehäuse eine verhältnismäßig kalte Zone erzeugt wird. Das gleiche gilt auch in bezug
auf die Wärme, die vom Kolben in der Richtung der Kolbenstange abgeführt wird. Zur
Fortleitung der Wärme von der Kolbenstange trägt auch die Endplatte 2 a bei, die
die Kolbenstange umschließt und eine große Wärmeableitungsfläche darstellt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist außer dem Verbrennungsraum
10 und der Saugkammer 11 im Arbeitszylinder ein Raum 17 vorhanden, der an
der einen Seite von der Außenseite des Kolbenteils 9 und an der anderen Seite von
der am Übergang zwischen dem Verbrennungszylinderteil und Einsaugzylinderteil befindlichen
Wandfläche 18 begrenzt ist. Das Volumen dieses Raumes ändert sich mit den Bewegungen
des Kolbens, und dieser Raum wird mit Vorteil dazu ausgenutzt, eine weitere Kühlung
der Vorrichtung herbeizuführen. Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck in der Wand
des Zylinderteils 7 nahe der Wandfläche 18 oder jedenfalls in der Nähe der äußeren
Umkehrlage des Kolbenteils 9 eine Anzahl vorzugsweise ringförmig angeordneter Kanäle
19 vorgesehen. Die Kanäle 19, die gegebenenfalls durch einen einzigen Kanal ersetzt
werden können, stehen in unmittelbarer Verbindung mit der umgebenden Luft, damit
bei den Bewegungen des Kolbens in Richtung auf das Gestell kalte Luft eingesaugt
wird, die dann bei der Zurückbewegung des Kolbens wieder ausgeblasen wird. Auf diese
Weise wird der Einsaugzylinderteil7 noch besser gekühlt, und gleichzeitig wird die
Mantelfläche des Kolbens 4 a einer unmittelbaren Luftströmung ausgesetzt, die den
Kolben sehr wirksam kühlt. Zweckmäßig sind die Kanäle 19 so bemessen, daß der Luft
beim Ausblasen eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit erteilt wird, wodurch die
Luft in der Umgebung des Motorgenerators in Bewegung gesetzt und demnach ihre Kühlwirkung
verbessert wird. Die Kanäle 19 können auch in der Wandfläche 18 so angeordnet sein,
daß die austretende Luft längs des Verbrennungszylinderteils 16 oder diesem schräg
entgegen strömt. Andere Möglichkeiten der Erzielung einer weiteren Kühlung bestehen
darin, daß die Kanäle in bezug auf die axiale und/oder die transversale Richtung
der Vorrichtung schräg gestellt werden, um in vorteilhafter Weise gerichtete Luftströme
zu erzielen. Des weiteren ist es auch möglich, die Kanäle 19 mit Verbindungsrohren
oder Düsen zu versehen, um die ausgeblasene Luft einem Teil der Vorrichtung, der
durch die Luft gekühlt werden soll, zuzuführen, beispielsweise dem Magnetsystem
oder dem Verbrennungszylinderteil.
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In der Zeichnung ist zwecks Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches
eine Zündkerze 20 gezeigt, jedoch ist elektrische Zündung nicht notwendig, da ein
Motor der gezeigten Art sehr gut mit bloßer Verdichtungszündung arbeitet. Die Bedeutung
der Erfindung ist selbstverständlich unabhängig davon, wie das Magnetsystem des
Generatorteils als solches ausgebildet ist. In der Zeichnung ist deshalb nur ein
beispielsweise gewähltes Magnetsystem dargestellt. um zu zeigen, wie die Kolbenstange
5 mit dem Generatorteil zusammenwirkt.
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Im Gehäuse 1 sind zwei Elektromagnete 21' und 21" angeordnet. Jeder
dieser Elektromagnete, die in der Zeichnung nicht im Schnitt gezeigt sind, weist
ein quergerichtetes Joch 22, das von einer Feldwicklung,-73 umgeben ist, sowie zwei
Polstücke mit je zwei Polen 24 und 25 auf. Von den Polstücken ist in der Zeichnung
nur das eine Polstück 26 dargestellt. Jeder Elektromagnet besitzt somit ein Polstück
26 mit den zugehörigen Polen 24 und 25 auf jeder Seite der Kolbenstange in zur Zeichnungsebene
parallelen Longitudinalebenen, so daß die beiden Pole an der einen Seite dieser
Ebene die gleiche magnetische Polarität und die beiden anderen Pole entgegengesetzte
Polarität haben. Die Feldwicklungen 23 der Elektromagnete sind so geschaltet, daß
die
einander gegenüberliegenden Pole der beiden Elektromagnete entgegengesetzte Polarität
erhalten. In der Zeichnung ist dies dadurch angedeutet, daß die beiden oberen Pole
24 und 25 mit N und die beiden diesen Polen gegenüberstehenden unteren Pole mit
S bezeichnet sind. Die beiden Polstücke der Elektromagnete bilden auf jeder Seite
der Kolbenstange einen Arbeitsluftspalt, in dem ein quergestellter Anker 27 aus
Weicheisen vorgesehen ist, der bei der hin- und hergehenden Bewegung magnetische
Flußwege abwechselnd für die rechten und die linken Paare der einander gegenüberstehenden
Pole der beiden Polstücke der Elektromagnete schließt. Jeder der Pole 24, 25 ist
von einer Wicklung 28 umgeben, in der Wechselspannungen in Abhängigkeit von den
durch die Bewegungen des Ankers verursachten Flußänderungen in dem betreffenden
Zweig des Magnetkreises induziert werden. Die Wicklungen 28 stellen somit die Arbeitswicklungen
des Generators dar und sind vorzugsweise gemeinsam an die Klemmen des Generators
angeschlossen.