Freikolbenmaschine
Diese Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine mit zwei gegensinnig zueinander bewegbaren Vorrichtungen, von denen mindestens die eine einen Kolben umfasst und mit einem Freikolbensynchronisator, um die Vorrichtungen in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen.
Normalerweise haben Freikolbenmaschinen ein Paar von einander entgegengesetzten, axial fluchtenden Kolben, die innerhalb des Zylinders hin- und hergehen können und die konzipiert und im Zylinder so angeordnet sind, dass sie zwischen dem Kolben und der Kompressionskammer an jedem Ende der Zylinder eine Brennkammer festlegen. Um eine optimale Arbeitscharakteristik zu erhalten, haben die Freikolbenmaschinen verschiedene Mittel verwendet, um die Hin- und Herbewegung der Kolben zu synchronisieren, wobei eine ganze Mannigfaltigkeit von Anordnungen von Kupplungen und Zahnstangen und Ritzel verwen det wurde.
Einer der wesentlichsten Vorteile von Freikotbenma- schinen liegt darin, dass, theoretisch gesehen, das Gewicht und die Masse über alles, dieser Maschinen, ver glichen mit dem Gewicht und den Ausmassen von konventionellen Brennkraftmaschinen mit Kurbelwellen derselben Kategorie und derselben Abtriebsleistung die bei denselben Kolbengeschwindigkeiten arbeiten, reduziert werden kann. Diese Gewichts- und Grössenreduktion ist möglich, weil viele der Kräfte und Momente, die in den konventionellen Brennkraftmaschinen mit Kurbelwellen anlässlich der Transformation der oszillierenden Kolbenkräfte in nutzbare Abtriebsarbeit entwickelt werden, in den Freikolbenmaschinen dank ihrer Konstruktion nicht auftreten.
Aber trotz der theoretischen Vorteile bezüglich Grösse und Gewicht wurde eine erfolgreiche kommerzielle Ausnutzung der Freikolbenmaschinen durch eine Anzahl Probleme verhindert, von denen eines die Tatsache ist, dass aus diesem oder anderm Grunde die früheren kommerziell verwendbaren Freikolbenmaschinen und insbesondere die die Freikolbenkompressoren nicht namhaft leichter oder kompakter sind als vergleichbare Brennkraftmaschinen vom Kurbelwellentyp.
Eines dieser Probleme liegt im Aufbau und der Anordnung der Synchronisatoren, die bis anhin verwendet wurden.
Die bis anhin verwendeten Synchronisatoren für Freikolbenmaschinen waren normalerweise neben dem Zylinder und nächst der zentralen Brennkammer angeordnet. Im weiteren wurde der Synchronisator, der in Freikolbenmaschinen mit sog. gestuften Kolben verwendet wurde, häufig im ringförmigen Raum angeordnet, der durch die äusseren Durchmesser der grösseren Kompressorteile und der kleineren Verbrennungsteile der gestuften Kolben festgelegt wurde.
Wenn auch die Anordnung des Synchronisators im ringförmigen Raum oder wenigstens neben der Seite der Maschine zur kompaktesten und andererseits zur vorteilhaftesten Anordnung zu führen scheint, so hat die Erfahrung gezeigt, dass, wenn der Synchronisator auf diese Art und Weise angeordnet wurde, es schwierig war, zufriedenstellende Einlass- und Auslassführungen für die zentrale Verbrennungskammer der Maschine zu konzipieren. Deshalb mussten in der Praxis bedeutende Ausführungsbeschränkungen auferlegt werden, einerseits auf die Ausführung des Synchronisators und andererseits auf die Ausführung der Führungsleitung.
Wenn im weiteren der Synchronisator neben der Seite des Zylinders angeordnet wird, so wird die Breite und/oder Höhe über alles der Maschine über das hinaus anwachsen, was andererseits für den Zylinder und die anderen Teileinheiten der Maschine notwendig ist.
Das Problem der Ausführung und der Anordnung von Freikolbenmaschinen-Synchronisatoren wird im weiteren durch die Tatsache komplizierter gemacht, dass in den letzten Jahren der Wirkungsgrad von Freikolbenmaschinen und insbesondere von Freikolbendruckgaserzeugern verbessert wurde, indem das Kompressionsverhältnis im Kompressorteil der Maschine erhöht wurde. Als Resultat wurden die Teile grösseren Durchmessers der gestuften Kolben bezüglich des äusseren Durchmessers des Verbrennungsteiles des gestuften Kolbens reduziert und dadurch wird entsprechend der ringförmige Teil verkleinert, in welchem der Synchronisator und die Einlass- und Auslassleitungen angeordnet werden können.
Um dieses Problem zu lösen, wies eine frühere Freikolbenmaschine einen Synchronisator auf, der radial ausserhalb des äusseren Durchmessers des Kompressorteils der Maschine angeordnet war und der mittels Stangen mit den Kolbeneinheiten verbunden war, welche Stangen von den Enden der Maschine abstanden. Aber diese Maschine ist grösser und schwerer als frühere Freikolbenmaschinen derselben Klasse.
