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Maschine mit gegenläufigen Freiflugkolben Die Erfindung bezieht sich
auf Maschinen mit gegenläufigen, durch eine Synchronisierungsvörrichtung verbundenen
F_ reilugkolben, insbesondere zur Verdichtung von Gasen.
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Bei derartigen Maschinen ist es schon bekannt, die vorzugsweise auf
beiden Seiten der Maschine vorgesehenen Hebelvorrichtungen, die zur Synchronisierung
der Kolbenbewegungen dienen, scherenartig mit zwei gekreuzten Hebeln auszubilden,
die durch Lenker an die gegenläufigen Kolben angeschlossen sind. Ferner ist es bekannt,
diese Hebelvorrichtungen derart auszubilden, daß der eine der beiden genannten Hebel
eine etwa senkrecht zur Kolbenbewegung gerichtete Lage bei der äußeren Totpunktstellung
der gegenläufigen Kolben hat, während der andere eine entsprechende senkrechte Lage
aufweist, wenn sich die Kolben in der Nähe ihrer inneren Totpunktstellung befinden.
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Die Erfindung besteht darin, bei Hebelvorrichtungen der genannten
Art denjenigen der beiden Hebel, der bei der äußeren Totpunktstellung der Kolben
eine angenähert
senkrechte Lage hat, zur Betätigung einer oder mehrerer
Hilfsvorrichtungen-zu benutzen, die arbeiten müssen, wenn sich die Kolben in der
Nähe ihrer genannten äußeren Totpunktstellung befinden, und andererseits den zweiten
Hebel, d. h. also denjenigen Hebel, der bei der inneren Totpunktstellung der Kolben
eine angenähert senkrechte Lage hat, zum Antrieb einer oder mehrerer Hilfsvorrichtungen
zu benutzen, die in der Nähe des letztgenannten Totpunktes arbeiten müssen.
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Man erhält auf diese Weise einen einfachen und betriebssicher arbeitenden
Antrieb für eine Reihe von Hilfsvorrichtungen, wie z. B. die Einspritzpumpe, Sicherheitsvorrichtungen
zur Verhinderung der Überschreitung gewisser Hubgrenzen usw., die nur in der Nähe
der Hubenden zu arbeiten brauchen.
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In dem Falle, in dem die Hebel und Lenker der Synchronisierungsvorrichtungen
auf einen verhältnismäßig engen Raum in der Nähe der Maschinenmitte beschränkt sind,
wobei die Lenker z. B. an mit den Kolben fest verbundenen Stangen angreifen statt
an den Kolben selbst, wird gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung die
ganze aus Lenkern und Hebeln bestehende Synchronisierungsvorrichtung in einer nach
außen abgedichteten Kammer eingeschlossen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i in Seitenansicht mit einzelnen geschnittenen Teilen eine Maschine
gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt die gleiche Maschine im Horizontalschnitt nach
der Linie II-II der Fig. i ; Fig. 3 stellt in Seitenansicht während der Montage
eine Einzelheit einer Maschine dar, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung ausgebildet ist; Fig. 4. veranschaulicht im senkrechten Schnitt nach der
Linie IV-IV der Fig. 3 eine weitere Einzelheit der letztgenannten Maschine; Fig.
5 schließlich zeigt im horizontalen Achsenschnitt eine Maschine gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung.
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Die in der Zeichnung dargestellten Maschinen sind Generatoren zur
Erzeugung von heißem Druckgas, die zwei gegenläufige Kolben i und i. aufweisen,
die in einem gemeinsamen Zylinder 2 arbeiten, dessen Achse ,Y-X' ist.
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Ferner arbeitet in einem mit dem erstgenannten Zylinder gleichachsigen
Zylinder 3 ein Kolben .I, der mit dem Kolben i fest verbunden ist. Die Innenseite
des Kolbens bildet mit dem Zylinder 3 eine Verdichterkammer 3a, die den Brennkraftzylinder
der Maschine mit Druckluft speist, während die Außenseite des gleichen Kolbens mit
dem Zylinder 3 ein Druckluftkissen 3b bildet, das den Rückhub der Kolben sichert.
