DE2600054A1

DE2600054A1 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2600054A1
Application number: DE19762600054
Authority: DE
Inventors: Stanley Milton Butler
Original assignee: Direct Power Ltd
Current assignee: Direct Power Ltd
Priority date: 1975-01-03
Filing date: 1976-01-02
Publication date: 1976-07-15
Also published as: JPS5189907A; JPS5916081B2; SE7600027L; CA1029665A; US4115037A; IT1053272B; SE428387B; FR2296763B1; GB1502171A; AU1001676A; FR2296763A1; ZA761B; IN144138B

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den & ^JAN. <97jJ P/Sv - D 21Λ2

DIRECT POWER LIMITED

Newcar House, 98 Cainden Road London NW 1 9 EP₉ England

Arbeitsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, die eine mit gegeiiäufigen Kolben arbeitende Verbrennungskraftmaschine enthält. Insbesondere läßt sich die Arbeitsmaschine nach der Erfindung bei Kolbenverdichtern für fluide Medien einsetzen, die von einer Kraftmaschine angetrieben werden.

Die herkömmlichen, von einer Kraftmaschine angetriebenen Luft-Kolbenverdichter weisen eine mit einem Luftverdichter gekuppelte Maschine auf, bei der die Energie bzw. Kraft von dem Zylinder der Maschine auf den Kolben des Verdichters mit Hilfe der Kolben, Verbindungsstangen und Kurbelwelle der Maschine, der Kupplung zwischen der Maschine und dem Verdichter sowie der Kurbelwelle, der Verbindung sstang en und der Kolben des Verdichters übertragen wird. Alle diese Teile übertragen die gesamte abgegebene

L_EL_ERCST_R.₂₃/₂S.T_EL.₍0₇₁₁,₅6₇₂6, POSTSCHECK, MONCHBN 7706,-805

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Leistung bzw. Kraft oder Energie der Maschine, so daß für die zugeordneten Lager und Lauf- bzw. Fahrwerke relativ viel Raum und ein großes Gewicht zur Erzielung der gewünschten Festigkeit erforderlich sind.

Weiterhin sind Flugkolbenverdichter bekannt, bei denen ein gegenläufig arbeitendes Paar von Maschinenkolben direkt und starr mit den jeweiligen Verdichterkolben verbunden ist; dabei läßt sich der Hub variieren. Für den Betrieb dieser Verdichter sind jedoch spezielle Steuereinrichtungen erforderlich, die das Gewicht und die Komplexität des Aufbaus vergrößern; nur auf diese Weise läßt sich ein zu starker bzw. langer Hub verhindern, wenn gegen einen niedrigen Druck gefördert wird, oder ein zu hoher Kompressionsdruck in dem Zylinder der Maschine vermeiden, wenn gegen einen hohen Druck gefördert wird. Darüberhinaus ist kein Energieübertrag von einem Zyklus zu dem nächstn möglich, so daß Schwierigkeiten beim Starten der Maschine auftreten können; außerdem hält die Maschine sofort an, wenn die Verbrennung in dem Zylinder der Maschine nicht korrekt abläuft. Zu den weiteren Nachteilen, der Flugkolbenverdichter gehört, daß bei der Entwicklung die Drehzahl nicht entsprechend gesteuert werden kann, da sie durch die Masse der sich bewegenden Teile und die Resultierende der auf sie wirkenden Drücke bestimmt wird; schließlich findet bei den Flugkolbenmotoren keine Drehbewegung statt, so daß es schwierig wird, das Kühlgebläse, die Wasserpumpe sowie die Ölpumpe anzutreiben; dadurch sind unübliche und sehr oft schwere Anlaßexnrxchtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsmaschine mit einer Verbrennungskraftmaschine ge-

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schaffen, die erste und zweite, einander gegenüberliegende Maschinenkolben, die so angeordnet sind, daß sie eine gegenläufige Hin- und Herbewegung in einem gemeinsamen

eine/ Maschinenzylinder durchführen können, sowie erste und zweite Einrichtung zur Nutzung der Energie der Maschine mit im wesentlichen ähnlicher Energieaufnahmecharakteristik enthält, die jeweils ein angetriebenes Teil, das im wesentlichen starr mit den jeweiligen Maschinenkolben verbunden oder einstückig mit ihnen ausgebildet ist, so daß sich die angetriebenen Teile in einem Bewegungs^rklus in einem rechten Winkel hin- und herbewegen können, eine Kurbelwelle, die so angeordnet ist, daß sie sich um eine senkrecht zu der Achse des Maschinenzylinders verlaufende Achse drehen kann, und eine Einrichtung aufweist, welche jedes Paar aus Kolben/Nutzungseinrichtungen mit einem Kurbelradius der Kurbelwelle direkt verbindet, wobei sich die Kurbelwelle für jeden Bewegungszyklus einmal dreht.

