DE3523785A1

DE3523785A1 - Device for the control and for the drive or output of linear and free piston engines

Info

Publication number: DE3523785A1
Application number: DE19853523785
Authority: DE
Inventors: Lothar Herbert Haupt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1985-07-03
Publication date: 1987-01-08

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Freikolbenmaschinen oder Linearkolbenmaschinen bzw. eine Vorrichtung zur Umsetzung der linearen Hubbewegung in Rotationsbewegung. Zu diesem Zweck wird der Kolben über eine Welle die im Winkel von 90° von der Längsachse des Kolbens über einen Ausschnitt im Zylindergehäuse mit einem parallel zur Längsachse des Kolbens laufenden Zahnrad verbunden, sodaß sich bei einer Drehhubbewegung des Kolbens ein rotativer Abtrieb ergibt, bzw. das Zahnrad bei Rotation einen Antrieb für die Drehhubbewegung des Kolbens verursacht. The invention relates to a device for control of free piston machines or linear piston machines or a device for implementing the linear stroke movement in rotational motion. For this purpose the piston via a shaft at an angle of 90 ° from the longitudinal axis the piston over a cutout in the cylinder housing with one parallel to the longitudinal axis of the piston running gear connected so that during a rotary stroke movement the piston has a rotary output, or the gearwheel for rotation a drive for the rotary stroke movement of the piston.

Die bekannten, von Junkers und Pescara (Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, II, 1963, S. 386) entwickelten Freikolbenverdichter sowie die verschiedenen Freikolbenmaschinen, unter ihnen die Stelzer-Brennkraftmaschine (DP Anmeldung P 30 29 287-6) beinhalten keine mechanische Vorrichtung für den Abtrieb.
Abweichungen von der optimalen Hubfrequenz erschweren die Selbststeuerung und ein Unterschreiten führt zum Stillstand, weil die Schlitze für Ladungswechsel nicht freigegeben werden. Bei Brennkraftmaschinen mit Kurbelwellenabtrieb muß dieser für jeden Kolben einzeln so belastbar ausgelegt werden, wie es für den Verbrennungstakt notwendig ist obwohl er für weitere 1 bis 3 Takte dieser Belastung nicht ausgesetzt ist. The well-known free piston compressors developed by Junkers and Pescara (Dubbel's Taschenbuch für Maschinenbau, II, 1963, p. 386) as well as the various free piston machines, among them the Stelzer internal combustion engine (DP application P 30 29 287-6) do not contain any mechanical device for the downforce.
Deviations from the optimal stroke frequency make self-control more difficult and falling below it leads to a standstill because the slots are not released for gas exchange. In internal combustion engines with crankshaft output, this must be designed for each piston to be individually loadable, as is necessary for the combustion cycle, although it is not exposed to this load for a further 1 to 3 cycles.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung an den genannten Maschinen zu schaffen, die eine korrekte Steuerung, gegebenenfalls Anwurf und Fremdzündung ermöglicht sowie An- oder Abtrieb in Form einer Drehbewegung, ohne Kurbelwelle.The object of the invention is a device to the to create machines that have correct control, if necessary, start and spark ignition as well as input or output in the form of a rotary movement, without Crankshaft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst: Paralell zur Längsachse eines ein- oder mehrstufigen Kolbens liegt ein Stirnzahnrad welches gleichzeitig als Schwungrad fungiert seitlich am Zylindergehäuse außen so an, daß es rotieren kann. Von der Kolbenlängsachse führt im 90°Winkel ein Zapfen durch eine Öffnung im Zylindergehäuse zur Seitenfläche des Stirnzahnrades. Durch geeignete, dezentrische Verbindung verursacht die Rotation des Zahnrades eine Hubbewegung des Kolbens. Ebenso kann der Kolbenhub die Rotation verursachen. Die Verbindung zwischen Kolbenachse und Zahnrad kann aus einer Welle mit je einem Kugelgelenk dezentrisch am Zahnrad und zentrisch an der Kolbenachse bestehen. In dieser Auslegung führt der Kolben einen linearen Hub aus bei einer Drehung des Zahnrades um 180° oder vice versa.According to the invention, this object is achieved as follows: Parallel to the longitudinal axis of a single or multi-stage piston there is a spur gear which at the same time as Flywheel acts on the side of the cylinder housing on the outside so that it can rotate. From the piston longitudinal axis guides a pin through an opening in the 90 ° angle Cylinder housing to the side face of the spur gear. This is caused by a suitable, decentralized connection Rotation of the gear a stroke of the piston. The piston stroke can also cause the rotation. The connection between the piston axis and gear can from a shaft with a ball joint each decentrally on Gear and center on the piston axis. In With this design, the piston performs a linear stroke when the gear is rotated by 180 ° or vice versa.

