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Freiflugkoläenmotor mit gegenläufigen 1V(assen. Bei Freiflugkolbenmotoren
ist infolge der hohen Kolbengeschwindigkeit die Anwendung gegenläufiger Massen zum
Zweck des Massenausgleichs von besonderer Bedeutung. Zur Aufrechterhaltung genau
gleichen Taktes der Bewegung beider Massen müssen diese durch ein Kupplungsgestänge
unter sich verbunden sein, das zumeist in Form von Waagehebeln und Lenkern verwirklicht
worden ist. Dabei müssen, auch wenn die Massenkräfte der Flugmassen unter sich völlig
ausgeglichen sind, noch erhebliche Arbeitskräfte und die Massenkräfte der Gestänge
durch die Gelenke übertragen werden. Solche Gelenke sind' aber, da sie erhebliche
Reibung verursachen und starker Abnutzung unterliegen, für die Durchleitung größerer
Kräfte im allgemeinen wenig geeignet, so daß sich leicht Betriebsschwierigkeiten
ergeben.
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Nach der Erfindung werden zwei gegenläufige Flugmassen je mit einer
Zahnstange oder Zahnstangengruppe ausgerüstet und die Zahnstangen durch ein oder
mehrere Zahnräder kinematisch verbunden. Hierbei sind die ganzen Massen der Zahnstangen
und der nötigenfalls zu ihrer Befestigung erforderlichen Querhäupter als starre
Teile der Flugmassen anzusehen, und nur die kleinen Verbindungszahnräder kommen
als Massen in Frage, die unter gleichzeitiger relativer Bewegung gegenüber anderen
Körpern beschleunigt und verzögert werden müssen; Reibung, Abnutzung und anderweitige
Störungsmöglichkeiten sind hierdurch auf ein Mindestmaß gebracht.
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Ein weiterer Vorteil des neuen Getriebes liegt darin, daß es
sich besonderen Ausführungsformen des Freiflugkolbenmotors leicht anpassen
läßt. Sollen beispielsweise die Flugmassen ungleiche Arbeitsbeträge abgeben und
demzufolge mit ungleich großen Hüben arbeiten, so läßt sich auch hierbei ein Gleichtakt
der gegenläufigen Massen dadurch erreichen, daß die mit den Zahnstangen jeder Flugmasse
in Eingriff stehenden Zahnräder verschieden große, miteinander gekuppelte Radkränze
erhalten. Auch die Verwendung nur eines Arbeitsaufnehmers, d. h. die Übertragung
der von der einen Flugmasse geleisteten Arbeit durch das Kupplungsgetriebe hindurch
zu dem mit der anderen Flugmasse verbundenen Arbeitsaufnehmer, ist durch eine solcheAnordnung
möglich, ohne daß äußere Massenwirkungen auftreten, und ohne daß übermäßig hohe
Kräfte durch das Kupplungsgetriebe geleitet zu werden brauchen.
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In manchen Fällen, besonders bei größeren Motoren, ist es von Vorteil,
wenn zwischen die beiden Zahnstangen mehrere Zahnräder nebeneinander in Parallelschaltung
eingesetzt sind. Dann kann trotz verhältnismäßig geringer Zahnbreite und entsprechend
geringem Gewicht der Zahnstangen die zu übertragende Kraft doch auf genügende Zahnfläche
einwirken, so daß die Abnutzung gering bleibt. Die gleichmäßige Verteilung der Kräfte
auf die einzelnen Zahnräder kann dabei durch nachgiebige Lagerung der Zahnräder
an Waagehebeln gesichert werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt Abb. z einen Freiflugkolbenverdichter mit gegenläufigen, gleich großen
Massen und mit gleicher Arbeitsabgabe nach beiden Seiten, Abb. 2 und 3 in Seitenansicht
bzw. im Schnitt nach III-III einen ähnlichen Motor mit gedrängterer Zahnstangenanordnung,
Abb. q. und 5 im Längsschnitt bzw. im Grundriß einen ähnlichen Motor mit nebeneinanderliegenden
Zahnstangen, Abb.6 einen Freiflugkolbenmotor mit ungleich großen Massen, die ungleich
große Hübe zurücklegen, Abb. 7 einen Freiflugkolbenmotor mit mehreren Zahnrädern
zwischen jedem Zahpstangenpaar, Abb. 8 ein Zahnradpaar mit Kraftausgleicher, Abb.