Die Verbindung«einrichtung und die Kurbelwelle haben einen leichten Aufbau, da sie nicht die gesamte Energie bzw. Kraft übertragen müssen, die von den Maschinenkolben beim Betrieb der Maschine entwickelt wird. Es wird angestrebt, die Vorteile einer Freikolben- bzw. Flugkolbenmaschine beizubehalten, während ihre oben erwähnten wesentlichen Nachteile vermieden werden. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung in der Hauptsache dadurch erreicht, daß die Kolben synchronisiert werden und ihre Hübe an beiden Enden ihrer Hin- und Herbewegung mit einer Verbindungseinrichtung und einer drehbaren Kurbelwelle definiert werden, die so leicht sind, wie es mit den Betriebskennlinien der fraglichen Maschine bei ihren erwarteten und berechneten Betriebsbedingungen verträglich ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Arbeitsmaschine mit einer Verbrennungskraftmaschine geschaffen, die erste und zweite, einander gegenüberliegende Maschinen

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k( lben_s die so angeordnet sind, daß sie in einem gemeinsamen Maschinenzylinder eine gegenläufige Hin- und Herbewegung¹ durchführen können, sowie erste und zweite zur Nutzung der Energie der Maschine dienende Einrich turigen mit im wesentlichen ähnlicher Energieaufnahmecharakteristik enthält, die jeweils ein angetriebenes Teil, das im wesentlichen starr mit den jeweiligen Maschinenkolben verbunden oder einstückig mit ihnen ausgebildet ist, so daß sich die angetriebenen Teile bei einem Bewegungszyklus in einem rechten "Winkel hin- und herbewegen, weiterhin eine Kurbelwelle, die so angebracht ist, daß sie um eine senkrecht zu der longitudinalen Achse des Maschinenzylinders verlaufende und diese schneidende Achse drehbar ist, und eine Einrichtung aufweist, die jeweils ein Paar von Kolben/NutZungseinrichtungen mit einem Kurbelradius der Kurbelwelle verbindet., wobei sich die Kurbelwelle für jeden Bewegungszyklus einmal dreht.

Bei beiden Aspekten der Erfindung weist jede Verbindungseinrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform eine einzige Verbindungs stange auf, die an einem Ende an einen Kv!.rbelrad.^:.-< =5 Ccr Kurbelwelle und an dem anderen Ende an einem Kreuzkopf angelenkt ist, der an dem zugeordneten Paar von Kolben/Nutzungseinrichtungen angebracht und zwischen dem Kolben und der Einrichtung dieses Paars angeordnet ist. Dieser Aufbau ist besonder zwekcmäßig, weil eine einzige Verbindungsstange die direkteste Möglichkeit darstellt, ein hin- und herbewegbares Teil, wie beispielsweise einen Kolben, mit einer rotierenden Kurbelwelle zu verbinden.

Nach einer bevorzugten Ausführung dreht sich ein Schwungrad mit der Kurbelwelle.

Die Einrichtungen zur Nutzung der Energie der Maschine können Verdichterkolben aufweisen, die sich in Verdichter-

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zylindern bewegen, um jeweils ein fluides, unter Druck stehendes Medium, wie beispielsweise Luft, zuzuführen. Der Aufbau ist nach einer bevorzugten Ausführunjrsform so ausgelegt, daß an dem Ende des Auswärtshubs die Toträume der Verdichterzylinder fluides M<. Jium enthalten, um zur Rückkehr der Maschinenkolben aufeinander zu bei ihrem Bewegungszyklus beizutragen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Maschine so angeordnet, daß sie mit einem Zweitakt-Durchspülverfahren (through scavenge two-stroke mode) arbeitet. Die nach innen gewandten Oberflächen der Verdichterkolben können dazu verwendet werden, ein fluides Arbeitsmedium für die Aufrechterhaltung der· Verbrennung (beispielsweise ein Brennstoff-/Luft-Gemisch) bei ihren hinwärtshüben auf den gewünschten Spüldruck zu komprimieren. Wenn die komprimierte Luft als Atemluft verwendet werden soll, muß dafür gesorgt werden, daß das Brennstoff-/Luft-Geraisch oder Abgase die komprimierte Luft nicht verunreinigen können. In diesem Fall werden ein weiterer Kolben und ein weiterer Zylinder zwischen jedem Paar von Maschinen- und Verdichterkolben angeordnet, wobei der weitere Zylinder in geeigneter Weise entlüftet werden kann. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Arbeitsmaschine nach der Erfindung liegt in der Zuführung von komprimierter Luft für die Füllung von DruckfLaschen, die von Tauchern als unabhängige Unterwasser-Atemgeräte (Froschmänner) getragen werden können.

