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Druckluft-Anlaßvorrichtung für Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufigen
Kolben Die F.rti»dung bezieht sich auf eine Preiflugkolbenmaschine mit gegenläufigen
Kolben. Zum Anlasse» dieser Maschine wird Druckluft in zwei zii beiden Seiten des
Motorz_vIinders gelegene Räunie eingelassen, in denen zu den Freiflugkolben geliörende
Kolbenteile arbeiten. Die zum Anlassen dienenden k;iunie stellen in der Regel entweder
gleichzeitig die pneumatischen Energiespeicher dar, welche während des Arbeitens
der Maschine die Rückkehr der Flugkolben in ihre innere Totpunktstellung sichern,
oder sie stellen Verdichterzylinder dar, in die beim 1:inwärtshul> der Kolben Luft
eingesaugt und in denen beim Auswärtshub der Kolben die eingesaugte Luft verdichtet
und als Druckluft aus diesen Verdichterzylindern hinausbefördert wird.
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Je nachdem ob diese Druckluft im wesentlichen außerhalb der Flugkolbenmaschine
benutzt wird oder durch den Brennkraftzylinder hindurchströmt, um nach ihrer Mischung
mit den Verbrennungsgasen ein heißes, unter Druck stehendes Gasgemisch zu bilden,
bildet die Flugkolbenmaschine einen
Flugkolbenverdichter oder einen
Flugkolbentreibgaserzeuger. Die Erfindung ist jedenfalls bei beiden Arten von Maschinen
anwendbar.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht vor allem darin, die
Bauart einer Flugkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben der vorgenannten Art gegenüber
den bekannten Maschinen wesentlich zu vereinfachen.
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Die Maschine gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein
Rohr, welches die beiden zum Anlassen dienenden Räume untereinander verbindet und
sich im wesentlichen parallel zur Maschinenachse und exzentrisch mit Bezug auf dieselbe
erstreckt, mit sanfter Reibung durch die Verdichterkolben der Maschine hindurchgeführt
ist, so daß es 'eine Führung für die Freiflugkolben darstellt, und außerdem an eine
Anlaßvorrichtung angeschlossen ist, welche den Zutritt der Anlaßluft zu den zum
Anlassen dienenden Räumen steuert. Man kommt so einerseits mit einer einzigen Anlaßvorrichtung
für die beiden zum Anlassen dienenden Räume aus, und man benutzt die Leitung, welche
die Anlaßluft von der Anlaßvorrichtung zu den zum Anlassen dienenden Räumen führt,
auch noch als Führungsvorrichtung für die Kolben.
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Zweckmäßigerweise ist die durch das Verbindungsrohr zwischen den zum
Anlassen dienenden Räumen geschaffene Verbindung ständig offen, so daß dieses Verbindungsrohr,
selbst nach dem Anlassen, den sofortigen Ausgleich etwaiger Druckunterschiede in
den genannten Räumen bewirkt. Dies ist besonders dann von erheblichem Interesse,
wenn die zum Anlassen dienenden Räume gleichzeitig die Energiespeicher sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i in schematischem Längsschnitt eine Ausführungsform gemäß der
Erfindung einer als Treibgaserzeuger ausgebildeten Freiflugkolbenmaschine; Fig.
2 zeigt einen Teilschnitt einer Variante der in Fig. i dargestellten Ausführungsform;
Fig. 3 und 4 zeigen im Längs- und Querschnitt eine besondere Ausführungsform des
Teils des Verdichterkolbens, durch den das Verbindungsrohr hindurchgeführt ist;
Fig. 5 zeigt in perspektivischer Sicht einen Einzelteil der in den Fig. 3 und ,4
dargestellten Elemente. Der in Fig. i dargestellte Treibgaserzeuger besteht u. a.
aus einem Motorzylinder i, in dem sich die zu den gegenläufigen Flugkolben gehörenden
Motorkolben 20, 2°0 bewegen, wobei diese Motorkolben 20 und 200 in der Nähe ihrer
äußeren Totpunktstellung Einlaßkanäle 3 bzw. Auslaßkanäle 4 steuern.
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jeder Flugkolben umfaßt ferner einen Verdichterkolben 50 bzw. 500,
die in den Zylindern 60 bzw. 600 arbeiten, in deren Innenwand Saugventile 7 und
Druckventile 8 eingebaut sind, die das Speisen mit Druckluft des geschlossenen Behälters
9, der den Motorzylinder i umgibt, ermöglichen.
