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Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben Die vorliegende Erfindung
betrifft Freiflugkolbenmaschinen, und zwar insbesondere Maschinen mit gegenläufigen
Kolben.
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Der Ausdruck Freiflugkolbenmaschinen bezeichnet Maschinen mit einem
Verbrennungsmotorteil, vorzugsweise der Zweitaktbauart, und einem Verdichter- oder
Pumpenteil, wobei die Motor- und Verdichter- oder Pumpenkolben starr miteinander
verbunden sind.
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Von diesen Freiflugkolbenmaschinen betrifft die vorliegende Erfindung
im besonderen Motorverdichter und Treibgaserzeuger. Ein Motorverdichter ist eine
Maschine, deren Verdichterteil unmittelbar wenigstens einen großen Teil der in diesem
Verdichterteil verdichteten Luft nach außen abgibt, während ein Treibgaserzeuger
eine Maschine ist, in welcher wenigstens ein Teil der in dem Verdichterteil verdichteten
Luft zur Erzeugung einer Vorverdichtung in dem Motorteil dient, welcher schließlich
ein Gemisch von Druckluft und unvollständig entspannten Verbrennungsgasen liefert,
welches vorzugsweise zum Betrieb einer Gasturbine benutzt wird.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine derartige Maschine, welche
besser als die bisherigen den Erfordernissen der Praxis entspricht.
Das
Hauptkennzeichen der Erfindung betrifft Maschinen, bei welchen die gegenläufigen
Freiflugkolben miteinander durch ein Synchronisiersystem verbunden sind, welches
durch zwei Mechanismen gebildet wird, die beiderseits der Maschine angeordnet sind
und deren jeder zwei gekreuzte Hebel enthält, deren jeder mit Hilfe von Lenkern
mit den gegenläufigen Kolben verbunden ist, wobei der eine dieser Hebel merklich
senkrecht zu der Bewegungsrichtung dieser Kolben liegt, wenn sich diese am Ende
ihres Auswärtshubes befinden, während der andere Hebel diese senkrechte Lage einnimmt,
wenn sich die Kolben am Ende ihres Einwärtshubes befinden. Erfindungsgemäß ist der
erste Hebel eines dieser Mechanismen so ausgebildet, daß er eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen
betätigt, wenn sich die Kolben in der Nähe des Endes ihres Auswärtshubes befinden,
während der andere Hebel des gleichen Mechanismus so ausgebildet ist, daß er eine
oder mehrere Hilfsvorrichtungen betätigt, wenn sich die Kolben in der Nähe des Endes
ihres Einwärtshubes befinden.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird ein Übersetzungsgetriebe
zwischen einem schwingenden Teil, z. B. einem Schwinghebel eines Synchronisiersystems,
und einer Hilfsvorrichtung, insbesondere einer durch diesen schwingenden Teil gesteuerten
Sicherheitsvorrichtung zur Begrenzung des Kolbenhubes, angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird die eördermenge
der Schmiervorrichtung einer Freiflugkolbenmaschine, z. B. eines Treibgaserzeugers,
in Abhängigkeit von der Länge des Hubes des Freiflugkolbens oder der Freiflugkolben
verändert.
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Fig. i zeigt schematisch einen der Mechanismen eines Synchronisiersystems
für eine Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben; Fig.2 ist ein Querschnitt,
welcher den Einbau des gleichen Mechanismus in sein Gehäuse und die Mittel zeigt,
mittels welcher die gekreuzten Hebel dieses Mechanismus eine Hilfsvorrichtung der
Freiflugkolbenmaschine steuern; Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. i ; Fig.4
zeigt in gleicher Weise wie Fig.2 die Mittel, mittels welcher der Synchronisiermechanismus
gemäß Fig. 3 Hilfsvorrichtungen steuert.
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Die Freiflugkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben, z. B. ein Motorverdichter
oder ein Treibgaserzeuger, kann die in der Patentschrift 752 184 beschriebene Bauart
aufweisen.
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Jeder der auf beiden Seiten des Motorzylinders vorgesehenen Synchronisiermechanismen
weist zwei Hebel i und 2 verschiedener Länge auf, welche um eine gemeinsame Achse
X-X (s. Fig. 2) schwingen. Ein Ende eines jeden dieser Hebel ist mit einer Stange
7 verbunden, welche starr mit einem der gegenläufigen Freiflugkolben verbunden ist,
über den Lenker 5 und das Gelenk 6 bei Hebel i und über die Lenker 4 und 5 und das
Gelenk 6. bei Hebel 2. . Die anderen Enden dieser Hebel i und 2 sind in gleicher
Weise über Lenker 4a und 5a und ein Gelenk 6a mit einer starr mit dem anderen Kolben
verbundenen Stange 7- verbunden. Die vollausgezogen auf Fig. i dargestellte
Stellung entspricht dem Ende des Auswärtshubes der Kolben, in welcher der Hebel
i merklich senkrecht zu der Achse der Maschine liegt.
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Die in Fig. i strichpunktiert angegebene Stellung einiger Teile des
Mechanismus entspricht dem Ende des Einwärtshubes der Kolben, in welcher der Hebel
2 merklich senkrecht zu der Achse der Maschine liegt. Die Hublänge zwischen diesen
beiden Endstellungen ist gleich dem Abstand a zwischen den beiden Endstellungen
des Gelenks 6.
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Erfindungsgemäß wird dieser .auf einer Seite der Maschine liegende
Mechanismus benutzt, um sowohl eine Hilfsvorrichtung zu steuern, welche mit denn
Hebel i so verbunden ist, daß sie betätigt wird, wenn sich die Kolben in der Nähe
des Endes ihres Auswärtshubes befinden, als auch eine Hilfsvorrichtung, welche mit
dem Hebel 2 so verbunden ist, daß sie betätigt wird, wenn sich die Kolben in der
Nähe des Endes ihres Einwärtshubes befinden.
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Gemäß einer vorteilhaften, in Fig.2 gezeigten Bauart ist eine Welle
3 starr mit einem der beiden obigen Hebel verbunden, z. B. mit dem Hebel 2, und
tritt durch die Seitenplatte 8 des den betreffenden Mechanismus tongebenden Gehäuses
9 hindurch. Das außerhalb des Gehäuses 9 liegende Ende der. Welle 3 trägt Mittel,
z. B. einen Nocken to, zur Betätigung der Einspritzpumpe l .i der Freiflugkolbeninaschine,
derart, daß die Einspritzung erfolgt; wenn sich die Kolben in der Nähe des Endes
ihres Einwärtshubes befinden.
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Ferner ist der Hebel i auf der Welle 3 schwenkbar. Der Hebel i besteht
zweckmäßig aus zwei Teilen ja und i6, die beiderseits des Hebels 2 liegen und an
ihren Enden durch Stifte ic miteinänder verbunden sind, welche die Sch-,venkzapfen
bilden, mit deren Hilfe der Hebel i an den Lenkern 5 und 5a angelenkt ist. Der Hebel
i ist starr finit einer Muffe 12 verbunden, welche die Welle 3 umgibt und ebenfalls
durch die Seitenplatte 8 des Gehäuses 9 hindurchtritt. Das zwischen der Seitenplatte
8 und dem Nocken i o liegende äußere Ende der Muffe 12 trägt einen Nocken 13 od.
dgl., -,celcher mittels eines Stößels 14 und einer Stange 15 eine Hilfsvorrichtung
betätigt, welche arbeiten soll, wenn sich die Kolben in der Nähe des Endes
ihres Auswärtshubes befinden.
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Gemäß der in Fig.3 und .l gezeigten Abwandlung ist die durch den Hebel
i betätigte Welle nicht mit der durch den Hebel 2 betätigten Welle gleiChachsig,
sondern diese beiden Wellen sind parallel zueinander nebeneinander angeordnet. Aus
diesem Grunde trägt der Hebel i einen mit ihm starr verbundenen gezahnten Teil 16,
welcher mit einem Zahnrad 17 im Eingriff steht, welches auf das innere Ende einer
Welle 18 aufgesetzt ist, welche durch die Seitenplatte 8 des Gehäuses 9 hindurchtritt
und in einer gewissen Entfernung von der Welle 3 parallel zu dieser verläuft.
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" Die Nebeneinanderanordnung der Wellen 3 und 18 macht es möglich,
auf jeder von ihnen einen Anzeiger (Scheibe, Zeiger usw.) 19, 20 zti befestigen,
wobei
eine dieser Aiizei;;;-rorrichtungen das Ende 'des Einwärtshubes und die andere das
Ende des Auswärtshubes der Kolben anzeigt.
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Bei der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform ist die durch den auf der
Welle 18 angebrachten Kokken 21 betätigte Vorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung,
welche die Einspritzpumpe i i abstellt. 'wenn sich die Kolben nach auswärts über
die für das normale Arbeiten der Maschine zulässige Grenzstellung hinaus bewegen.
Zu diesem Zweck öffnet der Nocken 21, sobald die Kolben diese Grenzstellung überschreiten,
ein Ventil 22, welches in die Leitung 23 eines Druckmittels, z. B. Luft, eingeschaltet
ist, welche zu der unteren Kammer eines Zylinders 24 führt, welcher einen Kolben
25 enthält, der mit dem Stöße126 starr verbunden ist, welcher zum Antrieb des Kolbens
der Pumpe i i durch den Nocken io betätigt wird. Die öffnung des VentL1S 22 bewirkt
das Anheben des Kolbens 25, wodurch die Pumpe i i stillgesetzt wird.