Als Alternative hierzu können die Einrichtungen zur Nutzung der Energie der Maschine hin- und herbewegbare Teile von elektrischen Generatoren aufweisen.

Die Erfindung schafft also einen von einer Maschine angetriebenen Luft-Kolbenverdichter. Die Maschine wird in einem Zweitakt-Durchspülverfahren betrieben. Sie weist

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einander gegenüberliegende Kolben auf, die in einem Zylinder gegenläufig hin-und herbewegbar sind^ die Kolben sind starr mit jeweiligen Verdichterkolben verbunden, die in den Verdichterzyliiidern laufen. Eine Kurbelwelle dreht sich um eine Achse, die senkrecht zu der Achse des Maschinenzylinders verläuft und diese schneidet. Die Kolbenpaare sind direkt über Verbindungsstangen mit der Kurbelwelle gekuppelt. Die Kurbelwelle synchronisiert die Kolbenpaare, definiert ihre Hübe und liefert eine Drehbewegung bzw. ^T>'· eh energie für Hilfseinrichtungen. Die Verbindungsstangen und die Kurbelwelle haben ein leichtes Gewicht und eine relativ geringe Festigkeit, da sie nicht die gesamte Maschinenenergie übertragen müssen. Die Kolbenpaare erhalten Energie für eine innere Rückführung von einem Schwungrad auf der Kurbelwelle sowie durch den Druck der Luft, die in den foträumen der Verdichterzylinder eingeschlossen ist. Die inneren Flächen der Verdichterkolben können dazu verwendet werden, das Brennstoff-/Luft-Gemisch auf den Spüldruck zu komprimieren. Weitere entlüftete Zylinder und Kolben können zwischen den Kolben der Maschine und des Verdichters eingesetzt werden, um das Brennstοff-/Luft-Geinisch vollständig gegen die zu komprimierende Luft zu isolieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen longitudinalen Schnitt längs Linie X-X von Figur 2 durch einen von einer Kraftmaschine angetriebenen Luft-Kolbenverdichter nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kolbenverdichters; und

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Fig. 3 einen longitudinalen Schnitt, teilweise schematisch, durch einen vierstufigen Verdichter nach der Erfindung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Luft-Kolbenverdichter dargestellt, der von einer Kraftmaschine angetrieben wird; der Kolbenverdichter weist ein Paar einander gegenüberliegende Maschinenkolben 10 auf, die so angeordnet sind, daß sie sich in einem Maschinenzylinder 11 in einer Hin- und Herbewegung gegenläufig verschieben können. Jeder Kolben 10 ist durch eine Kolbenstange 12 starr mit einem Verdichterkolben 13 verbunden, der in einem koaxial zu dem Maschinenzylinder 11 liegenden Verdichterzylinder l4 arbeitet. In den Figuren ist die Kolbenstange 12 aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt dargestellt; es könnte aber auch jede andere geeignete Kolbenstange eingesetzt werden. Die Maechinen-/Verdichter-Kolbenpaare sind so angeordnet, daß sie eine zueJiiander gegenläufige rechtwinklige Hin- und Herbewegung zwischen einer innersten Lage und der äußersten, in Fig. 1 dargeste Uten Lage durchführen können.

Wie sich Fig. 1 weiter entnehmen läßt, ist eine Kurbelwelle 15 so angebracht, daß sie sich um eine Achse l6 drehen kann, die senkrecht zu der Achse des Maschinenzylinders läuft und sie nach einer bevorzugten Ausführungsform schneidet. Ein Paar von leichten Verbindungsstangen 17, 1Ö ist bei 19» 20 an gegenüberliegenden Kurbelradien bzw. Kröpfungen der Kurbelwelle 15 angelenkt, während ihre anderen Enden 21, 22 an Quer- bzw. Kreuzköpfe 23» 24 angelenkt sind, die an den beiden Kolbenstangen 12 angebracht sind. Die Kreuzköpfe 23, 24 sind an der gegenüberliegenden Seite der Zylinderachse mit Ausgleichmassen 25» 26 versehen, um die Trägheit der Verbindungsstangen wenigstens teilweise zu kompensieren.

