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Einrichtung, um ein Glied 'selbsttätig entsprechend der Verlagerung
eines Schwingungs-Umkehrpunktes eines hin und her schwingenden Körpers zu verstellen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, um ein Glied (im nachstehenden Folgeglied
genannt) selbsttätig entsprechend der Verlagerung eines der beiden Schwingungs-Umkehrpunkte
eines Körpers zu verstellen, der eine Schwingbewegung mit veränderlicher Lage eines
oder beider Umkehrpunkte ausführt. Solche Einrichtungen können beispielsweise :dazu
dienen, irgendwelche Verstell- oder Regelglieder in Abhängigkeit von einer eintretenden
Verlagerung des Schwingungs-Umkehrpunktes eines hin und her schwingenden Körpers
zu verstellen. Ferner können die Folgegliedverstellungen auch benutzt werden, um
Gegenwirkungen gegen eine solche Verlagerung auszulösen, also beispiels-@veise um
vorkommende Verlagerungen wieder rückgängig zu machen oder um sie in bestimmten
Grenzen zu halten. Ein wichtiges Anwendungsgebiet solcher Einrichtungen sind Freiflugkol;benmaschinen,
deren Flugmässe im einen Sinne (Arbeitshub) durch einen motorischen Verbrennungsvorgang,
i m anderen Sinne (Rückhub) durch einen vorübergehend aufgespeicherten Teil der
beim Arbeitshub an die Flugmasse übertragenen Arbeit (Rückführarbeit) angetrieben
wird. Bei solchen Freiflugkolbenmaschinen darf das Volumen des an die Stirnfläche
des Motorkolbens angrenzenden Brennraumes beim Verdichtungshube nicht zu klein werden,
da sonst :die in diesem Raum auftretenden Drücke ein unzulässig hohes Maß erreichen.
Zur Vermeidung dieser Gefahr ist es an sich bekannt, die Größe der Rückführarbeit
in Abhängigkeit von dem bei dieser inneren Motorenkolbentotlage vorhandenen Brennraumvolumen
zu regeln. Bekannte hierzu dienende Einrichtungen weisen einen Ventilkörper auf,
der durch ein mit der Flugmasse verbundenes Glied kurz vor Erreichung der inneren
Motorkolbentotlage von seinem Sitz abgehoben Wird und der sich beim folgenden Auswärtsgang
des Motorkolbens kurz nach der Durchschreitung der Totlage wieder auf diesen Sitz
aufsetzt. Diese Eröffnung des Ventils :dauert, je nachdem, ob der Einwärtshub der
Flugmasse sich mehr oder weniger weit erstreckt, länger oder kürzer. Hierdurch wird
der Druck eines Druckmittels beeinflußt, dessen Höhe die Größe der Rückführarbeit
bestimmt.
.Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß der
als Regelglied dienende Ventilkörper bei jedem Hub bei noch erheblicher Geschwindigkeit
der Flugmasse plötzlich aufgestoßen und sich ebenso mit erheblicher Geschwindigkeit
wieder auf seinen Sitz aufsetzt. daB die Einrichtung also schlagartig arbeitet und
die Gefahr schneller Alynutzung besteht. Dieser Nachteil macht sich um so mehr geltend,
je größer die Verlagerung des Hubumkehrpunktes wird. Für Fälle, in denen relativ
große Verlagerungen auftreten können (wie dies z. B. beim äußeren Hubumkehrpunkt
der Flugmasse einer Freiflugkolbenmaschine häufig ,der Fall ist), kommt die Anwendung
dieser bekannten Einrichtung daher kaum in Frage.
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Nach der Erfindung wird die Anordnung wie folgt getroffen: Auf ein
in der Richtung der Schwingbewegung des schwingenden Körpers bewegbares Glied (Folgeglied)
wirkt ständig eine Kraft ein, die bestrebt ist, das Folgeglied dein schwingenden
Körper nachzuschieben. wenn sich dieser von der Umkehrstelle fortbewegt; mit dem
Folgeglied sind Einrichtungen, z. B. eine Dämpfungsvorrichtung, eine Beharrungsmasse
o. dgl., verbunden, welche seine schnelle Verstellung in dieser Be%@egungsrichtung
des schwingenden Körpers verhindern, so daß es während einer vollen Hinundherschwingung
des Körpers sich erst ganz wenig vom Umkehrpunkt fortbewegt hat. Verändert der Umkehrpunkt
seine Lage in Richtung der ständig auf das Folgeglied wirkenden Kraft, so schiebt
diese Kraft das Folgeglied dem sich verlagernden Umkehrpunkt nach; verschiebt sich
der Umkehrpunkt in der anderen Richtung, so wird das Folgeglied durch den hin und
her schwingenden Körper in die neue- Stellung des Umkehrpunktes verschoben. Das
Folgeglied stellt sich sonach immer ungefähr auf den jeweiligen Schwingungs-Umkehrpunkt
des schwingenden Körpers ein. Verschiebt sich dieser SchwingUngs-Umkehrpunkt, so
erfährt auch das Folgeglied eine entsprechende Verstellung. Diese Verstellung kann
beispielsweise zur Beeinflussung von Regelgliedern benutzt werden, welche dazu dienen,
einer eintretenden Verlagerung des Schwingungs-Umkehrpunktes entgegenzuwirken. Das
Folgeglied kann zu dem Zweck eine Hilfskraft (Servo-Motor) steuern, welche die Verstellung
dieser Regelglieder bewirkt.
