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Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufig bewegten Massen Bei Freiflugkolbenmaschinen
ist die Anwendung gegenläufiger Massen zum Zwecke des Massenausgleichs besonders
vorteilhaft. Es ist bekannt, zur Aufrechterhaltung genau gleichen Taktes bei der
gegenläufigen Bewegung ein die beiden Kolbengruppen kuppelndes Getriebe vorzusehen,
welches beispielsweise aus einem Hebelsystem oder Zahnstangenpaarenmit in diese
eingreifenden Kupplungszahnrädern besteht.
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Zur Vereinfachung des Getriebes wurde bereits vorgeschlagen, die Getriebeglieder
einseitig, also zur Längsachse der Maschine nicht doppelseitig symmetrisch, anzuordnen.
Dieser konstruktive Aufbau hat den Nachteil, daß durch die an den Getriebegliedern
wirkenden Kräfte Kippmomente auf die Kolben ausgeübt werden, so daß diese bei ihrer
Bewegung starken Gleitbahndrücken in ihren Zylinderführungen als Reaktion dieser
Kippkräfte unterworfen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden,
indem erfindungsgemäß zur Aufhebung dieser Kippmomente in entgegengesetzter Richtung
wirkende, angenähert gleich große Gegenmomente durch entsprechende zusätzliche Gegenkräfte
erzeugt werden, so daß die an den Getriebegliedern auftretenden Kräfte in ihrer
Momentenwirkung ausgeglichen werden.
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An den Getriebegliedern können äußere Kräfte zur Leistung von Arbeitsbeträgen,
etwa zum Antrieb von Hilfsaggregaten, z. B. Brennstoffpumpe, wirksam werden; diese
Arbeitskräfte der Getriebeglieder üben Kippmomente auf die Flugkolben aus, welche
durch entgegengesetzt gerichtete, angenähert gleich große, gleichzeitig wirkende
Gegenmomente aufgehoben werden können. Die zur Erzeugung dieser Momente erforderlichen
Kräfte sind in derselben Längsschnittebene wie die Arbeitskräfte auf entgegengesetzter
Seite, bezogen auf die Mittelachse der Flugkolben, anzuordnen; bei gleich großen
Abständen der Arbeits-und Gegenkräfte von der Mittelachse der Flugkolben sind die
Kräfte gleich groß zu halten. Andererseits können die Abstände der Arbeitskräfte
und der zusätzlichen Kräfte von der Mittelachse auch verschieden groß sein; die
Größen der Kräfte selbst müssen dann zueinander im umgekehrten Verhältnis stehen
wie ihre Abstände von Mitte der Flugkolben.
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Die Charakteristik der zusätzlichen Kräfte soll weitgehend dem zeitlichen
Verlauf der auszugleichenden Arbeitskräfte angepaßt sein; zu diesem Zwecke können
besonders Mittel vorgesehen werden, indem beispielsweise zusätzliche Massen, die
nur während eines Teiles des Flugkolbenhubes in Bewegung sind, angeordnet werden,
so daß zeitweilig zur Beschleunigung dieser Zusatzmassen zusätzliche Kräfte durch
die Flugkolben aufgebracht werden müssen.
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Abgesehen von den Arbeitskräften entstehen weiterhin durch Beschleunigung
oder Verzögerung der Massen der Getriebeglieder Kräfte, deren Größe und Richtung
sich also während eines Hubes sehr stark von Null bis zu einem Höchstwert und dann
wieder bis zu Null herab ändern; die hierdurch -erzeugten Momente
müssen
also grundsätzlich durch Gegenmomente aufgehoben werden, deren erzeugende Kräfte
die gleiche Charakteristik, von Null ansteigend zu, einem Höchstwert und dann wieder
abfallend;: aufweisen. Gemäß der Erfindung werden daher zusätzliche, mit den Flugkolben
starr verbundene Massen angeordnet, welche den gleieh(#i; Beschleunigungen und Verzögerungen
wie die Massen der Getiiebeglieder unterworfen sind. Auch Kräfte, welche durch Beschleunigung
und Verzögerung sich drehender Massen entstehen, können in ihrer Momentenwirkung
auf die Flugmassen ausgeglichen werden durch Gegenkräfte entsprechend bemessener
hin 'und her gehender zusätzlicher Massen. Alle zusätzlich anzuordnenden Massen
sind wiederum in derselben Längsschnittebene wie die Getriebemassen auf entgegengesetzter
Seite, bezogen auf die Mittelachse der Flugkolben, anzuordnen, wobei der gleiche
Abstand von der Mittelachse der Flugkolben wie bei den Getriebemassen beibehalten
werden kann; für diesen Fall sind die zusätzlichen Massen den Getriebemassen gleich
groß zu setzen. Andererseits können die Abstände der Getriebemassen und der zusätzlichen
Massen von der Mittelachse auch verschieden groß sein; die Massen selbst müssen
dann zueinander im umgekehrten Verhältnis stehen wie ihre Abstände von der Mittelachse.
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Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles, das eine Freiflugkolbenmaschine
im Längsschnitt zeigt, noch näher erläutert werden. In der Abbildung sind der Motorzylinder
einer Freiflugkolbenmaschine mit i, die Verdichterzylinder mit 2, 3, die gegenläufig
ohne Begrenzung des Hubes durch ein Kurbeltriebwerk sich bewegenden Flugkolben mit
q., 5 und die diese Kolben zwangsläufig kuppelnden Zahnstangen mit 6, 7 bezeichnet,
mit welchen ein im Motorgehäuse unverschieblich gelagertes Kupplungszahnrad 8 in
Eingriff steht.
