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Kolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben und einer Kurbelwelle Bei
Kolbenmaschinen mit gegenläufigen Kolben und einer Kurbelwelle erstrebt man einen
Gewichtsausgleich zwischen den oberen und unteren beweglichen Teilen der Maschine.
Das Produkt des Gewichtes des oberen Kolbens mit den dazugehörigen schwingenden
Teilen der Pleuelstangen und des Kurbelhalbmessers dieses Kolbens soll nämlich im
wesentlichen ebenso groß sein wie das Produkt des Gewichtes des unteren Kolbens
zusammen mit dem schwingenden Teil der dazugehörigen Pleuelstange und des Kurbelhalbmessers
dieses Kolbens. Der obere Kolben ist oft mit der Spülluftpumpe des Motors zusammengebaut,
und da der obere Kolben stets zwei Pleuelstangen hat, ist das Gewicht des oberen
Systems beträchtlich größer als das Gewicht des unteren Systems. Dies ist besonders
der Fall bei Treibgaserzeugern, bei denen die Leistung des Motors vom Spülluftver-.dichter
aufgenommen wird. Die Spülung erfolgt hier bei einem Überdruck von 3 bis ¢ atü,
worauf die Abgase des Treibgaserzeugers in einer Turbine od. dgl. ausgenutzt werden.
Bei diesen Gaserzeugern sind die Spülluftverdichter besonders groß und für die in
Frage kommenden hohen Drücke bemessen.
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Das erstrebte Gleichgewicht kann zu einem gewissen Grad dadurch erzielt
werden, daB der untere Kolben eine größere Hublänge erhält, und man
hat
auch .den unteren Kolben länger ausgeführt, als es mit Rücksicht auf mechanische
Gesichtspunkte erforderlich ist, und/oder mit besonders kräftiger Wandstärke oder
aus einem Baustoff mit hohem spezifischem Gewicht, um auf diese Weise ein größeres
Gewicht des unteren Systems zu erreichen.
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Mit Rücksicht auf die Bauhöhe der Maschine kann jedoch der Hub des
unteren Kolbens nicht beliebig vergrößert werden. Ein allzu langer Hub im Verhältnis
zum Zylinderdurchmesser kann auch dazu führen, daß eine Kreuzkopfführung für den
unteren Kolben erforderlich wird, da eine allzu lange Pleuelstange ihre schwingende
Bewegung nicht in dem Raum ausführen kann, der durch die Zylinderwände begrenzt
ist. Dies ergibt eine sehr große Bauhöhe und eine kostspielige schwere Bauart. Es
ist auch nicht zweckmäßig, die Länge und das Gewicht des .Kolbens über eine gewisse
Grenze hinaus zu erhöhen, weil dadurch einerseits der Einbau - des Kolbens schwierig
wird und es andererseits nachteilig ist, das Gewicht des teuren und genau zu bearbeitenden
Baustoffes des Kolbens zu erhöhen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Massen der beiden Kolbensysteme
dadurch auszuwuchten, daß der Durchmesser des unteren Kolbens größer gewählt wird
als derjenige des oberen Kolbens, wodurch der untere Kolben ein größeres Gewicht
erhält. Ferner sind Bauarten bekannt, bei denen ein Spülluftkölben am unteren Kolben
angebracht ist, wodurch das gleiche Ergebnis erzielt wird. Diese beiden Bauärten
bringen jedoch eine komplizierte Herstellung und hohe Bearbeitungskosten mit sich.
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Die Kolbenmaschine nach der vorliegenden Erfindung hat gegenläufige
Kolben von gleichem Durchmesser und eine Kurbelwelle, wobei der der Kurbelwelle
am nächsten liegende Kolben, als Tauchkolben ausgebildet, so lang ist, daß er sich
auch in seiner oberen Endlage unterhalb der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen erstreckt
und mit einer dem Gewichtsausgleich dienenden Zusatzmasse versehen ist und dadurch
gekennzeichnet ist, daß als Zusatzmasse ein oder mehrere abnehmbare Gewichte an
der unteren Seite des der Kurbelwelle am nächsten liegenden Kolbens in der Weise
angebracht sind, daß sie am- Kolben befestigt bzw. abgenommen werden können, nachdem
der Kolben mit zugehöriger Pleuelstange ganz oder teilweise in den Zylinder eingeschoben
ist. Diese Gewichte, die lediglich eine Erhöhung des Kolbengewichtes zum Zwecke
haben, nehmen nicht an, der Steuerung des Kolbens teil und brauchen daher nicht
genau bearbeitet zu sein. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Gewichte
so ausgebildet sein können, daß sie in eingebautem Zustand den oberen Teil der Pleuelstange
umschließen und am Kolben angebracht werden können, nachdem dieser durch das Kurbelgehäuse
in den Zylindereingeschoben worden ist. Auf diese Weise ergibt sich ein beträchtlich
kleineres Kurbelgehäuse als bei Maschinen, bei denen die Erhöhung des Gewichtes
durch eine Verlängerung des Kolbens erzielt wird. In Motoren mit gleichen Zylinderdurchmessern
hängt die Größe der Zusatzgewichte von verschiedenen Umständen ab, z. B. von der
Einwirkung der Zündfolge auf die Massenmomente oder von einer Änderung der Hublänge
zwecks Änderung der - Motorleistung. In gewöhnlichen Maschinen, bei denen die Spülpumpenarbeit
einen Bruchteil der Gesamtleistung beträgt und somit nur ein Zylinder oder einige
Zylinder mit Spülluftverdichtern 'bereinigt sind, schwankt das Gewicht der beweglichen
Systeme in ein und demselben Motor. Die Erfindung ergibt die Möglichkeit, für eine
gegebene Zylinderabmessung eine normierte Kolbengröße innerhalb eines sehr großen
Gebietes zu verwenden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand
eines Treibgaserzeugers dargestellt.
