DE303586C - - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

—■Al 303586·. ~- KLASSE 27b. GRUPPE

ERNST MAAG in BESIGHEIM, Württ.

Flugkolbenverdichter mit Massenausgleich. Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. August 1916 ab.

Die Erfindung betrifft einen Freiflugkolbenverdichter bzw. eine Luftpumpe mit unmittelbarem Antrieb durch Brenngemische und mit Unterteilung der Massen zwecks Aufhebung der freien Massenkräfte. Das Kennzeichen der Erfindung gegenüber bekannten Flugkolbenverdichtern mit Teilung der Flugmasse in mehrere Kolben ist, daß die Kolben durch Kniehebel derart miteinander verbunden sind,

ίο daß beim Betrieb die freien Massenkräfte einander gegenseitig aufheben. Die bewegten Massen bestehen im wesentlichen nur aus den Kolben, sowie aus den Kniehebeln. Die Beschleunigungskräfte derselben bilden daher auch den einzigen Kraftspeicher der Maschine. Die Richtungsumkehr derselben geschieht, indem die bewegten Massen gegen Hubende elastisch abgefangen werden durch Luftpolster, welche sich in den Zylinderenden befinden und ein Aufprallen der Kolben auf die Zylinderdeckel verhindern.

Auf diese Weise kann in den Kraftzylindern mit wesentlich höheren Kolbengeschwindigkeiten gearbeitet werden als bei starrer Ver- bindung der Kolben mit einer Welle. Die Folge davon sind weitergehende Ausdehnung (besonders bei gegenläufigen Kolben) und geringere Wärmeverluste, sowohl während der Gemischvorverdichtung als während der Verbrennung.

Umgekehrt kann durch möglichst nahes Aneinanderrücken der Kraftzylinder und Auseinanderrückung der Pumpenzylinder in letzteren die Kolbengeschwindigkeit beliebig klein gehalten und der Verlauf der Verdichtung so ebenfalls in gewünschter Weise beeinflußt werden.

Die Verbrennung kann unter Anwendung beliebiger, auch sonst gebräuchlicher und vorgeschlagener Brennstoffe und Verbrennungsprozesse erfolgen. Es ist sogar bei der hohen Kolbengeschwindigkeit und dem Fehlen eines Kurbel- oder ähnlichen Getriebes möglich und vielleicht vorteilhaft, die sonst so gefürchtete Verdichtungszündung als normalen Arbeitsprozeß zu verwenden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführung mit vier Kolben, und zwar Fig. 1 einen Durchschnitt aller Zylinder und Kolben,. Fig. 2 einen Durchschnitt in dazu senkrechter Ebene durch die beiden Arbeitszylinder und Kolben, Die bewegten Massen sind die gegenläufigen Arbeitskolben 5 und 6 und die Pumpenkolben 7 und 8. Sie bewegen sich in den Arbeitszylindern ι und 2, welche in der Mitte nicht gegeneinander abgeschlossen sind, und den Pumpenzylindern 3 und 4. Die Kolben sind doppelt wirkend und besitzen etwa doppelte Hublänge. Auf halber Mantellänge sind die Kolbenbolzen 17, 18, 19 und 20 durchgesteckt. Ihre Enden ragen beiderseits über die Mantelfläche hervor und durchbrechen auch die Wandung der Zylinder in Schlitzen von Hublänge. Die Hublänge der Arbeitskolben äst mit α bezeichnet, die der Pumpenkolben mit b. Die Endzapfen der Kolbenbolzen tragen zu beiden Seiten die Verbindungsstangen 9 bis 16 der vier Kolbenmassen. Statt dessen kann man auch mit vier Verbindungsstangen, also zwei Kniehebeln, auskommen, wenn man die

pt, Auflage, ausgegeben am iS. Februar 1921J

Kniehebel zu beiden Seiten· der Kolben in der durch die Mittellinie AB und CD gebildeten Ebene angliedert.

Der Verbrennungsprozeß soll sich im Zweitakt abspielen. Ein Teil der in den Pumpenzylindern angesaugten Luft dient dann zur Spülung und Ladung der Arbeitszylinder. In der gezeichneten Lage ist der Raum ν zwischen Kolben 5 und 6 mit Brenngemisch gefüllt, die Zündung und der Ausdehnungshub sind eingeleitet, die Arbeitskolben bewegen sich nach außen, verdichten das Gemisch in den Zylinderräumen ι und 2, es erfolgt dort Zündung, die Kolben kehren um, verdichten das infolge Spülung und Neuladung im Raum ν befindliche Gemisch und kehren in die gezeichnete Anfangslage zurück, worauf das Arbeitsspiel von neuem beginnt. Gleichzeitig ist aber während der Auswärtsbewegung der Arbeitskolben das in den Pumpenräumen 3 und 4 befindliche Gas infolge der Einwärtsbewegung der Pumpenkolben verdichtet und auf den andern Kolbenseiten neues Gas angesaugt worden. Nun erfolgt mit der Einwärtsbewegung der Kolben 5 und 6 die Auswärtsbewegung der Kolben 7 und 8, die Verdichtung geschieht auf deren äußerer Seite, das neue Ansaugen auf ihrer Innenseite. Hiermit beginnt auch in den Pumpenzylindern das neue Spiel.