Wird die Welle als Zapfen zentrisch fest an der Kolbenachse befestigt und mit einem Kugelgelenk oder in einem drehbaren Bolzen gelagert mit dem Zahnrad verbunden, führt der Kolben zwangsweise einen Drehhub bei einer Drehung des Zahnrades um 180° aus, wobei der Grad der Kolbendrehung von der Länge des Zapfens, des Durchmessers des Zahnrades und dem Abstand vom Zahnradmittelpunkt abhängig ist. Die Auslegung als Verbindung über den drehbaren Bolzen seitlich im Zahnrad, beinhaltet zwangsweise einen Hubeffekt innerhalb der abgedichteten Bolzenbuchse, der als Pumptakt für Schmieröle genutzt werden kann. The shaft is centered as a pin on the piston axis attached and with a ball joint or in a rotatable bolt connected to the gear wheel leads the piston forcibly rotates when the Gear by 180 °, the degree of piston rotation on the length of the pin, the diameter of the gear and the distance from the gear center is dependent. The Designed as a connection via the rotating pin on the side in the gear, inevitably includes a lifting effect inside the sealed pin bushing, which acts as a pump stroke can be used for lubricating oils.

Die Auslegung in Verbindung mit Verursachung eines Drehhubes beinhaltet die Möglichkeit einer Kolbengestaltung mit geneigten Stirnflächen, sodaß die Freigabe der Schlitze für den Ladungswechsel verzögert bzw. verlängert wird. Die für den Lauf des Verbindungszapfen vorgesehene Öffnung im Zylindergehäuse kann so gestaltet werden, daß der Zapfen immer seitlich an der Gehäusewand anliegt und sich so eine zusätzliche Führung ergibt. Für die Praxis wird die doppelte Auslegung dieser Vorrichtung erforderlich, das heißt an der freien Seite des Zahnrades wiederholt sich die Anordnung einer Kolben-Zylindereinheit in gleicher Form aber so versetzt, daß der Kolbenhub immer entgegengesetzt erfolgt. The design in connection with causing a rotary stroke includes the possibility of piston design with inclined end faces, so that the release of the slots for the charge change is delayed or extended. The opening intended for the run of the connecting pin in the cylinder housing can be designed so that the Pin is always on the side of the housing wall and itself so there is additional guidance. In practice, the double interpretation of this device required, that is, on the free side of the Gear wheel repeats the arrangement of a piston-cylinder unit in the same form but so offset that the Piston stroke always takes place in the opposite direction.

Folgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to drawings.
Show it:

Fig. 1 Einen schematischen Querschnitt durch eine Kolbenmaschine mit Aufbruch mit Vorrichtung gemäß der Erfindung Fig. 1 shows a schematic cross section through a piston machine with a break with device according to the invention

Fig. 2 Einen schematischen Längsschnitt durch diese Kolbenmaschine Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through this piston machine

Fig. 3 Längsschnitt wie Fig. 2 um 90° versetzt Fig. 3 longitudinal section like Fig. 2 offset by 90 °

Fig. 1 zeigt die über die Zapfen 1 verbundenen Kolben 2 mit dem Stirnzahnrad 3. Das Zahnrad 3 rotiert an den Lagern 4 im Gehäuse 5. Der linke Zapfen 1, geführt in der Bolzenbuchse 6 weist einen Arbeitsraum 7 in der dargestellten Hub-Mittelstellung auf. Bei einer Drehung des Zahnrades um 90° d.h. bei Hubende wird das Arbeitsmittel aus diesem Raum verdrängt. Der linke Kolben 2 weist an dieser Schnittstelle eine Bohrung 8 auf zum Zweck der Schmierung durch Kanäle zu den Kolbenringen bzw. für die Füllung mit Öl zum Zweck des Wärmetausches. Die Fläche 9 dient der Zapfenführung Fig. 1 shows the connected via the pins 1 piston 2 with the spur gear 3. The gear 3 rotates on the bearings 4 in the housing 5 . The left pin 1 , guided in the pin bushing 6, has a working space 7 in the stroke center position shown. When the gear is rotated 90 °, ie at the end of the stroke, the working fluid is displaced from this space. The left piston 2 has a bore 8 at this interface for the purpose of lubrication through channels to the piston rings or for filling with oil for the purpose of heat exchange. The surface 9 serves to guide the pin

Fig. 2 zeigt die zwangsweise Kolbenstellung nach Drehung des Zahnrades um 90° im Gegensatz zur Stellung in Fig. 1 FIG. 2 shows the forced piston position after the gear has been rotated through 90 ° in contrast to the position in FIG. 1

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Buchse 6 im Bolzen 10 in der Stellung gemäß Fig. 2. FIG. 3 shows the arrangement of the bushing 6 in the bolt 10 in the position according to FIG. 2.

Claims

1. Device for controlling or driving or driving linear or free-piston machines according to FIG. 1, characterized in that a piston 2 with inclined end faces via a pin 1 with a spur gear 3 which is the driving or driven, the control of the stroke and serves as a flywheel, is connected. The pin bushing 6 acts simultaneously as a pin guide and an oil pump. The cylinder housing surface 9 additionally serves to guide the journal. The device can be designed centrally on one or two piston axes 10 or according to technical criteria. The principle of this device includes the possibility of using linear or free piston machines as compressors, compressed gas motors, pumps or internal combustion engines.

2. Device according to claim 1 with the difference that the pins 1 have balls mounted at their ends in ball bushings, so that the pistons 2 perform a linear stroke.

3. Device according to claim 1 + 2 with the difference that the ball joints mentioned in claim 2 are attached decentrally to the piston axes 10 , so that a rotational stroke is produced, the angle of rotation being dependent on the external center of the bearing of the pins on the piston axes.