9 eine Reihe von drei Zahnrädern mit Kraftausgleichern.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. r laufen im Arbeitszylinder r zwei
Flugkolben 2, 3, diese sind unmittelbar mit Verdichterkolben q., 5 verbunden, die
in Verdichterzylindern 6, 7 laufen. Die eine Flugmasse 2, q. trägt an einem waagebalkenartigen
Querhaupt 8 zwei Zahnstangen 9, die andere Flugmasse 3, 5 trägt an einem Querhaupt
1o zwei Zahnstangen zz ; die Zahnstangen 9 und rz sind durch die festgelagerten
Zahnräder 12 verbunden. Hierdurch ist die Gegenläufigkeit beider Flugmassen gesichert,
ohne daß merkliche Kräfte durch irgendwelche Gelenke oder Gleitflächen hindurchzuleiten
sind; die Massenkräfte sind nämlich in sich völlig ausgeglichen und ebenso die Arbeitskräfte
der Verdichter; es kann aber auch die gesamte Arbeitsaufnahme durch nur einen der
Verdichter
erfolgen, da die .Kolbenkraft durch das Kupplungsgestänge ohne Schaden hindurchgeleitet
werden kann, wenn nur die weit höheren Massenkräfte in sich ausgeglichen sind.
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Die Ausführungsform gemäß Abb. 2 und 3 unterscheidet sich von der
erstgenannten im wesentlichen dadurch, daß die Zahnräder 12 seitlich mit wagerechter
Achse am Zylinder = gelagert sind und die Querhäupter 8, io entsprechend schräg
auf den Kolbenstangen sitzen, wodurch sich eine erheblich weniger Raum beanspruchende
Bauart ergibt als bei Anordnung der Zahnstangen und Zwischenräder in der Längsmittelebene
des Motors.
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Die Abb. 4 und 5 zeigen einen Freiluftkolbenmotor mit einseitig angeordnetem
Kupplungsgetriebe, dessen bewegte Massen also verhindert sind und das deshalb hauptsächlich
für kleinere schnellaufende Motoren in Frage kommt. Um nun hierbei beide Zahnstangen
möglichst dicht an den Zylinder i heranbringen und so die Biegungsmomente ihrer
einseitig angreifenden Massenkräfte klein halten zu können, greift jede Zahnstange
9 bzw. ii in ein besonderes Zahnrad 13 bzw. 14 von derselben Seite z. B. von oben
her ein, und beide Zahnräder 13, 14 stehen mit ihren seitlich über die Zahnstangen
hinaus verbreiterten Rändern miteinander in Eingriff, wodurch die Gegenläufigkeit
der Zahnstangen und dadurch der Flugmasssen 2, 3 gesichert ist.
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In Abb. 6 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die beiderseitigen Flugmassen
2, 3 ungleiche Arbeit leisten sollen. Demzufolge hat die Flugmasse 2 einen wesentlich
größeren Hub auszuführen als die Flugmasse 3. Um dies deutlich zu veranschaulichen,
sind die Flugmassen mit vollen Strichen in ihrer äußeren Totlage und gestrichelt
in ihrer inneren Totlage dargestellt. Um trotz der verschiedenen Hübe gleiche Massenkräfte
zu ergeben, sind die Flugmassen außerdem ungleich schwer, und zwar ist die schneller
laufende Masse 2 leichter als die langsamer laufende Masse 3. Zur Erzielung genauen
Gleichtaktes der ungleich schnellen Bewegung beider Massen sind zwischen die Zahnstangen
g und ii zweikränzige Räder 15, 16 derart eingesetzt, daß die Zahnstangen 9 der
den größeren Hub ausführenden Flugmasse :z an den großen Kränzen 15 angreifen, während
die Zahnstangen ii der den kleineren Hubausführenden Flugmasse 3 an den kleinen
Kränzen 16 angreifen. Die großhubige Flugmasse 2 kann auch die gesamte äußere Arbeit
übernehmen, während die kleinhubige Flugmasse 3 nur Nebenarbeiten leistet, wie beispielsweise
die Spülluftförderung für die Verbrennungszylinder und ähnliches. Nach Abb. 7 sind
mehrere Zahnräder 17, 18, ig zwischen den Zahnstangen 9 und ii in Parallelschaltung
vorgesehen, um bei schmalen und leichten Zahnstangen doch große Kräfte sicher übertragen
zu können. Dies ist beispielsweise wertvoll in Fällen, wo das Kupplungsgetriebe
nicht nur zur Erzwingung des Gleichtaktes, sondern gleichzeitig auch zur Durchleitung
von Nutzkräften dient.
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In den Abb. 8 und 9 ist gezeigt, wie bei Parallelschaltung mehrerer
Zahnräder durch nachgiebige Lagerung derselben und Zwischenschaltung von Kraftausgleichern
eine stets gleichmäßige Belastung der Zahnräder erreichbar ist. So werden gemäß
Abb. 8 bei zwei Rädern 17, 18 jedes durch Lenker 2o, 21 an einen festgelagerten
Waagehebel z2 angeschlossen; während gemäß Abb. 9 drei auf Schwinghebeln 23, 24,
25 gelagerte Zahnräder 17, 18, i9 durch Lenker 26, 27 und Waagebalken 28 unter sich
verbunden sind und so eine gleichmäßige Kraftübertragung durch alle Räder erreicht
ist.