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Gegenüber den obenerwähnten bekannten Einrichtungen besteht der Vorteil,
daß die Berührung des schwingenden Körpers mit dem Folgeglied immer nur in unmittelbarer
Nähe der Hubumkehr, bei der die Geschwindigkeit des schwingenden Körpers klein ist,
erfolgt, und daß die Bewegung des Folgegliedes nicht durch starre Anschläge Begrenzt
ist. Diese Vorteile bestellen auch dann, wenn der Schwingungs-Umkehrpunkt des schwingenden
Körpers sich beträchtlich verlagert, weil derartige Verlagerungen erfahrunIgsgei
äll 1 '
n nicht plötzlich, sondern verhältnisiniffi "
langsam
erfolgen, so daß die auf ein Hiil)-spiel des schwingenden Körpers entfallende Größe
der Verlagerung verhältnismäßig sehr klein ist. Demzufolge ist die Arbeitsweise
eine viel sanftere als bei den bekannten Einrichtungen, und die Zuverlässigkeit
und Lebensdauer der Regeleinrichtung ist (leinentsprechend erhöht.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele und eine
An-tvendungsinöglichkeit des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i veranschaulicht eine Folgegliedausführungsform sowie deren
Anwendung bei einem Freiflugkolb.en-Motor-Verdichter zum Zweck der Beeinflussung
der Rückführarbeit in Abhängigkeit von der Verlagerung der inneren Totlage des Motorkolbens.
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Abb.2 zeigt ein Folgeglied gleicher Art wie Abb. i, jedoch in Verbindung
mit anderen Mitteln zur Übertragung der Folgegliedverstellung auf das die Rückführarheit
beeinflussende Glied.
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Die Abb.3 und .4 zeigen weitere Atisfiihrungsmöglichkeiten des Folgegliedes.
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Bei der in A.bb. i dargestellten @reiflirgkolbenmaschine bewegen sich
in einem Motorzylinder i die Motorkolben 2, 3 gegenläufig zueinander und schließen
zwischen ihren einander zugekehrten Stirnflächen 5, 6 dcii Brennraum 7 ein. Mit
jedem Motorkolben ist je ein Verdichterkolben 9, io verbunden; diese arbeiten je
in einem Verrlichterzylinder 11, 12. Zur Erzielung des Gleichlaufs der Flugmassen
ist an jede derselben eine Zahnstange 13 bzw. 1.1 angeschlossen, welche in ein unverschieblich
gelagerte: Zahnrad 15 an sich diametral gegenüberliegenden Stellen eingreifen. Mit
einer der Zahnstangen, z. B. mit der Zahnstange 1.1 der Flugmasse 3, 1o, ist ein
Anschlag 16 fest verbunden. Am 1Iaschinengestell, und zwar auf der Seite des Anschlages
16, nach welcher: sich dieser beim Einwärtshub des Motorkolbens 3 bewegt, liegt
ein mit Flüssigkeit gefüllter Zylinder 17 fest, in welchem ein das Folgeglied darstellender
Kolben 18. der eine Kolbenstange 19 trägt, verschieblich ist. Auf den Kolben wirkt
eine Druckfeder 2o ein, welche das dem Ansclilag i6 zugekehrte Ende 2.1 der Kolbenstange
i9 gegen den Anschlag andriiekt, wenn dieser in dein der inneren hlotorkolbentotlage
entsprechenden Umkehrpunkt steht, und welche bestrebt ist, beim darauffolgenden
Auswärtsbube dieses Kolbenstangenende 2.1
dem sich vomUmkehrpunkt
wieder entfernenden Anschlag 16 nachzuschieben. Der Kolben 18 ist mit einer
weiten, ein Riickschlagventil 21 aufnehmenden Durchbrechung 22 und mit einer engen
Bohrung 23 versehen, derart, daß seine Verschiebung in der- Richtung des Auswärtshubes
des Anschlages 16 stark gedämpft ist, in der anderen Richtung aber möglichst unbehindert
erfolgen kann. Das andere Ende der Stange z9 ist über einen Rückführhebel 25 an
den Schieber 26 eines hydraulisch betätigten Hilfsmotors 27 angeschlossen. Der Kolben
28 dieses Hilfsmotors überträgt sein Verstellung über eine Kolbenstange 29 auf eine
in die gemeinsame Ansaugeleitung 30 der Verdichterzylinder 11, 12 eingebaute Drosseleinrichtung
3t.