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Die erfindungsgemäße Benutzung der beiden gekreuzten Hebel i und 2
desselben, auf einer Seite der Freiflugkolbenmaschine liegenden Synchronisiermechanismus
hat u. a. den Vorteil einer großen Vereinfachung der Bauart und ermöglicht die Verwendung
von merklich gleichen Kuppelsystemen mit Ausnahme des Zahnsektors 16 und der Länge
der Wellen 3 und 18. Hierdurch wird es ferner möglich, auf derselben Seite der Maschine
die Anzeiger ig, 20 für den Einwärts- und Auswärtshub 'zu beobachten.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung hat das mit dem Zahnsektor
16 im Eingriff stehende Zahnrad 17 einen kleineren Durchmesser als dieser Sektor,
so daß eine Übersetzung bei der Übertragung von dem Hebel i auf die Welle 18 erzielt
wird.
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Dies vergrößert die Winkelbewegung der Welle 18 und erhöht die Genauigkeit
und die Empfindlichkeit, mit welchen die durch diese Welle gesteuerten Hilfsvorrichtungen
betätigt werden.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist die durch den Hebel
i, z. B. über den Stößel 14 und die Stange 15, betätigte Hilfsvorrichtung eine Schmiervorrichtung,
welche so in Abhängigkeit von der Hublänge der Freiflugkolben gesteuert wird. Diese
Schmiervorrichtung ist so eingestellt, daß ihre Fördermenge bei kleiner Belastung
verhältnismäßig klein ist, während bei größerer Belastung, wenn die Hübe länger
werden, 'die Fördermenge der Schmiervorrichtung ebenfalls zunimmt. Die Regelung
der Fördermenge der Schmiervorrichtung in Abhängigkeit von der Hublänge ist besonders
interessant bei Freiflugkolbentreibgaserzeugern, da sie bei geringer Last die Lieferung
eines Schmierölüberschusses verhindert, welche bisher nicht vermieden werden konnte
und durch die Mitnahme dieses Schmierölüberschusses durch die Motorgase die mit
diesen Gasen gespeiste Turbine verstopfte.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung betrifft die Verbindung der
beiden Teile i- und 16 des Hebels i miteinander. Erfindungsgemäß sind diese Verbindungsmittel
welche etwas über die Außenfläche wenigstens des einen der Teile ia und t6 vorspringen,
nicht an den Enden dieser Teile angeordnet, sondern an zwischen diesen Enden und
der Drehachse des Hebels liegenden Stellen, so da.ß diese Verbindungsmittel beständig
außerhalb der Gleitbahn 9a liegen, welche zur Führung von nicht dargestellten Schuhen
dient, welche gewöhnlich an den Schwenkzapfen 6 und 603 angebracht sind, mittels
welcher die Lenker 5 und 5a an den Stangen 7 und 7a angelenkt sind.
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So sind bei' der in Fig. 2 und 4 dargestellten Ausiührungsform die
Teile ia und i6 mit Hilfe von Bolzen 27 miteinander verbunden, welche etwa in der
Mitte zwischen der Achse der Welle 3 und dem Schwenkstift ic liegen und an ihrem
Ende 27a in einen der Teile eingeschraubt sind, z. B. den Teil ia, während das andere
mit Gewinde versehene Ende durch eine in dem anderen Teil i b vorgesehene öffnung
28 hindurchtritt und auf der Außenseite dieses Teils i b eine Mutter 29 trägt. Eine
jeden Bolzen 27 umgebende Muffe 30 hält die Teile ia und 16 in dem gewünschten
Abstand voneinander.
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Infolge dieser Anordnung der Bolzen 27 auf halber Entfernung zwischen
der Achse der Welle 3 und den Schwenkachsen ic liegt die außerhalb des Teils i6
vorspringende Mutter 29 für alle Stellungen des Hebels i außerhalb der Gleitbahn
ga. Infolgedessen braucht diese Mutter niemals durch die öffnung g6 dieser Gleitbahn
hindurchrutreten, deren Breite so unter Berücksichtigung eines geringen Spiels gleich
dem Abstand zwischen den Außenflächen derTeile ia und 16 gemacht werden kann.
Man vermeidet so eine Verminderung der Auflageflächen der Gleitbahnen 9a, welche
unvermeidbar wäre, wenn die Schlitze 96 breiter gemacht werden müßten, um die Verbindungsmittel
durchzulassen, welche an wenigstens einer der Außenflächen der Teile ia und i b
vorspringen.