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Die Kreuzköpfe werden bei ihrer rechtwinkligen Hin- und Herbewegung geführt. Wie sich der Darstellung entnehmen läßt, sind sie beispielsweise mit Buchsen 30 mit kreisförmigem Querschnitt versehen, die in jeweiligen Führu-ijoschlitzen 31 in dem Rand des Maschinenzylinders 11 laufen bzw. arbeiten; die Führungsschlitze 31 sind mit geeigneten, einander gegenüberliegenden linearen Lageroberflächen ausgebildet. Die Buchsen 30 können während eines Kolbenzyklus längs einer Lageroberfläche in einer Richtung längs des Schlitzes 31 r.ollen und dann in dem gleichen Drehrichtungssinn längs der gegenüberliegenden Lageroberfläche zurückrollen. Die dabei auf die Kolbenstange 12 ausgeübte nicht-axiale Schwingbelastung ist aufgrund der Tatsache gering, daß die Verbindungsstangen und die Kurbelwelle nicht die gesamte, von den Kolben gelieferte Kraft übertragen. Ein Schwungrad 32 dreht sich mit der Kurbelwelle 15-

Eine Einlaßleitung 35 führt ein Brennstoff/Luft-Gemisch über Ansaug- bzw. Einlaßventilöffnungen 36 in Kreisringe 37» die als Spülzylinder dienen, dann durch Ventilöffnungen 3Ö in Räume 39 u-n" 71 und dann durch Einlaß/Spülöffnungen ^lt0 in den Maschinenzylinder 11» Der Raum 39 erstreckt sich längs einer Seite des Maschinenzylinders und wird durch ein Gehäuse 70 und eine Außenwand des Maschinenzylinders 11 gebildet. Der Raum 71 erstreckt sich längs der gegenüberliegenden Seite des Maschinenzylinders und wird durch ein Gehäuse 72 (siehe Fig. 2) begrenzt. Die Kurbelwelle und die Verbindungsstangen laufen in dem Raum 71«

An dem Ende des Maschinenzylinders 11, das den Einlaß-/ Spülöffnungen kO gegenüberliegt, sind Auslaßöffnungen kl vorgesehen, die mit einer Auslaßleitung kk in Verbindung stehen. Eine Zündkerze k2 erstreckt sich mittig in den Maschinenzylinder und wird über eine Hochspannungsleitung 43 erregt, nach einer bevorzugten Ausführungsform durch

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einen (nicht dargestellten) Magneten bzw. einen Magnetzünder, der durch die Kurbelwelle 15 angetrieben wird. Die Maschine arbeitet also mit einem kontinuierlichen Durch-Spül -Z-w ei takt -Verfahr en. Die Maschine kann statt der Zuführung des Brennstoffs über einen Vergaser auch direkte oder indirekte Brennstoff βί-···«ρί itzung verwenden; als Alternative hierzu kann eine Dieselmaschine eingesetzt werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform trägt 01 in der Füllung zu der Schmierung der Lageroberflächen der Führungsschlitze 31 und der Kurbelwelle sowie der Verbindungsstangen in dem Raum 71 bei.

Das äußere Ende jedes Verdichterzylinders weist Öffnungen 50 mit einzelnen, elastischen Stalilrohrventilen 5I (steel reed valves) auf. Die zu verdichtende Luft tritt über die Öffnungen 52 ein und wird in den Behältern bzw. Tanks 53 zusammengedrückt; von dort kann sie nach Bedarf entnommen und eingesetzt werden.

Im folgenden soll die Funktionsweise der gesamten Anordnung beschrieben werden. Bei dem Hub des Kolbenpaars von der in Fig. 1 gezeigten Lage nach innen wird eine Brennstoff -/Luft-Ladung , d.e bereits in dem Maschinenzylinder 11 vorliegt, darin eingeschlossen, wenn sich die Einlaß-/ Spül-Offnungen kO und die AusiaBöff mangen kl schließen, und dann verdichtet. Gleichzeitig liefern die Kolben 13 das Brennstοff-/Luft-Gemisch durch die Öffnungen 38 in die Räume 39 und 71» wo es bei einem niedrigen Druck (dem Spüldruck) gehalten wird; die Kolben 13 dienen auf ihren nach innen gewandten Seiten als Spülkolben der Verdrängerpumpe. Auf ihrem Ansaughub nach innen dienen die Kolben 13 als Verdichterkolben und saugen Luft durch die Öffnungen 52 in die Verdichterzylinder. Die Kolben 13 können auf ihren gegenüberliegenden Seiten als Verdichter- und Spülkolben betrachtet werden. Die notwendige Antriebsener-

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gie für diesen Hub nach innen kommt gemeinsam von der in dem Schwungrad 32 gespeicherten Drehenergie und der liückexpansion der Luft, die in dem bei 60 dargestellten freien Volumen des Verdichterzylinders an dem Ende des vorherigen Verdichtungshubs nach außen zurückblieb.

