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Freiflugkolben-Motor-Verdichter mit gegenläufigen Flugmassen Bei Frei:flugkolben-Motor-Verdichtern
mit gegenläufigen Flugmassen werden diese Flugmassen durch ein deren Gleichtakt
sicherndes Getriebe miteinander verbunden. Mechanische Getriebe dieser Art sind
in der Regel in zwei Hälften unterteilt, die symmetrisch zur Längsachse auf beiden
Längsseite2l der Maschine angeordnet werden, um einseitige Kräftewirkungen zu vermeiden.
Meist werden solche Getriebe entweder als Zahnstangen-Zahnrad-Getriebe oder als
Schwingengetriebe ausgebildet. Bei ersterem sind an jede Flugmasse zwei Zahnstangen
angeschlossen, welche sich parallel zur Maschinenachse erstrecken. Je zwei mit verschiedenen
Flugmassen verbundene Zahnstangen greifen an einander:diam:etral gegenüberliegenden
Stellen in ein Zahnrad ein, das am Maschinengehäuse .drehbar, aber unverächieblich
gelagert ist. Beim Schwingengetriebe ist das Zahnrad durcheine doppelarmige Schwinge
ersetzt. - An jedem Ende der Schwinge greift das eine- Ende eines Lenkers an; die
anderen Enden dieser Lenker sind an je eine der Flugmassen gelenkig angeschlossen.
Da die Getriebehälften noch außerhalb der am Motorzylinder vorzusehenden B:egrenzungsw.ände
:dies Kühlraumes, des Auspuffkranzes u. dgl. liegen müssen, wird ihr Abstand von
der Maschinenachse verhältnismäßig groß. Sofern die Verdchterkolben einen Radius
haben, welcher noch größer als dieser Abstand ist, können die an die Flugmassen
anzuschließenden Getriebeteile unmittelbar an diese Verdichterkolben angeschlossen
werden. Im anderen Falle ist es nötig, an eine zwischen dem Motorkolben und dem
Verdichterkolben :einzuschaltende Verlängerung des Motorkolbens :ein Querhaupt anzuschließen,
welches z. B. durch Schlitze in der Wand des entsprechend verlängerten Motorzylinders
nach außen ragt, und die mit den Flugmassen zu verbindenden Getriebeteile an die
Enden dieses Querhauptes anzuschließen. Ein solches Getriebequerhaupt macht die
Maschine nicht nur vielteiliger, sondern hat vor allem den Nachteil, daß die Maschine
und
auch die Flugmasse um die Hubstrecke des Querhauptes länger wird. Dadurch werden
zunächst der Raumbedarf und das Gewicht der Maschine erheblich vergrößert; außerdem
aber wird auch das Gewicht der Flugmasse erheblich vermehrt Dies hat den Nachteil,
daß sich die Hubzahl, je Zeiteinheit und dementsprechend die Lei<=. stung der
Maschine verringert.
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Die Erfindung soll die Möglichkeit geben; die mit einer Flugmasse
zti verbindenden Getriebeteile auch dann unmittelbar an einen Verdichterkolben anschließen
zu können, wenn der vorzusebenden Verdichterkolbenfläche ein Radius entspricht,
der kleiner als der erforderliche lVIindestabstand der Getriebehälften von der Maschinenachse
ist.
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Es sei hier bemerkt, daß diese Forderung vor allem bei Mehrstufenverdichtern
auftritt. Sind hierbei mit einer Flugmasse mehrere Verdichterstufen verbunden, so
bedingt es der notwendige Ausgleich der Kräfte und Arbeiten, daß der Kolben der
niedrigsten an dieser Flugmasse vorgesehenen Stufe, z. B. der ersten Verdichterstufe,
eine gewisse Größe nicht überschreitet. Insbesondere gilt dies dann, tvenn der Verdichter
symmetrisch unterteilt ist, d.h. wenn auf jeder Maschinenseite ern -vollständiger
Mehrstufenverdichter angeordnet ist. Ist andererseits etwa bei. einem Zweistufenverdichter
mit der einen Flugmasse der Kolben der ersten, mit der anderen Flugmasse der Kolben
der zweiten Verdichterstufe verbunden, so kann zwar unter Umständen der Verdichterkolben
der ersten Stufe ausreichend groß gemacht werden, um das Getriebe unmittelbar an
diesen Kolben anzuschließen, jedoch ist dies beim Kolben der zweiten Stufe nicht
möglich.