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Die Kammer 3a ist mit einem Saugventil 5 und einem Druckventil 6 versehen.
Durch letzteres steht die genannte Kammer mit einem Behälter 7 (Fig. 2) in Verbindung,
der vorzugsweise den Brennkraftzylinder 2 umgibt und mit letzterem durch dessen
Einlaßöffnungen 2" in Verbindung steht.
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Die Verbrennungsgase und der Überschuß der Spül- und Speiseluft strömt
durch die Üffnungen 2b ab, die ebenfalls in der Wandung des Zylinders 2 vorgesehen
sind und die mit einer Auslaßleitung 8 in Verbindung stehen, die an den Verbrauchskreis
der Druckgase angeschlossen ist.
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Um den Synchronismus der Flugkolben i und i" zu sichern, wird zunächst
die Bewegung des Kolbens i nach dem mittleren Teil der Maschine zu übertragen. Hierzu
dienen zweckmäßigerweise zwei Stangen 9 und g1, die an dem Kolben q. befestigt sind.
Diese Stangen sind parallel zueinander und symmetrisch mit Bezug auf die Achse X-X'
derart angeordnet, daß die eine oberhalb und die andere unterhalb einer horizontalen
Ebene liegen, die durch die genannte Achse geht.
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Die genannten Stangen sind durch die Wand 7" hindurchgeführt, welche
die Kaminer 3a von dem Behälter 7 trennt. Die zu diesem Zweck in der genannten Wand
vorgesehenen Öffnungen sind auf geeignete Weise abgedichtet.
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In ähnlicher Weise wird bezüglich des Kolbens i" vorgegangen, der
zur Befestigung der Stangen 9a und 9J mit einer Traverse io versehen ist. Die letztgenannten
Stangen liegen vorzugsweise symmetrisch zu den Stangen 9 und 91 mit Bezug auf die
Horizontalebene, die durch die Achse X-X' geht.
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Die in Rede stehenden Stangen sind mit Gleitschuhen 9b versehen, die
mit Gleitschienen 9, zusammenarbeiten, welche in dem Gestell der Maschine vorgesehen
sind.
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Die eigentliche Synchronisierungsvorrichtung besteht aus zwei Paaren
von Nürnberger Scheren, die vorzugsweise um dieselbe Horizontalachse Y-Y' schwenkbar
sind, welche die Achse X-X' im mittleren Teil der Maschine schneidet. Die Enden
jedes der beiden Paare sind an den Stangen 9, 9" und g1, 9"l allgelenkt.
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Zweckmäßigerweise besteht jedes der Nürnberger Scherenpaare aus zwei
Schwinghebeln ro, i i bzw. iol, 111, die um die Achse Y- Y'
drehbar sind.
An den Enden des Hebels io sind Lenker 12, 12, und an den Enden des Hebels
i r sind Lenker 13, 13a angelenkt, während an den entsprechenden Hebeln iol und
rrl Lenker 121, 12a1 angelenkt sind. Die genannten
Lenker sind
paarweise untereinander verbunden (12 mit 13 und i2" mit 13Q), und die so gebildeten
Hebelpaare sind an die Stangen 9 und 9" angelenkt. In entsprechender Weise wird
für das andere Nürnberger Scherenpaar vorgegangen.
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Die Abmessungen der die genannten Synchronisierungsvorrichtungen bildenden
Teile sind derart gewählt, daß der Hebel io bzw. iol, der im folgenden als Hebel
erster Ordnung bezeichnet werden wird, in einer annähernd senkrechten Stellung mit
Bezug auf die Richtung der Kolbenbewegung ist, wenn die Kolben in ihrem inneren
Totpunkt sind, während der Hebel 1 i bzw. 111 (Hebel zweiter Ordnung) eine entsprechende
Stellung einnimmt, wenn die Kolben. in ihrem äußeren Totpunkt sind. Es ist klar,
daß jeder der beiden Hebelarten (erster und zweiter Ordnung) einen großen Ausschlag
für seinen entsprechenden Totpunkt macht.