Die Zündkerze 42 zündet die Füllung, so daß die Kolben einen Arbeits- bzw. Aus dehnung s hub nach außen beginnen,, Die Verdichterkolben 13 komprimieren also die Luft und

sie/
drücken an den Ventilen 51 vorbei in die Behälter 53· Gleichzeitig durchlaufen die als Spülkolben dienenden Kolben 13 ihren Ansaughub und saugen ein Brennstoff-/ Luft-Gemisch durch die Offnungen 36 in die Spülzylinder 37· Wenn sich die Offnungen 40 und kl öffnen, kann das Abgas durch die Öffnungen 4l austreten, während das Brennstoff-/Luft-Gemisch, das in den Räumen 39 und 71 gehalten wirde, durch die Spülöffnungen 4O in den Zylinder 11 eintritt, so daß die übriggebliebenen Abgase ausgetrieben und der Maschinenzylinder für den nächsten Hub nach innen geladen bzw. gefüllt wird. Bei der Beschleunigung der Kolbenpaare nach außen wird dem Schwungrad auch wieder Drehenergie für den nächsten Zyklus zugeführt und so gespeichert.

Es läßt sich also erkennen, daß die von der Maschine erzeugte Kraft bzw=. Energie direkt von den Maschinenkolben auf die Verdichterkolben übertragen wird. Dies bedeutet, daß die Verbindungsstaijen 17» l8 und die Kurbelwelle wesentlich leichter als bei der Ausführungsform sein können, bei der sie die volle, von den Maschinenkolben entwickelte Kraft tragen müssen. Sie dienen dazu, die Bewegung der beiden Kolbenpaare zu synchronisieren, um zu der Rückführung der Kolbenpaare in ihre am weitesten innen liegende Lage beizutragen; außerdem wird Drehener-

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gie für den Antrieb der Kühleinrichtungen^ wie beispielsweise eines Gebläses, und der Brennstoff- und Olpumpen erzeugt; und schließlich wird eine einfache und zweckmäßige Einrichtung für das Starten des Motors geschaffen. Ein Seil- oder Kettenzug-Startmechanismus ist schematisch als Beispiel bei 71 in Figur 1 dargestellt. Keine dieser Funktionen erfordert die Übertragung der gesamten Energiebzw. Gesatntkraft der Maschinenkolben.

Es läßt sich weiterhin erkennen, daß die Maschine und ihr Bewegungsablauf, abgesehen von den Durchfluß beim Spülenj im wesentlichen symmetrisch um eine mittlere vertikale Achse durch Figur 1 sind. Dadurch ergibt sich ein guter dynamischer Ausgleich.

Die Masse und die Festigkeit der Verbindungsstangen und der Kurbelwelle stehen in einer Beziehung zu der Masse und Trägheit des Schwungrades. Ein Lösungsweg bei der Entwicklung einer solchen Anordnung liegt darin, mit einer Zahl für die zulässige- . zyklische Drehzahländerung des Schwungrades zu beginnen. Dies hängt teilweise von dem vorgesehenen Anwendungsfall ab. Eine zyklische Drehzahländerung ist bei einem Luftverdichter relativ unwichtig, kann jedoch dann sehr wichtig werden, wenn durch die Energie der Maschine das angetriebene Teil, beispielsweise ein Anker, eines Kolbengenerators zur Erzeugung von elektrischer Energie angetrieben wird. Diese Zahl gibt die zulässige Energieänderung pro Zyklus bzw. Umdrehung des Schwungrades an. Die Berechnungen der Funktionsweise und des Bewegungsablaufs der ausgewählten Anordnung der Kolbenpaare und Maschinenkapazität sowie des Korapressions-Totraums6O des Verdichters können einen Wert für die erforderliche Energie liefern; diese Energie muß das Schwungrad während jedes Halbzyklus den Kolbenpaaren durch die Kurbelwelle und die Verbindungsstangen zuführen, während die gleiche Energiemenge in dem nächsten Halbzyklus wieder dem Schwung-

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rad zugeführt und dort gespeichert wird. Berücksichtigt man diesen Energiebedarf zusammen mit der ztilässigen Energieänderung, so ergibt sich die erforderliche minimale !Vagheit und damit die Masse und der Radius des Schwungrades; dadurch können wiederum die minimale Masse und Festigkeit der Kurbelwelle und der Verbindungsstangen berechnet werden. Außerdem müssen noch die Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise das von dem Schwungrad angetriebene Gebläse und der Magnetzünder, berücksichtigt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform eines durch eine Maschine angetriebenen Luftverdichters nach der Erfindung wurde der Aufbau so ausgelegt, daß der Zylinder mit ungefähr 3·000 Betriebszyklen pro Minute lief (die Kurbelwelle dreht sich also mit 3-000 Umdrehungen pro Minute). Der Verdichter sollte ungefähr 570 Liter Luft pro Minute bei ungoführ 7 Bar (700,000 pascal) an beiden Enden liefern.