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Nach der Erfindung wird auch dann, wenn der größte an der Flugmasse
sitzende Verdichterkolben einen so geringen Radius hat, daß der Anschluß der Getriebeteile
an ihn innerhalb seiner Kreisfläche nicht mehr möglich ist. dieser Anschluß dadurch
ermöglicht, daß dieser Verdichterkolben eine von der Kreisform abweichende langgestreckte
Begrenzungsform erhält. derart, daß seine Ausladung von der Maschinenachse in Richtung
der größeren Achse seines Umrisses größer wird als der Radius des kreisförmigen
Kolbens, während die Erstreckung in der dazu senkrechten Richtung kleiner ist als
dieser Radius. Dieser von der Maschinenachse weit ausladende Teil des VerdIchterkolbens
wird zum Ans:chluß der Getriebeteile verwandt. Die Umrißform dieses nicht kreisförmig
begrenzten Verdichterkolbens kann beispielsweise ein Rechteck sein oder eine aus
Rechteck und Kreisfläche zusammengesetzte -Form oder eine Ellipse, Raute o. dgl.
Der Zylinder. in welchem dieser Verdichterkolben arbeitet, erhält die dem Kolben
entsprechende Querschnittsform. Die Wand eines solchen Zylinders ist zwar an sich
gegen Innendruck u-eniger widerstandsfähig als dce übliche kreiszylindrische Wand.
Da es sIch jedoch hierbei in der Regel um Verd-,ichterräume mit sverhältnismäfig
geringem Druck handelt (bei Mehrstufenverdichtern mir um die niederer. Stufen).
so bietet die ausreichende Versteifung dieser Wände keine besonderen Schwierigkeiten.
Auch die Dichtung der von der Kre'=-form abweichenden Kolben läßt sich mit Dichtgliedern,
welche den üblichen Kolbe» -ringen ähnlich sind und wie die Jetzterrn federnd gegen
die Zylinderwand angepreCt werden, zuverlässig durchführen, so daß siel). abgesehen
von der etwas umständlicheren Herstellung der von der Kreisform abweichenden Kolben
und Zylinder, keine Schwierigkeiten ergeben. Es wird jedoch der Vorteil gewonnen.
daß, wenn auch nur der Anschltllt der- Getriebeteile an den Verdichterkolben auf
einer Maschinenseite ermöglicht «-ird, d'< Maschine um die Hublänge einer Mullmasse
kürzer wird, daß dementsprechend ihr Raumbedarf und ihr Gewicht kleiner werdcri
ttnd da1,) auch das Gewicht dieser Flugmass;: kleiner wird. Auch die sog. Ausbaulänge
dtr Maschine wird entsprechend verringert. Btsonders wertvoll ist die Erfindung
in den Fällen, -,va sie einen Anschluß der Getriebcteile an Verdichterkolben auf
beiden Maschinenseiten ermöglicht, weil dann die vorteilhaftenWirkungen der Verringerung
des Raumbedarfes. des Maschinengewichts und dis Flugmassengeiviebts voll zur Geltung
kommen.
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Die Zeichnung veranschaulicht Ausfülirungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Die Abb. i bis ; zeigen einen Freiflugk«1-ben-Motor-Verdichter mit einem vierstufigen
Verdichter. Dabei ist Abb. i ein Aufriß ini axialen Längsschnitt. Die Abb. 2 bis
5 sind Querschnitte nach den Linien 11-II. 111-I11. IV-IV und V-V der Abb. r. Abb.6
ist ein Grundriß im axialen Schnitt. Abb. ; zeigt d_c bewegten Teile (Flugmassen)
der Maschine in Seitenansicht.
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Die Abb. S und 9 zeigen dieselben Fhi,,-massen in Verbindung mit einem
anderen Kupplungsgetriebe, und zwar Abb. S in Seitenansicht, Abb.9 im Querschnitt
nach Liniu IN-IX der Abb. S.