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Gemäß der Erfindung dient der Hebel i i bzw. 11l, der einen großen
Ausschlag beim äußeren Totpunkt der Kolben macht, zum Antrieb einer oder mehrerer
Einrichtungen, die in der Nähe des äußeren Totpunktes betätigt werden müssen, wie
z. B. einer Vorrichtung zur Verhinderung zu großer auswärts gerichteter Hübe. Der
Hebel io bzw. iol dagegen; der einen großen Ausschlag beim inneren Totpunkt macht,
betätigt eine oder mehrere Vorrichtungen, die in der Nähe des inneren Kolbentotpunktes
arbeiten müssen, wie z. B. eine Vorrichtung zur Verhinderung zu großer einwärts
gerichteter Hübe und die Br ennstoffeinspritzpumpe: Zweckmäßigerweise wird für die
genannten Zwecke in der einen Nürnberger Schere ein Hebel erster Ordnung, z. B.
der Hebel io, und in der anderen Nürnberger Schere ein Hebel zweiter Ordnung, z.
B. der Hebel i 11, benutzt. Die genannten Hebel sind mit Wellen 14 bzw. 141 fest
verbunden, die im Maschinengestell drehbar gelagert sind.
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In Fig.2 sind zwei verschiedene Ausführungsformen der Nürnberger Scheren
dargestellt, die jede eine senkrechte Symmetrieebene parallel zur Achse X-X' haben.
Bei der einen Ausführungsform bestehen der Hebel i i (Hebel zweiter Ordnung) und
die ihm parallelen Lenker 12, 12" aus zwei beiderseits der genannten Symmetrieebene
liegenden Teilen. Bei der anderen Ausführungsform ist der Hebel erster Ordnung io
samt den zu letzterem parallelen Lenkern in der genannten Weise ausgebildet (s.
linke Seite der Fig. 2).
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Auf der Seite der Welle 14, die einen. großen Ausschlag in der Nähe
des inneren Kolbentotpunktes macht, befinden sich die Einspritzpumpe 15 und die
Hubsicherungsv orrichtung 16 für die einwärts gerichteten Hübe. Die genannten Einrichtungen
sind mit Stößeln 15a bzw. 16" und den zugehörigen Rollen versehen, welche mit zwei
Nockenflächen eines Nockens 14" zusammenarbeiten, der auf die Welle 14 aufgekeilt
ist.
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Auf der Seite der Welle 141, die einen großen Ausschlag in der Nähe
des äußeren Kolbentotpunktes macht, ist die die auswärts gerichteten Hübe- betreffende
Sicherheitsvorrichtung 17 angeordnet, deren Stößel 17, durch einen Nocken 14"1 betätigt
wird, der auf der Welle 141 befestigt ist.
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Die Einspritzpumpe 15 ist in irgendeiner beliebigen Weise ausgebildet.
Die Sicherheitsvorrichtungen 16 und 17 sind zweckmäßigerweise mit einem Ventil 18
versehen, das durch den Stößel 16 bzw. 17 geöffnet werden kann, wodurch eine Kammer
18Q, die an einen nicht dargestellten Druckluftbehälter angeschlossen ist, mit einer
Leitung 18b verbunden wird.
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Die Pumpe 15 oder der zugehörige Stößel 15" ist mit einem Kolben i9
versehen, der in einem Zylinder 19Q arbeitet. Am Boden dieses Zylinders mündet eine
Leitung 19b, die an die obenerwähnte Leitung i8b angeschlossen ist. Sobald das Ventil
18 einer der Sicherheitsvorrichtungen 16 oder 17 dadurch geöffnet wird, daß die
Flugkolben eine ihrer zulässigen Endstellungen überschreiten, tritt Druckluft in
den Zylinder i9". Hierdurch wird der Kolben i9 nach außen bewegt, wodurch die Einspritzpumpe
angehalten wird.