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Die derart gestalteten Flugkolben sind durch eine Synchronisiervorrichtung
(in den Zeichnungen nicht dargestellt) miteinander verbunden; die z. B. auf bekannte
Weise aus Schwinghebeln und Pleuelstangen besteht.
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Während des Auseinanderlaufens der Flugkolben (Arbeitshub) wird in
den pneumatischen Energiespeichern .40, A00, die von den :\ußenflächen der Teile
50, 500 der Flugkolben und den Zylinderböden 60, 6°0 begrenzt sind, Energie aufgespeichert.
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Der Motorzylinder des Treibgaserzeugers ist selbstverständlich mit
einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Vorrichtung für das Einspritzen des
Brennstoffes versehen.
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Die Energiespeicher A0, A00 dienen ebenfalls als Räume für das Anlassen.
Im Innern der -Maschine ist erfindungsgemäß parallel und exzentrisch in bezug auf
die Flugkolbenachse eine Rohrleitung 23 befestigt, deren Enden beiderseits durch
die Verdichterteile 5°, S°° führen, wobei die Flugkolben auf dieser Rohrleitung
gleitend verdrehungsfrei geführt werden. Die Rohrleitung 23 ist in den Wandungen
befestigt, in die die Druckventile 8 eingebaut sind. Die Enden der Leiturig 23 ragen
frei und genügend weit aus diesen Wandungen Heraus, um eine sichere Führung der
Flugkolben bei jedem möglichen Hub zu gewährleisten. Die Rohrleitung 23 bleibt auf
ihrer ganzen Länge offen und sorgt für eine dauernde Verbindung zwischen den Energiespeichern
A° und A00, wobei ihr Querschnitt so groß gewählt ist, daß der Druck in jedem Augenblick
in den beiden Energiespeichern im wesentlichen derselbe ist.
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Die Leitung 23 ist durch eine Leitung 22 mit einer Anlaßvorrichtung
verbunden, in der ein Ventil io die Verbindung zwischen einem Behälter i i für die
Anlaßlu.ft und dem Innern des Rohres 23 steuert. Das Ventil io steht mit einem Kolben
12, der sich in einem Zylinder 13 bewegt, in starrer Verbindung. Der Raum 14, der
sich auf der dem Ventil io gegenüberliegenden Seite des Kolbens 12 befindet, kann
nach Belieben mittels eines Hahns 15 entweder mit einer Druckgasquelle 16 oder mit
der Außenluft in Verbindung gesetzt werden. Eine Feder 17 sucht das Ventil io zu
schließen. Ein Kanal 18 im Innern des Kolbens 12 mit einem Rückschlagventil i9 ermöglicht
den Durchtritt der Luft vom Raum 14 nach dem Behälter i i, aber nicht in umgekehrter
Richtung.
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Wenn man während einer ersten Zeitspanne den Druckluftbehälter 16
durch den Hahn 15 mit dem Raum 14 in Verbindung setzt, bleibt das Ventil io geschlossen,
so daß Druckluft über das Ventil i9 in den Behälter ii dringt und ihn auffüllt.
Es genügt dann, durch Betätigen des flahrs 15 den Raum 14 mit der Außenluft zu verbinden,
damit die Einheit Ventil io und Kolben 12 von dem im Behälter i i herrschenden Druck
derart verschoben wird, daß sich das Ventil io öffnet. Infolgedessen strömt Anlaßluft
in die Energiespeicher und wirft die Maschine an.
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Um diese Arbeitsweise zu ermöglichen, muß der Hahn 15 derart ausgebildet
sein, daß er entweder das Auffüllen des Behälters i i, wie oben beschrieben (Stellung
I), oder die Verbindung des Raumes 14 mit der Außenluft (Stellung 11I) oder schließlich
die Schließung dieses Raumes nach dem Anspringen
der Maschine und
dem Zurückfallen des Ventils to auf seinen Sitz (Stellung I1) gewährleistet.
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Die Rolirleitutig 23, die dauernd die beiden Speicher A°, <<l10
miteinander verbindet, steht ferner durch die Leitung 22 mit einer Regelungsvorrichtung
in Verbindung, die die in den Energiespeichern befindliche Luftmasse selbsttätig
steuert.
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Anlaßvorrichtung und Regelungsvorrichtung der Luftmasse haben ein
gemeinsames Gehäuse, das auf eine Öffnung in der Seitenwand des Behälters 9 dicht
aufgesetzt ist.
