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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.
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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.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die durch die genannten Träheitskräfbe
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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.
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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.
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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.
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Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform
der Synchronisierungsmittel der Flugkolben einer Flugkolbenmaschine gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 schließlich ist ein Querschnitt durch eine Variante einzelner
Teile der Synchronisierungsvorrichtung nach Fig.2.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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'.
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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.
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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.
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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. -