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Freiflugkolbenmotor mit gegenläufig bewegten Massen. Bei Freiflugkolbenmotoren
mit gegenläufig bewegten Massen ist es bekannt, die arbeitaufnehmenden Teile (z.
B. Verdichterkolben) unmittelbar mit den arbeitleistenden Flugmassen (Motorkolben)
zu verbinden. Zur Erzielung eines genauen Gleichtaktes dieser beiden gegenläufigen
Massen werden diese durch Lenker und Schwinghebel miteinander gekuppelt.
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Solche Anordnungen haben der. Nacllteil, daß die sehr erheblichen
Massenkräfte der Getriebeteile durch dauernd arbeitende Gelenke hindurch auf die
Flugmassen übertragen werden müssen, wodurch erhebliche Reibungsverluste entstehen,
während die Gelenke selbst sehr reichlich bemessen werden müssen und ständiger Wartung
bedürfen.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß.
die Hauptteile des liupplungsgestä,ngles als geradlinig und -gleichsinnig mit den
Flugkolben bewegte Glieder ausgebildet sind, die ihrerseits durch ein den Gegenlauf
der Flugmassen ermöglichende Kupplungsgetriebe miteinander in V erbinclung stehen.
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Das Kupplungsgestänge kann hierbei wiederum in verschiedenartiger
`'eise ausgebildet sein, beispielsweise als ein rein auf Zug beanspruchtes, über
Rollen laufendes endloses Band, von dem das eine Trumm mit der einen, das andere
Trumm mit der anderen Flugmasse gekuppelt ist, oder als Zug und Druck aufnehmende,
in der Bewegungsrichtung der Flugmassen verlaufende und mit den Flugmassen g6 kuppelte
Stäbe, die beispielsweise durch Zahnräder, hydraulische Gestänge u. dgl. so miteinander
verbunden sind, daß sie sich zwangläufig in entgegengesetzten Richtungen bewegen.
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Abweichend von der theoretisch vollkommensten Anordnung mit restlos
ausgeglichenen Massen- und Arbeitskräften kann praktisch die Maschine besonders
vorteilhaft so ausgebildet werden, daß absichtlich auf einer Seite eine größere
Arbeit aufgenommen wird als auf der anderen. Hierdurch entsteht eine ständige einseitige
Belastung der Kupplungsvorrichtung, durch die etwaiger toter Gang in derselben unschädlich
gemacht ist, wodurch ein besonders ruhiger Lauf der Maschine erzielt wird. Eine
solche Ungleichheit in der Arbeitsaufnahme beider Seiten läßt sich in einfacher
Art erreichen durch Anordnung von Hilfsmaschinen, z. B. Spülpumpen, auf nur einer
Maschinenseite. Selbst bei ganz einseitiger Ableitung der Arbeit wird eine wesentliche
Entlastung des Kupplungsgetriebes dann erzielt, wenn der Arbeitsaufnehmer mit einer
Höchstkraft arbeitet, welche die einer ganzen Periode entsprechende Mittelkraft
nur wenig überschreitet, wie dies beispielsweise bei Kompressoren mit ganz geringem
Druckverhältnis der Fall ist.
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Für Fälle, wo eine starke Ungleichheit der Arbeitsaufnahme auf beiden
Seiten erforderlich und trotzdem eine weitgehende oder vollständige Entlastung der
Kupplungsglieder von Arbeitskräften erwünscht ist, kann die Anordnung so getroffen
sein, daß die den überwiegenden Arbeitsteil abgebende Flugmasse leichter und mit
entsprechend größerem Hub arbeitend ausgebildet ist als die andere Flugmasse. Bei
schwankendem Verhältnis der Arbeitsabgabe nach beiden Seiten kann ein Hinundherwandern
von Energie durch das Kupplungsgetriebe vermieden werden, indem die Größen der beiderseitigen
Massen der Arbeitsabgabe, beispielsweise durch eine veränderliche Flüssigkeitsfüllung,
jeweils angepaßt werden. Das Kupplungsgetriebe kann
ferner mit Sicherheitsvorrichtungen
ausgestattet sein, die beim Auftreten übermäßig starker Beanspruchungen eine Herabminderung
der Motorleistung oder ein Stillsetzen l;evirken.
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In der Zeichnung sind in schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulicht, und <war zeigt Abb. i eine Freiflug-Gegenkolbenmaschine
mit vollständigem Kraft- und Massenausgleich und mit einem Kupplungsgetriebe aus
biegsamen Zugmitteln.