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Zu dieser Regelungsvorrichtung gehört ein Schieber 25, der sich in
einem Zylinder 26 auf und ab bewegt, wobei dieser Zylinder soweit in den Behälter
9 hineinragt, daß seine beiden Enden in diesen Behälter münden. Der Schieber 25
enthält zwei Abteilungen 25'), 25°°, deren Seitenwände Öffnungen 260 bzW. 26"° aufweisen,
die mit einer feststehenden Leitung 27 zusammen arbeiten, die von der Zylinderwand
26 zu der Leitung 22 führt. Diese Leitung 27 wird von dem Schieber 25 in dessen
neutraler Stellung verschlossen gehalten (Stellung wie in Fig. i).
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In der Unterwand des Abteils 25° befinden sich Öffnungen, deren Ventile
ä8° einen Luftdurchgang nur in Richtung vom Abteil 250 in den Behälter g gestatten,
während die von den Ventilen 28M gesteuerten, in der Oberwand des Abteils 25°° befindlichen
Öffnungen einen Luftdurchtritt nur in Richtung vom Behälter 9 in das Abteil 25°°
zulassen.
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Der Schieber 25 ist mit einem Kolben 29 starr verbunden, der in einem
Zylinder 30 gleitet und dessen eine Fläche dem ini Behälter 9 herrschenden
Druck, der dem Förderdruck des Treibgaserzeugers entspricht, durch eine Leitung
3i ausgesetzt ist, während seine andere Fläche einem dem mittleren Druck der 1?nergiespeicher
entsprechenden Druck ausgesetzt ist, der von einer Leitung 32 von sehr kleinem Querschnitt
und durch einen Zweigkanal 32a, der in die Leitung 22 mündet, leergeführt wird.
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Eine Feder 33 wirkt auf den Kolben 29 in demselben Sinne wie der vom
Behälter g kommende Druck.
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Die gesamte Vorrichtung ist so eingerichtet, daß eine Zunahme des
Mörderdrucks, unter sonst gleichbleibenden Bedingungen, die Öffnung 2600 der öffnung
27 gegenüberstellt, während eine Abnahme desselben Arbeitsdrucks die Öffnung 260
der Öffnung 27 gegenüberbringt.
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Bei zunehmendem Förderdruck findet also eine Luftabgabe vom Behälter
9 an die Energiespeicher statt und umgekehrt, wobei natürlich die Kurve der Druckveränderungen
in den Energiespeichern einen derartigen Verlauf haben muß, daß der Förderdruck
sich zwischen ihrem größten und geringsten Wert befindet.
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Sobald der.mittlere Druck, der in den Energiespeichern herrscht, einen
dem Förderdruck entsprechenden Wert erreicht, stellt sich der Schieber in seine
neutrale Lage.
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Wenn anstatt des Förderdrucks der mittlere Druck in den Energiespeichern
Veränderungen unterliegt, finden ähnliche Vorgänge statt. Ein Dekompressionsventil
24, das in das gemeinsame Gehäuse der beiden oben beschriebenen Vorrichtungen eingebaut
ist, gestattet es, wenn man vor dem Anlassen der Maschine die Kolben in die für
das Anlassen passende Lage bringen will, die Energiespeicher mit der Außenluft zu
verbinden. Dieses Ventil steuert eine Öffnung in der Wand der Leitung 22 und ist
so eingerichtet, daß es sich nach der Innenseite dieser Leitung 22 öffnet, wenn
man vom Führerstand aus mittels eines Halins durch ein Rohr 36 Druckluft auf den
Kolben 35 wirken läßt.
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Bei dem in Fig. i gezeigten Treibgaserzeuger befindet sich die Anlaßvorrichtung
ungefähr in der Mitte der Maschine; in gewissen Fällen kann es jedoch von Vorteil
sein, diese Anlaßvorrichtung am Boden des einender beiden Energiespeicher anzubringen,
so wie dies bei der in Fig.2 gezeigten Variante der Maschine der Fall ist.
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In diesem letzteren Fall besteht ein großer Unterschied zwischen den
Entfernungen, die die Anlaßluft zwischen der Anlaßvorrichtung B und dem einen oder
anderen Energiespeicher AO, A°O, die als Anlaßräume dienen, zurücklegen muß. Infolgedessen
wählt man zweckmäßigerweise die Querschnitte der von der Anlaßluft durchströmten
Leitungen derart, . daß diese Luft zwischen der Vorrichtung B und jedem Energiespeicher
denselben Druckabfall erleidet, so daß jeder Speicher dieselbe Energie beim Anlassen
der Maschine abgibt.