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Zweckmäßigerweise sind an den äußeren Enden der Wellen 14 und 141
Zeiger angebracht, die vor Zifferblättern beweglich sind und so die Stellungen der
Kolben in der Nähe ihrer inneren und äußeren Totpunkte anzeigen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildungsform der Erfindung werden die
Teile des eigentlichen Synchronisierungssystems (in den Ausführungsbeispielen der
Nürnberger Scheren) in dichten Kammern 2o und 2o1 untergebracht, durch die die Stangen
9, 9Q, 91 und 9"1 hindurchgeführt sind. Zur Bildung dieser Kammern sind in der Wand
des Behälters 7 Vertiefungen 2o" und 2o"1 vorgesehen, in denen die Scherenpaare
und die schwingenden Wellen untergebracht sind. Die Kammern sind durch Deckel 2
i und 211 verschlossen, die die obengenannten Einspritz-und Sicherheitsvorrichtungen
tragen. Ferner sind die Kammern mit Offnungen 22 versehen, die durch Stopfbuchsen
23 abgedichtet sind und den Durchtritt der Stangen der Sy nchronisierungsvorrichtungen
gestatten. Zweckmäßigerweise sind die Stopfbuchsen mit den genannten Gleitschienen
9, fest verbunden, welch letztere durch die Kammern vollständig hindurchgeführt
sind und an
ihren den Stopfbuchsen entgegengesetzten Enden verschlossen
sind.
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Vorteilhafterweise sind die auf der Seite des Verdichterkolbens 4
gelegenen Öffnungen 22 und 221, durch die die Stangen 9 und 91 hindurchgehen, mit
den entsprechenden Üffnungen in der Wand 7" durch Muffen 24 und 241 verbunden. In
jedem der so gebildeten Kanäle ist eine einzige Stopfbuchse vorgesehen, die vorzugsweise
nahe der dichten Kammer liegt. Die genannten Muffen sind in der Wand 7" durch Muttern
71, befestigt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung betrifft den Zusammenbau der
Synchronisierungsvorrichtung. Gemäß dieser Ausbildung (s. Fig.3 und 4) ist in jeder
der vorzugsweise zylindrischen Gleitschienen 9, eine seitliche Öffnung gd gegenüber
den Deckeln 21 vorgesehen, um eine Achse 9E, herausziehen zu können, mit deren Hilfe
der Gleitschuh 9b gleichzeitig an die zugehörige Stange 9 und an den Lenker angelenkt
ist. Der Ein- und Ausbau der Nürnberger Scheren geschieht also in der aus Fig. 3
ersichtlichen Weise.
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Weiterhin empfiehlt es sich, die Kammern 20 und 2o1 von dem Brennkraftzylinder
2 durch einen Kühlwassermantel 25 zu trennen.
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Die Achse Y-Y der Nürnberger Scheren oder, allgemein gesprochen, der
Synchronisierungsvorrichtungen hat zweckmäßigerweise eine Lage, die mit Bezug auf
die durch den Mittelpunkt des Brennkraftzylinders gehende Querebene Z-Z' nach den
Auslaßöffnungen 2t, zu verschoben ist. Auf diese Weise steht ein größerer Platz
für die Anordnung der Auslaßleitung 8 zur Verfügung.
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Gleichzeitig läßt man die Kammern 2o und 2o1 über die Einlaßöffnungen
2a hinwegragen. Ferner verlängert man den Kühlmantel25 nach außen und umgibt ihn
durch die genannte Auslaßleitung B. Durch letztere werden Kanäle 25a hindurchgeführt,
die an die Auslaßöffnungen 2b angeschlossen sind.
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Es sei nochmals betont, daß im vorstehenden nur Ausführungsbeispiele
beschrieben sind, auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist.