DE708168C - Synchronisierungsvorrichtung fuer gegenlaeufige Freiflugkolben - Google Patents

Synchronisierungsvorrichtung fuer gegenlaeufige Freiflugkolben

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DE708168C
DE708168C DEP78626D DEP0078626D DE708168C DE 708168 C DE708168 C DE 708168C DE P78626 D DEP78626 D DE P78626D DE P0078626 D DEP0078626 D DE P0078626D DE 708168 C DE708168 C DE 708168C
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DE
Germany
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piston
pistons
synchronization
torsion bar
synchronization device
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Expired
Application number
DEP78626D
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English (en)
Inventor
Raul Pateras Pescara
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Societe dEtudes et de Participations Eau Gaz Electricite Energie SA
Original Assignee
Societe dEtudes et de Participations Eau Gaz Electricite Energie SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
    • F02C5/08Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output the gas generator being of the free-piston type

Description

  • Synchronisierungsvorrichtung für gegenläufige Freiflugkolben Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Synchronisieren der gegenläufigen Freiflugkolben einer Flugkolbenmaschine, d. h. also einer Maschine, bei der der Kolbenhub veränderlich ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Synchronisierungsvorrichtung von Brennkraftverdichtern oder Brennkrafttreibgaserzeugern mit gegenläufigen Freiflugkolben.
  • Es ist schon bekannt, die miteinander zu synchronisierenden gegenläufigen Kolben dadurch zu synchronisieren, daß diese Kolben durch einfache Schubstangen mit den Enden hin und her beweglicher Schwinghebel verbunden werden. Im allgemeinen sind ein Schwinghebel und zwei die Schwinghebelenden mit den gegenläufigen Kolben verbindende Schubstangen auf jeder Seite der Maschine angebracht. Die zu beiden Seiten der Maschine befindlichen Synchronisierungsgestänge können dabei in ihren Stellungen parallel ,oder verkreuzt sein. Diese bekannte Synchronisierungsvorrichtung gibt jedoch beim Arbeiten der Maschine Anlaß zum Auftreten von Trägheitskräften, die eine Richtung haben, welche senkrecht zu der Richtung der Bewegung ,der hin und her gehenden Kolbenaggregate verläuft. Diese Trägheitskräfte rufen in einer Maschine, deren Schwinghebel parallel sind, ein Drehmoment von wechselnder Richtung hervor, das bestrebt ist, die Maschine um eine quer gerichtete Achse in Schwingbewegungen zu versetzen. Bei einer Maschine mit gekreuzten Schwinghebeln rufen die Trägheitskräfbe Drehmomente hervor, welche bestrebt sind, die hin und her gehenden Kolbenaggregate um ihre Achse zu drehen.
  • Es ist schon vorgeschlagen worden, die durch die genannten Träheitskräfbe hervor-Z> gerufen-en Drehmomente durch eine Verdoppelung der Schwinghebel und der Schubstangen auszugleichen, so daß auf jeder Maschinenseite zwei doppelarmige Schwinghebel und vier Schubstangen vorhanden sind, deren quer zur Kolbenbewegung gerichteten Trägheitskräfte einander entgegengesetzt sind und sich somit aufheben. Eine derartige Ausbildung des Synchronisierungsgestänges ist jedoch teuer und führt zu einer erheblichen Gewichtsvermehrung der Maschine. Außerdem sind die mit dem gegenläufigen Kolben verbundenen Schubstangenenden mit Gleitschuhen versehen, die in Gleitbalin.en geführt sind. Die Gleitschuhe und Gleitbahnen sind aber nicht nur teuer herzustellen, sondern bedürfen auch im Betriebe einer besonders sorgfältigen Wartung.
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben gerichteten Trägheitskräfte der Synchronisierungsvorrichtung bzw. ihre Reaktion auf die Maschine ohne die genannte Verdoppelung der Schwinghebel und Schubstangen aufzuheben. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Reaktionswirkungen von zwei senkrecht zur Kolbenbewegung stehenden, aber entgegengesetzt gerichteten, wenigstens annähernd gleich großen Trägheitskräften auf außerhalb der Synchronisierungsvorrichtung gelegene Teile übertragen werden, auf denen sich diese Reaktionswirkungen gegenseitig ausgleichen. Zur Übertragung und zum Ausgleich der Reaktionswirkungen sind nur drehbar gelagerte und mit Drehgelenkverbindungen aneinandergeschlossene Teile notwendig, so daß irgendwelche Gleitschuhe und Gleitbahnen vollkommen vermieden werden.
  • Die Erfindung ist an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele veranschaulicht, und zwar stellt Fig. i im Längsschnitt einen Flugkolbenbrennkraftverdichter dar, dessen aus einfachen Schubstangen und Schwinghebeln bestehende Synchronisierungsvorrichtung mit einer zusätzlichen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu Ausgleich der senkrecht zur $ewegungsrichtung der Kolben stehenden Reaktionskräfte versehen ist.
  • Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform der Synchronisierungsmittel der Flugkolben einer Flugkolbenmaschine gemäß der Erfindung.
  • Fig. 3 schließlich ist ein Querschnitt durch eine Variante einzelner Teile der Synchronisierungsvorrichtung nach Fig.2.
  • In Fig. i ist ein Brennkraftverdichter dargestellt, der zwei gegenläufige, frei fliegende Kolben i und i' aufweist. Diese Kolben arbeiten in einem Zylinder 2, in dessen Wand Einlaßöffnungen 3 und Auslaßöffnungen 4 hineingearbeitet worden sind. Diese öffnungen werden in der Nähe des äußeren Totpunktes der Kolben i und i' von diesem freigegeben. Ferner sind mit den Kolben i und i' Verdichterkolben 5 und 5' fest verbunden, die in Verdichterzylindern arbeiten, welche Einlaßventile 6 und Auslaßventile 7 aufweisen.
  • Die gegenläufigen Kolben sind durch übliche Synchronisierungsgestänge verbunden, und zwar besteht das auf jeder Seite der Maschine angeordnete Synchronisierungsgestänge aus einem Schwinghebel 18 bzw. 181, dessen Enden durch Schubstangen i g, i g', bzw. i g, i g,' mit den gegenläufigen Kolben i, 5 und i', 5' verbunden sind.
  • In solchen Synchronisierungsgestängen treten, insbesondere in der Nähe der Totpunkte und von diesen wieder vor allem in der Nähe des äußeren Totpunktes, starke Trägheitskräfte auf, die senkrecht zur Kolbenbewegung gerichtete Komponenten haben. Um nun diese Komponenten bzw. ihre Reaktionen auf das Maschinengestell auszugleichen, sind gemäß Fig. i die Anlenkachsen 2o und 20' der Schubstangen 19 und i 9' an den hin und her gehenden Kolben durch Lenker 21 und 2 t' mit den Enden von Winkelhebeln 22 und 22' verbunden. Diese sind um feste Achsen 23 und 23' drehbar. Die weiteren Enden der Winkelhebel sind durch Stangen 24 und 24' an Zahnsektoren 25 und 25' angeschlossen., die um feste Achsen 26 und 26' schwingbar sind und mit ihren Verzahnungen im Eingriff stehen.
  • Das Ganze ist derart angeordnet und ausgebildet, daß die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben stehenden Reaktionskräfte R und R', die stets entgegengesetzt gerichtet sind, das Bestreben haben, die Sektoren 25 und 25' in dem gleichen Sinne zu drehen. Infolgedessen haben die miteinander im Eingriff stehenden Zähne das Bestreben, sich entgegengesetzt zu bewegen. Hierdurch werden die genannten Reaktionskräfte absorbiert.
  • Wenn _Y der gleichen Weise, wie dies vorstehend an Hand der Fig. i beschrieben ist, für denjenigen Synchronisierungsmecha,nimous vorgegangen wird, der auf der anderen Seite der Maschine angeordnet ist, so erhält man ein Synchronisierungssystem, bei dem die seitlich gerichteten Reaktionskräfte auf feste Teile, nämlich die Zahnsektoren, übertragen werden, auf denen sich die Reaktionskräfte gegenseitig aufheben.
  • Die in Fig.2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich speziell auf den Fall, bei dem die Schwinghebel i 8 und 18' der Synchronisierungsmechanismen gekreuzt sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden die entgegengesetzt gerichteten Reaktionskräfte, welche das Bestreben haben, die hin und her gehenden Kolben um ihre Achse zu drehen, - das sind also einerseits die Reaktionskräfte R und Rl und andererseits die Reaktionskräfte R' und R1'; auf starre Elemente übertragen, die diese Reaktionskräfte vorzugsweise durch ihre Widerstandskraft gegen -Torsionsbeanspruchungen absorbieren. Auf diese Weise werden die genannten- Reaktionskräfte innere Kräfte.
  • Die beiden zu synchronisierenden Kolbenaggregate sind durch die Schubstangen i9 'und i g' bzw. i g, und i g,' an die Schwinghebel 18 und 181 angeschlossen. Die zu demselben Kolbenaggregat gehörenden Schubstangen können an den Enden von Stangen 27 und 27, angelenkt sein, welche an dem zugehörigen Verdichberkolben befestigt sind, wie dies für das in Fig.2 links liegende Kolbenaggregat dargestellt ist. Die zu dem gleichen Kolbenaggregat gehörenden Schubstangen können aber auch an den Enden einer Querbrücke 28' angelenkt sein, wie dies für das rechte Kolbenaggregat dargestellt ist.
  • Die Anlenkachsen der zu dem gleichen Kolbenaggregat gehörenden Schubstangen sind mit schwingbar gelagerten Querstangen verbunden, und zwar gehört zu dem einen Kolbenaggregat die Querstange 29 und zu dem anderen die Querstange 29'. Zur Herstellung dieser Verbindung dienen einerseits Stangen 30 und 301 und andererseits Stangen 30' und 3o,'. Diese Stangen sind an Kurbeln 31, 311. und 31', 3 1i angelenkt, wobei die erstgenannten Kurbeln auf der Stange 29 und die letztgenannten Kurbeln auf der Stange 29' sitzen.
  • Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß beispielsweise .die Reaktionskräfte R und Rl die Stange 29 im entgegengesetzten Drehsinn beanspruchen. Diese Stange absorbiert daher die genannten Reaktionen durch Torsionen. Das gleiche gilt für die Reaktionskräfte R' und Rl und die Stange 29'.
  • Die Tatsache, daß die Achsen der Stangen 29 und 29' im Raum, fest sind, kann zweckmäßigerweise dazu ausgenutzt werden, um in das Innere der hin und her gehenden Kolbenaggregate eine Kühl- oder Schmierflüssigkeit einzuführen; speziell wenn die Synchronisierungsschubstangen an einer Querbrücke 28' angelenkt sind, die mit einem der hin und her gehenden Kolbenaggregate fest verbunden ist, kann die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform angewendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform mündet an dem einen Ende der Stange 29' eine Leitung 32 für die Zufuhr einer Flüssigkeit, beispielsweise seiner Kühlflüssigkeit, während an dem anderen Ende der Stange 29 eine Leitung 33 für die Abfuhr dieser. Flüssigkeit mündet. In der genannten Stange und ebenso in den Stangen,3o'. und 30.,' sowie in der Brücke 28' und in dem betrachteten Kolbenaggregat sind Leitungen 34 angeordnet, welche einen Flüssigkeitsstromkreis bilden, in dem die Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. An den verschiedenen Gelenkstellen des in Rede stehenden, von d em Flüssigkeitsstrom durchflossenen Systems sind Gelenkdichtungen, wie sie bei 3 5 dargestellt sind, angebracht.
  • Es sei nochmals betont, daß im vorstehenden nur Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind, auf welche diese weder hinsichtlich ihrer Anwendungsarten noch hinsichtlich ihrer Ausführungsformen beschränkt ist. Insbesondere fallen auch unter die Erfindung diejenigen Ausführungsformen, bei denen die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben stehenden und in der Synchronisierungsvorrichtung auftretenden Reaktionskräfte nicht vollständig aufgehoben, sondern nur zu einem erheblichen Teil verringert werden, und zwar insbesondere in der Nähe der äußeren Totpunkte, in denen die Trägheitsstifte ihnen Größtwert haben. -

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Synchronisierungsvorrichtung für gegenläufige Freiflugkolben mit mindestens einem um eine feste Achse drehbaren doppelarmigen Schwinghebel und mit zwei die Enden dieses Schwinghebels an die gegenläufigen Freiflugkolben anschließenden Schubstangen und mit Ausgleich der Wirkungen der senkrecht zur Kolbenbewegung gerichteten Trägheitskräfte der Synchronisierungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionswirkungen von zwei senkrecht zur Kojhenbewegung stehenden, aber jentgegerigesetzt gerichteten, wenigstens annähernd gleich großen Trägheitskräften auf außerhalb des Synchronisierungsgestänges gelegene Teile übertragen werden, so daß sie sich .auf diesen Teilen gegenseitig ausgleichen.
  2. 2. Synchronisierungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß .die entgegengesetzt gerichteten Reaktionskräfte, die an den Enden des auf einer Seite der gegenläufigen Kolben angebrachten Synchronisierungsgestänges (18, i g, i g') auftreten, durch ein Zwischengestänge auf zwei Zahnräder oder Zahnsektoren (25, 25'). übertragen werden, so daß sich die Reaktionskräfte auf den ineinandergreifenden Zähnen der Zahnräder oder Zahnsektoren ausgleichen.
  3. 3. Synchronisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zu beiden Seiten der gegenläufigen Kolben angebrachten Synehronisierungsgestänge gegeneinander verkreuzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten eines jeden Kolbens auftretenden, entgegengesetzt gerichteten Reaktionskräfte (R, R1 bzw. R', R1') auf eine Torsionsstange (29 bzw. 29') übertragen werden, auf der sie sich unter gleichzeitiger Verdrehung der Torsionsstange gegenseitig ausgleichen. q.. Synchronisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsstange (29 bzw. 29') und die Zwischenglieder, welche die Torsionsstange mit den Gelenken verbinden, in denen die zu beiden Seiten des betreffenden Kolbens liegenden Synchronisierungsgestänge an dem Kolben angelenkt sind, hohl ausgebildet sind, so daß durch die Torsionsstange und die Zwischenglieder dem betreffenden Kolben eine Kühl- oder Schmierflüssigkeit zugeleitet werden kann.
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