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Zu diesem Zweck ist bei der in Fig. 2 dargestellten Variante die Anlaßvorrichtung
B über einen Rohrstutzen 23c mit dem Rohrstrang 23b, der zu dem Energiespeicher
AO führt, so verbunden, daß eine ringförmige Öffnung 23a zwischen dem Rohrstrang
23b und dem Stutzen 23c besteht. Die von der Vorrichtung B gelieferte Anlaßluft
dringt in den Energiespeicher AOO durch die ringförmige Leitung 2
a
3 , während sie zum Energiespeicher AO durch die Leitung 23b
geführt wird, wobei die beiden Energiespeicher über die Leitungen 23a und 23b, welche
die Verbindungsleitung 23 bilden, unter dauerndem Luftaustausch stehen. Die lichte
Weite der Leitung 23a ist geringer als die der Leitung 23b, damit die der Anlaßluft
entgegengesetzten Widerstände in beiden Leitungen trotz ihres Längenunterschiedes
im wesentlichen gleich groß sind.
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Zwischen der Anlaßvorrichtung B und dem Rohrstutzen 23a befindet sich
ein Rückschlagventil 37, das einen Luftdurchtritt nur in der Richtung von der Anlaßvorrichtung
nach den Energiespeichern hin gestattet. Man vermeidet so den lästigen Luftaustausch
bei arbeitender Maschine zwischen Energiespeichern und Anlaßvorrichtung, wobei dieser
Luftaustausch besonders dann zu vermeiden ist, wenn die Anlaßvorrichtung keine Mittel
aufweist, die nach dem Anspringen den Verschluß des Ventils io (Feg. i) gewährleisten.
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hian könnte natürlich auch ein ähnliches Rückschlagventil in die von
Fig. t dargestellte Maschine unterhalb des Ventils io (in Richtung des Anlaßluftstromes),
aber oberhalb der Leitung 27 und des Ventils 34 einbauen.
Hei vier
in Fig. i dargestellten Ausführungsform mündet die Zweigleitung 32" über ein Rückschlag-Ventil
32b in dem Raum des Zylinders 1.4 oberhalb des Kolbens 12. Auf diese Weise kann
nach dem Anlassen der Maschine Druckluft in den genannten Raum eindringen, die zusammen
mit der Feder 17 ein sicheres Schließen des Ventils io bewirkt.
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Nach dem Anlassen der ':Maschine bewirkt die im Motorzylinder i erzeugte
Wärme eine Ausdehnung der Flugkolben. Um nun trotz dieser _#,u; dehnung eine besonders
gute Führung der Flugkolben längs des Rohres 23 zu erreichen und Klemmungen zu vermeiden,
wird zweckmäßigerweise dafür gesorgt, daß das Führungsrohr eine radiale Gleitbewegung,
welche die gewünschte Führungswirkung nicht beeinträchtigt, gegenüber den Verdichterkolben
machen kann. Zu dem Zweck werden in den Verdichterkolben 50 und 500 Gleitblöcke
21o vorgesehen, die in radialer Richtung in diesen Verdichterkolben eine gewisse
Bewegungsfreiheit haben und durch deren Bohrung die Endteile der Verbindungsleitung
mit sanfter Reibung hindurchgehen. Eine derartige Ausführungsform ist in den Fig.
3 bis 5 veranschaulicht.
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Jeder der Gleitblöcke 210 ist mit parallelen ebenen Flächen 210" versehen,
die an entsprechenden Führungsflächen 330 gleiten, die zu einem Einsatzstück
3.4o, dessen Form in Fig. 5 veranschaulicht wird, gehören. Das Einsatzstück 340
ist in dem Verdichterkolben 50 bzw. 500 mit Schrauben befestigt. Der Gleitblock
21o kann so eine gewisse radiale Gleitbewegung zwischen den 'Flächen 330
ausfuhren.
Der mit den Flächen 330 versehene vorspringende Teil des Einsatzstückes greift
in eine Hülse 36o, die in dem Verdichterkolben 50 bzw. 500 sitzt, und drückt auf
einen Stopfbüchseneinsatz 350.
Durch Anziehen der Befestigungsschraube des
Deckstückes 3.1o setzt man den Einsatz 350 unter Druck und sichert so eine
gute Dichtung zwischen den zu beiden Seiten des Verdichterkolbens gelegenen Räumen.