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Die Abb. i o und i i zeigen eine besondere Einrichtun,g für das Kupplungsgetriebe
nach den Abb. S, 9, und zwar Abb. io als Aufriß im axialen Längsschnitt und Abb.
r I als Grttndriß im axialen Längsschnitt.
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Die Abb. 12 bis iS zeigen verschiedene Be. grenzungsformen der erfindungsgemäf
> gestalteten Verdi:chterkolben. In Ahb- 1 2 ist
auch der zugehörige
Verdichterzylinder im Querschnitt dargestellt.
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Die Abb. i9 bis 227 zeigen einen Freiflugkolben-Motor-Verdichter mit
zwei Verdichterstufen, dabei ist Abb. 19 ein Aufriß im Mittellängsschnitt. Die Abb.2o
bis 22 sind Querschnitte nach den Linien XX-XX, XXI-XXi und XXII-XXII.
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Bei dem Freiflugko.lben-Motor-Verdichter nach Abb. i bis 7 bewegen
sich in einem Motorzylinder i die beiden Motorkolben 2,3
gegenläufig zueinander.
Der linke Motorkolben 2 ist mit dem Verdichterkolben 5 der ersten Stufe und dem
Verdi.chterkolben 8 der vierten Stufe verbunden. Der Kolben 5 arbeitet im Verdichterzylinder
9 mit .dem Verdichtungsraum 15, der Kolben 8 im- Verdichterzylinder 12 mit dem Verdichtungsraum.
18, welcher im Innern des Zylinders g liegt. Der Motorkolben 3 ist mit dem Verdichterkolben
6 der zweiten Stufe verbunden, welcher im Verdichterzylinder io mit ,dem Verdichtungsraum
16 arbeitet. Der Verdichterkolben 7 der KI:ritten Stufe ist in diesem Beispiel gleichmittig
zum Verdichterzylinder i ö und an di,-sem festliegend angeordnet; er arbeitet in
dem im Motorkolben 3 ausgesparten Verdichtungsraum 17. Zur Sicherung des Gleichtaktes
der beiden Flugmassen, gebildet von den Kolben 2, 5, 8 einerseits und 3, 6 andererseits,
dient ein symmetrisch zur Maschinenachse angeordnetes Zahnstangen-Zahnrad-Getriebe
am sich bekannter Bauart. Würde man den Verdichterkolben 5 der ersten Stufe kreisförmig
ausbilden gemäß der in Abb. 2 eingetragenen gestrichelten Umrißlinie 5o, so könnten
die mit der Flugmasse 2, 5;,8 zu verbindenden Zahnstangen 21, 22 dieses Getriebe
nicht mehr an diesem Kolben angreifen, da sie mit Rücksicht auf den am Motorzylinder
i vorzusehenden Kühlmantel 30 und den Auspuff -kranz 31 in so großem Abstande
von der Maschinenachse angeordnet sein müssen, daß säe außerhalb der Kreisfläche
5o liegen. Um diesen Anschluß trotzdem zu ermöglichen, wird der Kolben 5 in .der
aus Abb. 2 ersichtlichen Weise länglich rechteckig gestaltet, derart, daß die Zahnstangen
21, 22 noch innerhalb ides Umrisses dieses Rechteckes liegen. Die Begrenzungsivände
des Verdichterzylinders 9 sind dementsprechend ebene Wände. Zur Versteifung gegen
den Innendruck sind diese Wände von einem .gemäß Abb. 2 im ,Querschnitt elliptischem
Mantel 32 umgeben, der die ebenen f@'ände nach Art von Versteifungsbögen überspannt
und der mit Lä;ngs- und Querrippen mit den ebenen Zylinderwänden verbunden ist.