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Die Einrichtung wirkt wie folgt: Bei .dem vom inneren Hubumkehrpunkt
ausgehenden Auswärtshub der Flugmassen will der Kolben 18 unter dem Einfluß der
Feder ao dem Anschlag 16 folgen; diese Bewegung wird aber .durch die Dämpfungseinrichtung
2i bis -23 so stark verlangsamt, daß der Kolben r8 bis zum Ende des auf den Auswärtshub
folgenden Einwärtshubes der Flugmassen nur einen ganz kurzen Weg zurückgelegt hat.
Erst nahe am Ende dieses Einwä rtshubes trifft daher der Anschlag r6 gegen das Ende%4
der Kolbenstange r9 und schiebt sodann den Kolben 18 in die der inneren _Hubumkehr
entsprechende Lage zurück. Der Kolben 18 macht sonach die periodische Hubbewegung
der Flugmassen nur in ganz geringfiigigem, praktisch vernachlässigbarem Maße mit.
Die jeweilige Stellung dieses Kolbens ist also nur abhängig von der inneren 1Iubumkehrstellung
der Flugmassen. Sobald diese Umkehrstelle infolge einer Störung des Ausgleichs der
von beiden Seiten her abwechselnd auf die Flugmassen einwirkenden Kräfte nach links
oder rechts wandert, d. h. sobald die bei der inneren Hubumkehr vorhandene Brennraumgröße
eine Änderung, esfährt, verschiebt sich der Kolben 18 in gleichem Maße und
in gleicher Richtung wie der IIubumlcehrpunkt. Diese Lageänderung des Kolbens 18
bewirkt durch. Vermittlung des hydraulischen Hilfsmotors 26 bis 28 die Verstellung
des in die Verdichteransaugeleitung 30 eingebauten Drosselgliedes
31 und somit eine Veränderung des Verdichteransaugedruckes. Diese Veränderung
beeinflußt die von der Verdichterseite her auf die Flugmassen einwirkende Rückführarbeit,
und zwar derart, daß diese Rückführarbeit verkleinert wird, wenn :die bei der inneren
Hubumkehr vorhandene Brennraumgröße sich unter ihr normales Maß verringert, und
daß sie vergrößert wind, wenn diese Brennraumgrüße ihr normales Maß überschreitet.
Diese Veränderung -der Rückführarbeit wirkt der Verlagerung des inneren Hubumkehrpunktes
entgegen, so daß dessen Verlagerungen und somit auch die Änderungen der Brennraumgröße
innerhalb der zulässigen Grenzen bleiben. An Stelle des Verdichteransaugedruckes
können auch andere, die Rückführarbeit beeinflussende Größen, z. B. der Verdichtertotraum,
-in Abhängigkeit von den Folgegliedverstellungen verändert werden.
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Sofern zur Aufspeicherung der ganzen oder eines Teiles der Rückführarbeit
besondere Gaspuffer vorgesehen sind, werden die Folgegliedverstellungen sinngemäß
auf Einrichtungen zur Beeinflussung der Größe der in diesen Gaspuffern aufgespeicherten
Rückführarbeit z. B. auf Einrichtungen zur Änderung der Totraumgröße bzw. des mittleren
Druckes dieser Puffer übertragen.
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Beim Beispiel nach Abb. 2 ist die an den Kolben 18 angeschlossene
Kolbenstange i9 durch zwei einander benachbarte Kammern 35, 36 hindurchgeführt.