Bei einer praktischen Aus führung sf or·» -wurden folgende Werte verwandt: Die Bohrung des Maschinenzylinders betrug 43 mm; die Bohrung des Verdichterzylinders 76 mm; und ein Hub eines jeden Kolbenpaars 44mm. Das gesamte Gewicht des Antriebsaggregates aus Maschine/Kompressor betrug im Betriebszustand einschließlich Schmieröl und Brennstoffvorrat weniger als 20 kg; das Aggregat paßt in die Außenabmessungen von 260 χ 280 χ 560 mm, so daß es leicht getragen werden kann.

Selbstverständlich kann auch ein Kompressor mit zwei oder mehr Stufen eingesetzt werden, bei dem die unter Überdruck stehende Luft von einer ersten Stufe zur weiteren Verdichtung einer zweiten Stufe zugeführt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die komprimierte Luft von einem Ende des Zylinders l4 für die weitere Verdichtung dem aride-

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ren Ende des Zylinders l4 zugeführt werden.

Bei anderen Ausführungsformen kann die Energie der Maschine dazu verwendet werden, an jedem Ende des Aggregates den Anker eines Kolbengenerators für elektrische Energie anzutreiben, also eines Generators, bei dem eine hin- und hergehende Bewegung stattfindet. Die zui-ückgeführte Energie, die bei der oben beschriebenen Ausfuhrungsform von dem freien Raum 60 kam, wird in diesem Fall stattdessen von einer anderen Einrichtung, wie beispielsweise einem Zylinder mit abgeschlossenem Kisen bzw. Polster (closed cushion cylinder) zugeführt. Ein solcher Kolbengenerator, bei dem eine hin- und hergehende Bewegung stattfindet, ist in der GB-PS 1 251 562 beschrieben.

In Fig. 3 ist eine vierstufige Ausführungsform eines von einer Maschine angetriebenen Luftverd" ~''ters dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Fig_o 3 hat der Maschinenbereich des Gesamt aggregat es den gleichen Aufbciu und die gleiche Funktionsweise, wie er oben beschrieben und in den Figuren 1 und 2 dargestellt wurde, so daß er nicht näher gezeigt und erläutert wird.

Fig. 3 zeigt ein Paar Kolben 30, die in Zylindern 8l laufen. Die Kolben 80 sind starr mit Kolbenstangen 12 verbunden und dienen an ihren nach innen gewandten Oberflächen auf die gleiche Weise, wie die oben beschriebenen _/ nach innen gewandten Oberflächen der Kolben 13 als Spülkolben.

Mit dem linken Kolben 80 sind zwei parallele Kolbenstangen 82, 83 verbunden, die wiederum mit zwei Kolben 84, 85 verbunden oder einstückig mit ihnen ausgebildet sind; die beiden Kolben 84 und 85 laufen jeweils in Zylindern 86 und 87« Mit dem rechten Kolben 80 sind zwei weitere parallele Kolbenstangen 83, 89 verbunden, die wiederum mit zwei Kolben 90, 91 verbunden oder einstückig mit ihnen

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ausgebildet sind; die Kolben 9^, 9i laufen jeweils in Zylindern 92, 93. Die v^ier Zylinder 86, 87, 92, 93 bilden die vier Stufen eines Ltiftverdichters. In dem als erste Stufe dienenden Zylinder 93 komprimierte Luft wird durch eine Dracklei tun.g (die schema tisch bei 9'ί angedeutet ist) zu dem als zweite Stufe dienenden Zylinder 87 geführt. In ähnlicher Weise wird in dem Zylxnder 87 komprimierte Luft durch eine Leitung 95 zu dem als dritte Stufe dienenden Zylinder 86 geführt; in dem Zylinder 86 komprimierte Luft wird durch eine Leitung 96 zu dem als vierte Stufe dienenden Zylinder 92 geführt, und in dem Zylinder 92 komprimierte Luft wird durch eine Leitung 97 abgenommen und zu einem Benutzer oder Einsatzort gebracht. Jeder Verdichterzylinder ist mit entsprechenden Absperrorganen und Ventilen versehen, die in Abhängigkeit von dem Hub des zugeordneten Kolbens betätigt werden, so daß die in diesem Zylinder bei dein Außenhub komprimierte Luft in die Druckleitung zu der nächst höheren Stufe fließen kann; außerdem wird bei dem Innenhub Luft von der Druckleitung von der nächst-niedrigeren Stufe in diesen Zylinder gesaugt» Die ers'-ö Stufe ist mit Einlaßventilen (die schematisch bei 98 dargestellt sind) versehen.