Der Raum zwischen den beiden Zylinderwänden kann als zusätzlicher Aufnehmerraum
für die Spülluft dienen. Als Spülpumpe dient in bekannter Weise der Raum i9, ieelcher
auf der dem Motorteil zugekehrten Seite des Kolbens 5 im Zylinder 9 liegt. Die Zahnstangen
21 und 22 sind -hierbei gasdicht durch die Stirnwand 33 des Spülluftaufnehmers und
die Verdichterstirnwand 2o hindurchgeführt. Aui der rechten Maschinenseite sind
in bekannter Weise die an der Flugmasse 3, 6 angreifenden Zahnstangen 23, 24 an
die Enden eines Querhauptes 25- angeschlossen, «-elches im Motorkolben 3 festgelegt
ist und durch Längsschlitze 26, 27 des Motorzylinders i nach außen ragt. Die auf
der gleichen Längsseite der Maschine liegenden Zahnstangen 2 i @ und 23 bzir. 22
und 24 greifen an diametral gegenüberliegenden Stellen je in ein Zahnrad 28 bzw.
29 ein. Jedes dieser Zahnräder ist am Mantel 3o des Motorzylinders i drehbar, abe17
unverschieblich gelagert.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbens 5 der ersten
Verdichterstufe als Kolben mit flach rechteckigem Umriß wird auf der linken Maschinenseite
der Platz gespart. welcher für die Unterbringung und für die Hinundherbewegung des
Querhauptes erforderlich wäre, welches vorgesehen werden müßte, wenn dieser Verdichterkolben
in der üblichen Weise einen kreisrunden Umriß hätte. Es wird somit eine wesentliche
Verkürzung._der Gesamtmaschinenlänge erzielt. In ähnlicher Weise verkürzend wirken
bei dem dargestellten Beispiel die an sich bekannte Unterbringung des Hochdruckzylinders
12 im Niederdrwckzylinder 9 und die Unterbringung einer Ver dichtexstufe (Arbeitsraum
17) im Motorkolben. Es wird hierdurch erreicht, daß diese Maschine mit einem vierstufigen
Verdichter nicht mehr Platz beansprucht als eine mit gleichem Flugmassenhub arbeitende
normale Maschine mit nur zweistufigem Verdichter und mit je einer Stufe auf jeder
Maschinenseite.
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Die Abb. 8 bis i i zeigen die Flugmassen der gleichen Maschine in
Verbindung mit einem Schwingengetriebe. Auf jeder Längsseite der Maschine ist an
einem im Maschinengestell festsitzenden Zapfen 35 ein um diesen Zapfen schwingbarer,
doppelarmiger Heben 36 gelagert. An den Endpunkten dieses Hebels greifen die einen
Enden zweier Lenker 37 und 38 an. Die anderen Enden der Lenker 37 sind gelenkig
an den rechteckigen Kolben 5 angeschlossen: die anderen Enden der Lenker 38 sind
mit den freien Enden des am kalben 3 festliegenden Querhauptes 39 gclenkig verbunden.
Auch hierbei ermöglicht erst die gegenüber der Kreisform 50 größere Seitenausladung
des Rechteckkolbens 5 den unmittelbaren Anschluß der Getriebeteile 37 an diesen
Kolben.
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Die Vorteile der- Erfindung ergeben sich sonach auch bei Venvendüng
dieses Verbindungsgetriebes.
Damit hierbei der Raum i9 ,auf der
rechten Seite des Kolbens 5) ebenfalls als Arbeitsraum, z. B. einer Spülpumpe. dienen
kann, schwingen die Lenker 37 (Abb. io. i i) in vom Kolben 5 ausgehenden und durch
die Stirnwand 2o dicht nach außen geführten Taschen 52.
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Die in Abb. 12 gezeigte Umrißform des Kolbens 5 kann man sich entstanden
denken aus einer Kreisfläche, von der zwei einander gegenüberliegende Segmente abgeschnitten
sind. Eine solche Form ist für die Herstellung des Verdichterzylinders vorteilhaft.
In einen kreisrund ausgebohrten Zylinder 40 werden zwei Segmentstücke 4.i,
.i2 so eingesetzt, daß die flachen Wände dieser Segmente zusammen mit den unbedeckt
bleibenden Teilen der Wand des Zylinders .1o den Kolben 5 umschließen.
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Gemäß Abb. 13 besteht die Umrißform des Kolbens 5 aus einem
Rechteck mit an gegenüberliegenden Seiten desselben sich anschließenden Halbkreisflächen.