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Abb.2 zeigt eine Anordnung mit ungleichem Hub beider :lassen und einseitiger
Arbeitsabgabe, bei welcher als Kupplung ein Zahnstangengetriebe verwendet ist.
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Abb. 3 zeigt einen Motor ähnlich dem nach Abb. i mit hydraulischem
Kupplungsgetriebe. Abb. .I zeigt eine Sicherheitsvorrichtung geien Cberlastung des
Kupplungsgetriebes. Abb. 5 zeigt eine Anordnung zur LTnschädlichmachung toten Ganges
im Kupplungsgetriebe.
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Abb.6 zeigt ein Schaubild des Kräfteverlaufes in der Anordnung nach
Abb. 5.
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Bei dem Kupplungsgetriebe nach Abb. i werde#i die den Gleichtakt der
Bewegung der Flugmassen 2, 4 bzw. 3, 5 erzwingenden Teile stets nur auf _Zug beansprucht.
Zu dem Zweck ist ein endloses über zwei Rollen :j.2, d3 laufendes Zugmittel vorgesehen,
von dem jede.-Trumm 45 bz1v. d.6 an je eine der beiden Flugmassen in den Punkten
.1o bzw. -.i ist. Dabei brauchen nur die über die Rollen geführten Teile des Zugmittels
biegsam zu sein, die anderen Teile können einfache Zugstäbe sein.
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Abb.2 zeigt eine Anordnung, bei welcher ,lie von den gegenläufigen
Arbeitskolben geleistete Arbeit von dem nur einseitig ange-Ordneten Verdichter .4,
6 aufgenommen wird, so daß die von dein einen Flugkolben 3 an diesen Verdichter
abzugebende Arbeit durch das Kupplungsgetriebe übertragen werden muß. I?m diesen
Arbeitsbetrag klein zu halten, ist die Anordnui:g so getroffen, daß der mit dem
Arbeitsaufnehmer :4, 6 nicht unmittelbar gekuppelte Kolben 3 einen kleineren Hub
ausführt als der Kolben 2, während seine Masse im umgekehrten Verhältnis der Hübe
größer als die der anderen Flugmasse 2, ,4 ist, s0 claß trotz ungleichen Hubes .völiiger
Massenausgleich erzielt ist. Das Kupplungsgetriebe ist den verschiedenen Hubgrößen
der Flugmassen dadurch angepaßt, daß es als Zahnstangengetriebe mit zwischengeschalteter
Übersetzung ausgebildet ist, und zwar greifen an dem mit der Flugmasse 2, q. verbundenen
Querhaupt 8 die Zahnstangen 50, 51, an dem mit der anderen Flugmasse 3 verbundenen
Querhaupt g die Zahnstangen 52, 53 an. Zwischen die Zahnstangen ist je ein Zahnradpaar
mit verschieden großen, untereinander gekuppelten Kränzen 5.I, 55 bzw. 56, 57 derart
geschaltet, daß die Zahnstangen 52, 53 der kurzhubigen Flugmasse 3 in die kleineren
Kränze 55, 57, die Zahnstangen 5o, 51 der langhubigen Flugmasse 2, d. in die großen
Kränze 5d., 56 eingreifen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist mit jeder Flugmasse 2, 4 bzw.
3, 5 ein Hilfskolben 6o bzw. 61 starr verbunden, welche in einem mit Flüssigkeit
gefüllten Gehäuse 62 derart angeordnet sind, daß bei einer Verschiebung der einen
Flugmasse die andere Flugmasse durch Verdrängung von Flüssigkeit eine entsprechende
Verschiebung in entgegengesetzter Richtung erfährt. Durch verschieden große Bemessung
der Querschnitte der Hilfskolben 6o und 61 kann auch diese Anordnung leicht für
Motoren mit ungleich großen Hüben der Flugmasse brauchbar gemacht werden.
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Abb. 4. zeigt eine Anordnung, bei welcher das Kupplungsgetriebe (beispielsweise
ein Zahnstangen - Zahnrad - Getriebe) mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgestattet
ist, die reim Auftreten übermäßiger Beanspruchungen im Getriebe, z. B. Klemmen eines
Kolbens, eine Verminderung der Motorleistung oder ein Stillsetzen des Motors bewirkt.