Die erste und vierte Stufe an der rechten Seite gleichen im wesentlichen die zweite und dritte Stufe an der linken Seite aus, wobei die Kolbendurchmesser so ausgewählt sind, daß sich im wesentlichen ähnliche Kennlinien für die Belastungs- bzw. Druckaufnahme an den beiden einander entgegengesetzten bzw. gegenläufigen Maschinenkolben ergeben» In ähnlicher Weise sind die Strecken, um welche die Wirkbzw. Kraftinien der vier Kolben seitlich von der longitudinalen Achse der Maschine versetzt sind, so ausgewählt, daß die auftretenden seitlichen Momente zwischen den Kolben der ersten und vierten Stufe sowie zwischen den Kolben der zweiten und dritten Stufe ausgeglichen werden» Die relativen Volumen der Druckleitungen 9^j 95 und 96 sind

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ebenfalls so ausgewählt, daß sie den entsprechenden Anforderungen der zugeordneten Stufen angepaßt sind. Zu Kühlzwecken kann die Leitung 95 im Umlauf betrieben werden.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 könnte ein Teil des Brennstoff-/Luft-Gemisches über die Kolbenringe des Kolbens 13 von der fipülseite zu der Luftverdichtungsseite austreten. Die austretende Menge würde zwar nur gering sein, weil der Druck im allgemeinen auf der Luftverdxchtungsseite höher ist. Auch nur die kleinste austretende Menge kann jedoch dann nicht akzeptiert werden, wenn die komprimierte Luft als Atemluft eingesetzt werden soll, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn damit Luftflaschen für Taucher bzw. Froschmänner gefüllt werden sollen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 dient der Raum 99 in den Zylindern 8l an der äußeren Fläche des Kolbens 80 dazu, das durch die inneren Flächen der Kolben 8θ komprimierte Brennstoff-/Luft-Gemisch gegen die Luft zu isolieren, die durch die äußeren Flächen der Kolben 84, 35, 90 und 91 komprimiert wird. Jeder Baum 99 kann durch Öffnungen 100 zur Atmosphäre entlü-.ftet werden. Wenn also Gemisch aus den Zylindern des Luftverdichters austreten sollte, so würde es in die Räume 99 strömen. Das über die Koⁿben 80 in die Räume 99 beim Einwärtshub austretende Brennstoff-/Luft-Gemisch würde beim nächsten Auswärtshub sicher durch die Offnungen 100 ausgepumpt werden. Die Zylinder 8l enthalten nur ein fluides Medium mit geringerem Druck, so daß nur eine geringe Schmierung des Kolbens SO erforderlich ist.

Bei den Ausführungsformen, bei denen die Maschine bestimmte Formen der Brennstoffeinspritzung verwendet oder es sich um eine Diesel-Maschine handelt, können die inneren Flächen der Kolben 13 oder l8 dazu verwendet werden, die angesaugte Luft auf den Spüldruck zu erhöhen bzw, zu bringen.,

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Bei einer Modifikation der* Aus führ ungs i'or m nach Figur 3 können de beiden Stufen an jedem Ende des Aggregates nicht seitlich, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Fall ist, sondern in einer Linie %vie bei einer versetzten Anordnung der Kolben angeordnet werden.

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Claims

Pelt ent ansprüche

Arbeitsmaschine mit einer Verbrennungskraftmaschine, die erste und zweite, einander gegenüberliegende Maschinenkolben, die in einem gern ei ns aiii en Maschinenzylinder gegenläufig hin- und herbewegbar sin·¹, S!"-»¹' ι erste und zweite Nutzungseinrichtungen für die Energie der Maschine mit im wesentlichen ähnlicher Energieauf nähme Charakter istilc enthält, die jeweils ein abgetriebenes Teil, das im wesentlichen starr mit den jeweiligen Maschinenkolben verbunden oder einstückig mit ihnen ausgebildet ist, so daß sich die angetriebenen Teile bei einem Bewegungszyklus rechtwinklig hin- und herbewegen, und eine Kurbelwelle aufweisen, die um eine senkrecht zu der Achse des Maschinetzylinder s verlaufende Achse drehbar ist, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (17, l8), welche jedes Paar aus Kolben/Nutzungseinrichtung (10,13) im wesentlichen direkt mit einem Kurbelradius (19» 20) der Kurbelwelle (15) verbinden, wobei sich die Kurbelwelle (15) für jeden ßewegungszyklus einmal dreht.

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (15) so angebracht ist, daß sie um eine Achse (l6) drehbar tsh, die senkrecht zu der longitudinalen Achse des Maschinenzylinders (l?) verläuft und diese schneidet.

3. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsvorrichtung eine einzige Verbindungsstange (17» l3) aufweist, die an einem Ende an dem jeweiligen Kurbelradius (19» 20) der Kurbelwelle (15) und an dem anderen Ende einen Kreuzkopf (23, 24) angelenkt ist, der an dem zugehöri-

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gen Paar von Kolben/Nutzungseinrichtung ( 10 , 13) angebracht ist, wobei der Kreuzkopf (23, 24) zwischen dem Kolben (10) und der Nutzungseinrichtung (I3) des zugehörigen Paars (10, 13) angeordnet ist.