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Abb. 1a zergt eine elliptische Umrißfo.rm. Nach Abb. 15 hat die Umrißform
des Kolbens 5 die Form einer Raute mit abgerundeten Ecken.
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Gemäß Abb. 16 ist diese Raute so flach, daß die geritden Begrenzungslinien
den Motorkolben 2 tangieren.
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Um die wirksame Fläche des Verdichterkolbens 5 noch weiter zu verkleinern,
kann man einen feststehenden Kolben durch den Verdichterkolben hindurch- und in
den Motorkolben hineinragen lassen, wie z. B. in Abb. i der Kolben 7 in den Kolben
3, so daß als wirksamer Kolbenquerschnitt die in Abb. 17 schraffierte Fläche gilt.
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Soll der -wirksame Kolbenquerschnitt noch weiter verringert werden,
so können neben dem einen mittig zur Maschinenachse angeurdneten feststehenden vorerwähnten
Kolben auch seitlich von diesem noch zusätzlnche feststehende Kolben angeordnet
-werden, die rlen Verdi;chterkolben 5 dicht durchdringen; der -wirksame Kolbenquerschiutt
entspricht dann der schraffierten Kolbenfläche in Abb. i s.
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Die Abb. i9 bis 22 zeigen einen Freitlugkolben-Mo:tor-Verdichter mit
einem zweistufilj *eii Verdichter.
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Der Kolben 5o der ersten Verdichterstufe fällt hierbei, so groß aus,
da.ß auch bei der üblichen kreisrunden Ausführung die Zahnstangen 2 i, 22 des Verbindungsgetriebes
unmittelbar an diesen Kolben angeschlossen werden können. Der Kolben 6o der* zweiten
Verdichterstufe ward jedoch bei der üblichen kreisrunden Ausgestaltunb nur wenig
größer als der Motorkolben 3. Erfindungsgemäß wird deshalb im vorliegenden Beispiel
dieser Kolben so ausgebildet, daß er eine von der Kreisform abweichende längliche
Umrißgestaltung aufweist, und zwar, -wie aus Abb.22 ersichtlich, die Form einer
flachen Ellipse. Zur Verstcifu.ng der Wand 7 o des einen entsprechenden elliptiscben
Querschnitt auf@--ciscnden Verdichterzylinders ist um diesen Zylinder eine zweite
zylindrische Wand ; i gelegt, und ferner sind zwischen den \fiän-cleii 7 o und
71
Längs- und Querrippen angeordnet, so daß der Zylinder auch dein verhältnismäßig
hohen Druck der zweiten Verdi^literstufe standhält. Die Zahnstangen 23 und 24 können
jetzt Unmittelbar am Kolben 6o der zweiten, Verdichterstufe angreifen, so daß auch
zum Anschluß der Zahnstangen 23.24 an die Flugmasse 3, 6o kein Querhaupt erforderlich
ist. Es wird also wiederum die für die t"nterbriiigung des Querhauptes und für dessen
Hinundherbe%t-egung erforderliche Maschinenlänge gespart und somit der Raumbedarf,
da, Gewicht der Maschine und das Gewicht der rechten Flugmasse entsprechend verringert.
Die Maschine mit dem zweistufigen Verdichter braucht nur ebensoviel Platz wie eine
völlig symmetrische Maschine, welche auf jeder Seite einen einstUfigen Verdichter
aufweist, dessen Kolben so groß ist, daß die mit den Flugmassen zu verbindenden
Teile des Kupplungsgetriebes unmittelbar an diese Kolben angeschlossen werden können.
Der auf der linken, dein Motorteil zugekehrten Seite des Kolbens 6o liegende Raum
6- , kann entweder mit der Atmosphäre verbunden sein oder einen Arbeitsraum,
z. B. als zusätzliche Spülpumpe, als Puffer o. dgl., bilden. Das Kupplungsgetriebe
ist bei diesem Beispiel ganz im Spülpumpengehäuse 7 5 untergebracht, welches den
Verdichterzylinder 59 der ersten Stufe mit dem Zylinder ; o der zweiten Stufe. verbindet.