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Fig. i zeigt einen vertikalen Längsschnitt und Fig. 2 und 3 Querschnitte-
nach der Linie II-II bzw. III-III in Fig. i.
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Der Treibgaserzeuger hat eine beliebige Anzahl Zylinder i, in denen
untere Kolben :z und obere Kolben 3 laufen. Der obere Kolben 3 in jedem Zylinder
ist fest mit einem Spülverdichterkolben 4 verbunden. Die Leistung des Motorzylinders
wird auf die Verdichter übertragen, von denen Luft mit einem Druck von 3 bis 4 atü
durch eine Leitung 5 den Motorzylindern zugeführt wird. Abgase verlassen die Zylinder
mit im wesentlichen gleichem Druck durch eine Leitung 6 und, werden einer Turbine
zugeführt, in der sie Nutzarbeit.abgeben.
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Der untere Kolben ist in bekannter Weise mit Hilfe einer Pleuelstange-?
mit einem mittleren Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden. Der Kurbelhalbmesser
8 ist im vorliegenden Fall um 5o% größer als der Kurbelhalbmesserg für den oberen
Kolben. Dieser ist mit Hilfe' eines Querstückes und zweier außerhalb des Zylinders
liegenden Pleuelstangen ro mit entsprechenden äußeren Kurbelteilen der Kurbelwelle
verbunden.
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An der Unterseite des unteren Kolbens :2 sind zwei Gewichte i i in
der axialen Verlängerung des Kolbens mit Hilfe von Bolzen i2 befestigt, die in den
Kolben festgeschraubt sind. Die Gewichte haben jg einen in den Kolben hineinragenden
Führungsansatz 13. Diese Ansätze zentrieren die Gewichte im Verhältnis zum Kolben
-und erstrecken sich nicht ganz bis zur Zylinderwand. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich,
sind sie im Querschnitt so ausgebildet, daß sie den oberen Teil der Pleuelstange
umschließen. Ganz nahe am Kolben ist zwischen den Gewichten eine seitlich geschlossene
Öffnung 14 gebildet, die sich weiter unten bei 15 bis zum Umfang der Gewichte hin
erstreckt. Die durchgehenden Bolzen sind ungefähr in der Schwerpunktslinie der Anliegefiäche
mit dem Kolben angebracht, so daß die Gewichte gleichmäßig am Kolben angezogen werden
können.
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Beim Einbau des Mechanismus für den unteren Kolben muß im unteren
Kurbelgehäuse ein Raum je nach der Höhe des Kolbens vorgesehen. sein, Dieser Raum
ist offensichtlich größer, falls . die Gewichte außerhalb des Zylinders mit dem
Kolben
verbunden sind. Infolge der beschriebenen Ausbildung der
Gewichte und der Lage der Bolzen ist es jedoch möglich, die Gewichte erst dann anzubringen,
nachdem der Kolben mit der Pleuelstange in den Zylinder eingesetzt worden ist, wodurch
sich eine beträchtliche Verringerung der Höhe des Kurbelgehäuses ergibt. Die Befestigung
des unteren Endes der Pleuelstange am Kurbelzapfen kann vor oder,-nach dem Anbringen
der Gewichte erfolgen.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann hinsichtlich seiner Einzelheiten
im Rahmen der Patentansprüche in mannigfacher Weise geändert werden. Die Erfindung
kann beispielsweise auch bei Maschinen zur Anwendung kommen, bei denen ein oder
beide Kolben mit Kreuzköpfen versehen sind.