'i. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (l6) der Kurbelwelle die longitudinale Achse des Maschinenzylinders (ll) an einem Punkt in der Mitte zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Maschinenkolben (10) schneidet, wobei die Paare von Kolben/Nutzungseinrichtungen (10, 13) gleiche Hübe haben, und daß die Verbindungsstangen (l8, 17) gleiche Längen haben und in Ebenen liegen und laufen, die parallel zueinander und zu einer Ebene sind, welche die longitudinale Achse der Maschine einschließt ..

5. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch Ausgleichmassen (25, 26), die jedem Kreuzkopf (23, 24) an dem Ende zugeordnet sind, das dein Ende gegenüberliegt, an welches die zugehörige VErbindungsstange (17, l8) angelenkt ist, um die Trägheitseffekte der Verbindungsstange (17, l8) auf das Paar von Kolben/Nutzungseinrichtungen (10, 13) teilweise zu kompensieren.

6. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des gemeinsamen Maschinenzylinders (ll) im Abstand von einem Maschinengehäuse (72) angeordnet ist, daß ein im wesentlichen abgeschlossener Raum (71) entsteht, daß eine Einrichtung (13, 33) vorgesehen ist, um diesem Raum (39, 71) ein ein Schmiermittel enthaltendes Brennetoff-/Luft-Gemisch zuzuführen, wobei durch die Wand des Maschinenzylinders (ll) eine Einlaßöffnung (40) ausgebildet ist, so daß das Brennstoff-/Luft-Gemisch aus dem Raum (39, 71) in den

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gemeinsamen Maschinenzylinder (ll) fließen kann, wenn • sich die Paare von KoIben/Nutzungseinrichtungen (10, I3) um eine vorher bestimmte Strecke auseinanderbewegt haben, und daß die Verbindungsvorrichtungen (17» 1β) und die Kurbelwelle (15) in dem Raum (7I) laufen.

7. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbremiungskraft-maschine in einem kontinuierlichen Zweitakt-Spülvorgang ('±0, kl) betrieben werden kann.

8* Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Nutzungseinrichtungen (13) einen Verdichterkolben (13) aufweist, deräch in einem Verdichterzylinder (lk) bewegt und dazu dient, ein unter Druck stehendes fluides Medium zuzuführen.

9. Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Totraumvolumen (60) des Verdichterzylinders an dem Ende des Auswärtslm'·*»« ein unter Druck stehendes fluides Medium aufnehmen kann, um zu der Rückführung der Maschinenkolben (lO) aufeinander zu in diesem Zyklus beizutragen.

10. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9» gekennzeichnet durch einen weiteren, in einem weiteren Zylinder (8l) bewegbaren Kolben (80), der zwischen dem Maschinenkolben (10) und einem Verdichterkolben (84, 85, 90, 8l) angeordnet ist, wobei der weitere Zylinder (8l) an der Seite des weiteren Kolbens (80), die von dem Maschinenzylinder (ll) entfernt ist, entlüftet wird.

11. Arbeitsmaschine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Ansaugventilöffnung (36), die durch die Wand des

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weiteren Zylinders (^r3l) ausgebildet ist, so daß das fluide Arbeitsmedium für die Aufrechterhaltung der Verbrennung in den weiteren Zylinder (8l) an der Seite dew weiteren Kolbens (8o) eingesaugt ist, die von dem fluiden Medium e :;fernt ist, das komprimiert wird, wenn sie nie Paare von Eolben/Nutzungseinrichtungen über einen vorher bestimmten Abstand auseinanderbewegen, und durch eine Einrichtung (3O, ^;i0) für di<= Zuführung des fluiden Arbei t .«mediums, das durch die Bewegung der weiteren Kolben (GO) nach innen komprimiert wird, zu dem ίlaschinenzvlinder ( 1 1 ) .

12. Arbeitsmaschine nach einem dei· Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, diß die erste Nutzungseinrichtung zwei in jeweiligen Verdichterzylindern (93» 92) bewegbare Verdichterkolben (91, 90) ciufweist, die als die erste und vierte Stufe eines vierstufigen Verdichters für ein fluides Medium dienen, und daß die zweite Nutzungseinrichtung zwei weitere, in jeweiligen Verdichterzylindern (07, 86) bewegbare Verdichterkolben (85, 04) aufweist, die als die zweite und dritte Stufe eines Verdichters für ein fluides Medium dienen.

13. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Nutzungseinrichtungen einen Elektrogenerator mit einem linear hin- und Uerbeweebaren Teil aufweist .

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