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In diesen Zahnstangen treten äußere Kräfte zur Leistung von Arbeitsbeträgen,
z. B. zum Antrieb der Brennstoffpumpe g, auf; ein auf der Zahnstange 6 befestigter
Nocken io arbeitet über einen Rollenhebel ii auf den Kolben der Brennstoffpumpe
g, und zwar ist der Nocken io so angeordnet, daß gegen Ende des Einwärtshubes der
Kolben q., 5 kurz vör Umkehr der Kolbenbewegung die Brennstoffpumpe betätigt wird.
Die auf den Nocken in. Richtung des Pfeiles 12 wirkende Widerstandskraft ergibt
ein Kippmoment auf die Flugli:olben, so daß diese Kolben in Richtung der Pfeile
13, 14. gedreht werden. Erfindungsgemäß wird dieses Kippmoment durch ein Gegenmoment
aufgehoben, indem während des Hubteils, währenddessen eine Kraft auf den Nocken
io wirkt, eine Gegenkraft durch eine am Gehäuse 2 auf der entgegengesetzten Kolbenseite
vorgesehene Feder 15 auf .den Flugkolben ausgeübt wird; hierbei müssen Arbeitskraft
auf den Nocken io @@und Gegenkraft der Feder 15 zueinander in um-'@ gehrtem Verhältnis
stehen wie ihre Abstände der Kolbenmittelachse.
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'V °, Um die Charakteristik der zusätzlichen Kräfte ;.;.'dem zeitlichen
Verlauf der auszugleichenden Arbeitskräfte möglichst anzupassen, können besondere
Maßnahmen ergriffen werden. Die in Richtung des Pfeiles i2 wirkende Arbeitskraft
wird zuerst beim Auflaufen der Brennstoffpumpenrolle auf den Antriebsnocken io stark
ansteigen, dann aber nach Beendigung des Pumphubes der Brennstoffpumpe während des
letzten Teiles der Bewegung der Kolben q., 5 wieder abfallen, während im Vergleich
hierzu der zeitliche Verlauf der Gegenkraft der Feder i5 merklich abweicht, indem
die Federkraft dauernd ansteigt, so daß gegen Ende der Bewegung umgekehrt durch
die Federkraft ein überschüssiges, unausgeglichenes Kippmoment auf die Kolben ausgeübt
wird. Wenn nun beispielsweise mit der Feder 15 eine zusätzliche Masse 16, welche
nur während eines Teiles des Flugkolbenhubes in Bewegung ist, verbunden wird, so
muß zuerst für die Beschleunigung dieser Zusatzmasse 16 durch die Flugkolben eine
zusätzliche Kraft aufgebracht werden, die zu der ansteigenden Federkraft hinzuzuzählen
ist. Diese zusätzliche Beschleunigungskraft nimmt aber rasch ab, wenn die Masse
16 angenähert auf die Geschwindigkeit der Flugkolben gebracht ist; werden dann schließlich
auf dem letzten Hubteil die Flugkolben stärker verzögert als die,Masse 16, so ist
keine zusätzliche Kraft von den Flugmassen mehr aufzubringen, und sogar die zur
Überwindung der ansteigenden Federkraft erforderliche Kolbenkraft kann vermindert
werden, da die in Bewegung befindliche Masse 16 vermöge ihrer lebendigen Kraft die
weitere Spannung der Feder mit übernimmt. Der zeitliche Verlauf der Arbeitskraft
in Richtung des Pfeiles 12 und der auf den Kolben q. wirkenden zusätzlichen Gegenkraft
ist also angenähert gleich gehalten.
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Ferner werden durch die infolge der Beschleunigung oder Verzögerung
der Triebwerkstangen 6, 7 auftretenden, in der Längsrichtung dieser Stangen wirkenden
Massenkräfte ebenfalls auf die Kolben ¢, 5 Kippmomente ausgeübt, so daß diese Kolben
in Richtung der Pfeile 13, 14 gedreht werden, also an diesen Stellen hohen Belastungen
der Laufbüchsen und damit großen Verschleißkräften bei ihrer Bewegung ausgesetzt
sind. Zum ,Ausgleich dieser Kippmomente werden erfindungsgemäß an den Kolben zusätzliche
Massen 17, 18 angeordnet, welche in derselben Längsschnittebene wie die Getriebestangen
6, 7 auf entgegengesetzter Seite der Kolben angeordnet sind. Diese zusätzlichen
Massen unterliegen den gleichen
Beschleunigungsgesetzen wie die
Getriebestangen 6, 7, so daß in jeder Kolbenstellung und zu jedem Zeitpunkt durch
die zusätzlichen Massen 17, 18 Gegenmomente zum Ausgleich der Kippmomente der Massenkräfte,
die durch die Getriebeglieder entstehen, vorhanden, sind. Sind die zusätzlichen
Massen in gleichem Abstand von der Mittelachse der Kolben wie die Getriebeglieder
6, 7 angeordnet, so müssen diese Massen ebenso groß wie die Massen der Getriebeglieder
selbst sein. Wird aber beispielsweise der Abstand a der zusätzlichen Masse 17 von
der Mittelachse kleiner gehalten als der Abstand b der Getriebestange 6, so müssen
sich die Größen der beiden Massen umgekehrt wie ihre Abstände von der Mittelachse
verhalten.
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Auch die Massenkraft, welche durch die Drehbewegung des Kupplungszahnrades
8 bedingt ist, kann durch Anordnung einer entsprechenden zusätzlichen Masse auf
der Gegenseite der Kolben in ihrer Momentenwirkung ausgeglichen werden.