Die Umkehr der Arbeitskolben wird durch die aufeinanderfolgenden Verbrennungen erzwungen, diejenige der Pumpenkolben kann durch die in den Pumpenzylindern verbleibenden Luftpolster erleichtert werden. Die Räume 1 und 2 können übrigens auch lediglich als Luftkissen wirken oder auch als zweite Stufe der Verdichtung dienen. Die ' lebendige Kraft des Arbeitskolbens wird also zunächst auf die Luftpolster in 1 und 2 und von diesen durch Rückausdehnung beim Kolbenrückgang auf die Kolben 5 und 6 und von da auf das neue, noch zu verdichtende Gemisch im Raum ν übertragen. Läßt man den Verdichter in der Bildebene um den Schnitt von AB und CD kreisen, so gibt es auch noch eine andere Wirkungsweise infolge Einwirkens der Zentrifugalkraft auf die Kolben. Der Zentrifugalzüg der Pumpenkolben 7 und 8 übertrifft den der Arbeitskolben 5 und 6 bei jeder Kolbenstellung. Die Folge davon ist, daß die Kolben in der gezeichneten Lage zu verharren versuchen. Die Verdichtung auf der Außenseite der Pumpenkolben geschieht also durch den Schleuderzug der Pumpenkolben, die Verdichtung auf ihrer Innenseite infolge der Ausdehnung des Brenngemisches im Raum v. Der Umlauf kann übrigens auch um die Mittellinie AB als Achse erfolgen, die Arbeitskolben sind dann der Einwirkung der Schleuderkraft ganz entzogen und wirken dem Schleuderzug der Pumpenkolben nicht mehr entgegen, so daß dieser ganz auf das zu verdichtende Gas übertragen wird. . . . ·

Das Verhältnis der Strecken a: δ ist hier etwa 2:1. Durch Näherrücken oder Entfernen der Pumpenzylinder voneinander hat man ein einfaches Mittel, dieses Verhältnis in beliebiger Weise zu ändern. ,,

Die Ein- und Auslaßorgane der verschiedenen Zylinder sind nicht gezeichnet, sie können Ventile, Schieber oder kolbengesteuerte Schlitze in den Zylinderwandungen sein.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Durchführung desselben Gedankens mit sechs Zylindern und Kolben, und zwar zwei gegenläufigen Kraftkolben und vier Pumpenkolben. Gezeichnet sind nur die Massenschwerpunkte der Kolben und die Kniehebel. Es bezeichnen: Wt₁ und JM₂ die Massen der Kraftkolben, w₃, W₄, Wi₅, w₆ die Massen der Pumpenkolben. W₃ ist durch den Kniehebel (1-2), W₄ durch (3-4), W₅ durch (5-6), W₆ durch (7-8) an die Kraftkolben W₁ und m₂ angegliedert. Auf der gestrichelten Achse AB bewegen sich die Kraftkolben W₁ und W₂ um die Hubstrecke a. In der Mitte zwischen W₁ und w₂ wird die Achse AB senkrecht durch die ebenfalls senkrecht aufeinanderstehenden Achsen CD und EF geschnitten. Auf CD und EF bewegen sich w₃, W₄, W₅, W₆ gleichzeitig konzentrisch um die Hubstrecke b einwärts, während sich W₁ und W₂ auswärts bewegen, und umgekehrt. Also auch hier wieder vollkommener Massenausgleich. In der durch CD und EF gebildeten Ebene könnten natürlich ebenso symmetrisch zu AB drei oder auch mehr als vier Pumpenzylinder sternförmig angeordnet sein. Bei drei Pumpenzylindern z. B. sind diese um 120°, bei sechs um 60 ° gegeneinander versetzt.

Die Zahl der Pumpenzylinder wird im wesentlichen von der verlangten Verdichtungshöhe und der dazu vorteilhaften Stufenzahl abhängen.

Dient der Verdichter einer Gasturbine, so können die Verbrennungen auch in sämtlichen Zylinderräumen stattfinden. Diese sind dann zugleich die Verbrennungskammern. Ein Teil der Energie wird dann zur Gemischverdichtung und Kolbenbewegung innerhalb des Verdichters verwendet, die Restausdehnung und Arbeitsleistung geschieht durch die Düsen auf die Turbinenräder. Die Überschiebearbeit in besondere Verbrennungskammern wird hierbei erspart, doch können solche auch angeordnet sein.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Flugkolbenverdichter mit Unterteilung der Massen zwecks Aufhebung der

   freien Massenkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben durch Kniehebel derart miteinander verbunden sind, daß beim Betrieb sich die freien Massenkräfte gegenseitig aufheben.
2. 2. Kolbenverdichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder umlaufen und nur der eine Teil der Verdichtungsarbeit durch die Explosionskraft direkt geleistet wird, während der andere Teil durch den überwiegenden Schleuderzug der Pumpenkolben aufgebracht wird.

   .
3. 3. Kolbenverdichter nach Anspruch 1 bzw. ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume oder ein Teil derselben als Verbrennungskammern einer Verbrennungsturbine dienen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.