Der die Trennwand 37 dieser Kammern durchdringende Teil der Kolbenstange r9 weist
eine schwach kegelförmige Verjüngung 39 auf und bildet in Verbindung mit der Durchbrechung
der Wand 37 eine Drosselstelle 38. In die Kammer 35, in welcher der dickere Teil
-der Verjüngung 39 liegt, mündet eine von einer Druckmittelquelle konstanten Druckes
(z. B. von der Verdichterdruckleitung) kommende Leitung 33. An die Kammer 36 ist
ein zu einem Raum geringen Druckes (Atmosphäre, Verdichteransaugeleitung o. dgl.)
führender enger Auslaß 34 sowie eine Leitung 4o angeschlossen. Letztere mündet in
den Arbeitsraum 41 eines im Zylinder 42 verschieblichen Kolbens 43, der durch eine
Feder 44 belastet und mittels einer Stange 45 an ein in der Verdichteransaugeleitung
30 angeordnetes Drosselglied 3z angeschlossen ist.
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Bei dieser Einrichtung ändert sich der in .der Kammer 36 herrschende
Druck im gleichen Sinne wie die Größe,der Drosselöffnung 38; er ist also um so höher,
je weiter der Kolben 18 nach links verschoben ist, und wird um so niedriger, je
weiter dieser Kolben nach rechts verstellt wird. Es ist also jeder Stellung des
Kolbens 18 ein bestimmter Druck in der Kammer 36 zugeordnet. In Abhängigkeit von
diesem Druck verstellt sieh aber wiederum der Kolben 43 und mit ihm das Drosselglied
31. Die Verstellung dieses Drosselgliedes ist sonach abhängig von der Verschiebung
des Kolbens 18.
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Abb.3 zeigt ein Folgeglied, das in Form eines Pendels ausgebildet
ist. Das im Fest-. puns:kt 5o aufgehängte Pendel, bestehend aus dem Pendelarm 51
und dem PendelgewicJht 52, ist derart angeordnet, daß der Pendelarm
bei
jeder vorkommenden Lage des einen Hubumkehrpunktes eines hin und her schwingenden
Körpers, z. B. der inneren Hubumkehr des Motorkolbens, mit einer Anschlagstelle
53 an dem schwingenden Körper, z. B. an dem Stirnende der Zahnstange rd, anliegt
und dabei um einen kleinen Winkel von der durch die strichpunktierte Linie 54 angedeuteten
Senkrechtlage abweicht, derart, daß das Pendel auf Grund der Wirkung seines Gewichtes
bestrebt ist, die Mittellage einzunehmen und sonach :dem schwingenden Körper (der
Zahnstange) beim Beginn der Fortbewegung des Körpers vom Umkehrpunkt (des Motorkolbenauswärtshubes)
zu folgen. Die Pendellänge ist so groß bemessen, daß das Pendel eine im Verhältnis
zur Dauer eines Hubspiels (Hin- und Rückhub) des hin und her schwingenden Körpers
(der Flugmasse) große Schwingungsdauer hat, so :daß es sich praktisch wiederum ständig
in die der jeweiligen Hubtrmkehrstellung dieses Körpers (der Flugmassen) entsprechende
Lage einstellt. Die Pendelbewegungen können durch Eintauchenlassen des Pendelgewichtes
in eine Flüssigkeit 5; weiterhin gedämpft werden. Ferner kann die Pendelstange
51
oder auch die mit dem hin und her schwingenden Körper (Zahnstange 1.1)
zur Berührung kommende Anschlagstelle 53 des Pendelarmes 51 zur Milderung der Stöße
federnd ausgebildet sein. Die Verstellbe%vegungen des Pendels -werden durch das
Gestänge 56 auf andere Verstell- oder Regelglieder z. B. -wieder auf eine Einrichtung
zur Beeinflussung der auf die Flugmassen einer Freiflugkolbenmaschine einwirkenden
Rückführarbeit übertragen.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 1 wird das Folgeglied von einer in einem
Lagerbock 6o drehbar gelagerten Masse 61 gebildet, auf -welche eine Feiler 62 so
einwirkt, daß sie bestrebt ist, sich mit einem Anschlag 63, der mit der -Masse 61
fest oder federnd verbunden ist, gegen den hin und her schwingenden Körper. z. B.
gegen das Stirnende der Zahnstange 1.1. anzulegen. Die Feder 6-2 ist im -`erhältnis
zur Masse 61 so bemessen, daß sie dieser -Masse nur eine geringe Beschleunigung
geben kann; so Bali :der Anschlag 63 sich praktisch jeweils auf :die eine Hubumkehrstellung
dieses schwingenden Körpers (der Zahnstange i-.) einstellt. Die Folgeglie:dveraellungen
werden durch das Gestänge 66 wiederum auf andere Verstell- oder Regelglieder übertragen.