Zu diesem Zweck ist das Kupplungszahnrad io nicht fest, sondern auf einem in einer
Führung-verschiebbaren Stein i i gelagert, mit dem gelenkig ein doppelarmiger Hebel
12 verbunden ist, dessen Enden zwischen je einem Festpunkt 13 bzw. 1.4 und einer
vorgespannten Feder 1 5 bzw. 16 liegen. Der Stein trägt einen Nocken 17, auf welchem
die Rolle 18 eines doppelarmigen, bei 2o gelagerten Hebels i9 ruht, dessen anderes.Ende
zi durch Stange 22 mit einem Hahn 23 gekuppelt ist, der in einem Nebenauslaß der
von der Pumpe 3o ausgehenden Brennstoffdruckleitung 31 eingebaut ist. Am Hebel i9
greift eine Feder 24 so an, daß sie den Hahn zu öffnen bestrebt ist, woran sie aber
in der Normallage des Kupplungszahnrades io durch den Nocken 17 verhindert ist.
Die Vorspannung der Federn 15, 16 entspricht der größten zulässigen, vom Kupplungsgetriebe
zu übertragenden Kraft. Wird diese Kraft noch größer, so gibt je nach der Kraftrichtung
eine dieser Federn nach, Stein i i verschiebt sich, mit ihm :Nocken 17, Rolle 18
wird durch Feder 2.4 nach unten gezogen, dadurch Hahn 23 in Offenstellung gebracht,
und der von der Pumpe 30 geförderte Brennstoff gelangt durch den \ ebenauslaß
23 ins Freie, so daß die Maschine abgestellt ist. In gleicher Weise wie das Zahnrad
io könnten
auch die Rollen 4a, 43 der Abb. z oder das Flüssigkeitsgehäuse
62 der Abb.3 verschiebbar gelagert sein. An Stelle der vorgespannten Federn 15,
16 können auch bei bestimmter Höchstlast nachgebende Brech- oder Dehnungsglieder
vorgesehen sein.
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In Abb. 5 ist ein Flugkolbenmotor mit dein Arbeitszylinder i, den
Arbeitskolben 2 und 3, den Verdichterkolben 4 und 5 und. den Verdichterzylindern
6 und 7 dargestellt, bei dem zum Zwecke der Ausschaltung toten Ganges im Kupplungsgetriebe
der eine Arbeitskolben 2 kleiner als der andere 3 und der eine Verdichterkolben
4 größer als der andere 5 ist. Zur Kupplung der beiden Flugmassen ist ein Zahnstangen-Zahnrad-Getriebe
70, 71, 72
vorgesehen, bei welchem der größeren Deutlichkeit halber
von den Zahnstangen immer nur je der gerade im Eingriff befindliche Zahn gezeichnet
ist. Diese Anordnung hat zur Folge, daß bei dem in der Abbildung dargestellten Arbeitshub
die vom Arbeitskolben 2 aufgenommene Kraft P, kleiner ist als die auf den zugehörigen
Verdichterkolben 4 wirkende Gegenkraft P4, während andererseits die auf den Arbeitskolben
3 wirkende Kraft P3 größer ist als die auf den Verdichterkolben 5 wirkende Gegenkraft
P5. Es muß also, wie dies Abb. 6 erkennen läßt, .der auf den Kolben 3 einwirkende
Kraftüberschuß P3 bis P, durch das Kupplungsgetriebe hindurch auf die andere Flugmasse
2, 4 übergeleitet werden, um dort die Kolbenkraft P, entsprechend zu ergänzen. Bei
dieser Kraftüberleitung wird die Kupplungsstange 72' auf Zug, die Stange 7o dagegen
auf Druck beansprucht, und die Folge ist, daß sich die Zahnstangenzähne mit ihren
rechts liegenden Flanken gegen die Zahnradzähne anlegen. Beim Rückwärtshub wird
vom Verdichterkolben 4 ein übermäßiger Arbeitsbetrag aufgenommen und der Überschuß
über das Kupplungsgetriebe dein vom Verdichterkolben 5 aufzunehmenden Arbeitsbetrage
hinzugefügt. Die Folge ist, daß auch jetzt wieder die rechts liegenden Zahnflanken
der Zahnstange sich gegen die Zahnradzähne anlegen, so daß hierdurch der tote Gang
im Kupplungsgetriebe unschädlich gemacht ist. In der Praxis genügen selbstverständlich
ganz geringe Unterschiede in den von jeder Flugmasse zu übertragenden Arbeiten,
die schon dadurch erzeugt werden können daß von den Flugmassen anzutreibende Hilfsmaschinen
so verteilt sind, daß die Flugmassen bei Hinhub und Rückhub wechselweise verschieden
große Arbeitsbeträge zu leisten haben.