In anderen Freikolbenmaschinen wurde dieses Problem wenigstens zum Teil gelöst, indem unsymmetnsche Synchronisatorkupplungen im ringförmigen Volumen verwendet wurden, d. h. indem die Synchronisatorkupplung nur auf einer Seite der Maschine statt symmetrisch auf beiden Seiten der Maschine angeordnet wurde. Während diese Anordnung ermöglicht, dass mehr vom ringförmigen Raum für die Einlass- und Auslassleitungen verwendet wird, ist es doch in der Praxis ausserordentlich schwierig, asymmetrische Synchronisatoren in Maschinen zu verwenden, in denen der Synchronisator notwendig ist, um beträchtliche Kräfte von einer Kolbeneinheit auf die andere zu übertragen.
Ein anderes Problem im Bau erfolgreicher Freikolbenmaschinen liegt darin, dass in einigen Maschinen relativ grosse Kräfte durch den Synchronisator übertragen werden müssen, wodurch bewirkt wird, dass der Synchronisator eine relativ schwere Konstruktion darstellt. Zusätzlich zum Anwachsen der Ausmasse und des Gewichtes der Maschine benötigen diese schwereren Synchronisatoren auch noch infolge von Reibung einen bedeutenden Teil der andererseits nützlichen Abtriebsenergie der Maschine und senken dadurch den totalen Wirkungsgrad der Maschine.
Zusammenfassend gesagt, löst die neue und verbes serine, erfindungsgemässe Freikolbenmaschine die oben genannten Probleme in Verbindung mit dem Synchronisieren der Bewegung der Kolben in einer Freikolben- maschine, während eine bedeutende Reduktion des Gelichtes und der Masse über alles der Maschine erreicht wird.
Zu diesem Zweck ist die Freikolbenmaschine der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die eine Vorrichtung einen Kolben aufweist, der mit einer Stange verbunden ist, auf der mindestens zwei Zahnreihen angebracht sind, wobei die Zähne der beiden Reihen bezüglich der Längsachse der Stange nach aussen in entgegengesetzte Richtungen zueinander vorstehen und jeweils mit den Zähnen des einen Ritzels eines Ritzelpaares kämmen, welche Ritzel an einer ortsfesten Lagerung in der Maschine drehbar abgestützt sind und dass die andere Vorrichtung ein zweites Paar Zahnreihen aufweist, welche Zahnreihen durch mindestens einen Wandteil in ihre Lage zueinander fixiert sind und welche auch in ihre Lage zum Wandteil selbst fixiert sind,
wobei die Zähne des zweiten Paares von Zahnreihen nach innen gegeneinander ragen und jeweils mit dem einen der Ritzel kämmen, so dass die zur Kolbenbewegung senkrechten I(omponenten der Kräfte, welche durch das Miteinanderkämmen des ersten Paares von Zahnreihen, der Ritzel und des zweiten Paares von Zahnreihen entstehen, innerhalb des Wandteiles sich gegenseitig aufheben.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt längs der mittleren Längsachse einer Ausführungsform eines Freikolbenmotors, wobei einige Teile des Motores weggelassen sind, andere in der Ansicht gezeigt sind und wobei die Kolbeneinrichtung am Ende eines Hubes dargestellt ist,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Motor längs der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt durch den Synchronisator längs der Linie 44 in Fig. 1,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt der Brennkammer einer anderen Ausführungsform eines Motores, wobei dieser Schnitt längs der mittleren Längsachse des Motors gezeigt ist und eine andere Anordnung zur Spülung der Breunkammer des Motores zeigt,
Fig.
6 einen Vertikalschnitt durch die Brennkammer einer weiteren Ausführungsform dieses Motores, wobei der Schnitt längs der mittleren Längsachse des Motors gezeigt ist und eine weitere Ausführungsform der Spülung der Brennkammer des Motores darstellt,
Fig. 7 einen Schnitt durch den Synchronisator und durch eine weitere Ausführungsform dieses Motors, wobei der Schnitt längs der mittleren Längsachse des Motors gezeigt ist, indem eine Prellkammer zwischen dem Kompressorteil des Motores und zwischen dem Synchronisator ausgebildet ist,
Fig. 8 einen schematischen Schnitt des Kompressorteils einer weiteren Ausführungsform dieses Motors, wobei der Schnitt längs der mittleren Längsachse des Motors aezeigt ist, Motors gezeigt ist, in dem eine Kammeranordnung zwischen den einander gegenüberliegenden Kolbeneinrichtungen im Kompressorteil angeordnet ist,
Fig.
9 einen schematischen Schnitt des Kompressorteils einer weiteren Ausführungsform dieses Motores, wobei der Schnitt längs der mittleren Längsachse des Motores gezeigt ist, wobei die Ausführungsform ähnlich derjenigen ist, die in Fig. 8 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass anstelle der Kammeranordnung eine Wandanordnung zwischen den einander gegen überliegenden Kolbeneinrichtungen im Kompressorteil vorgesehen ist,
Fig. 10 einen schematischen Schnitt des Kompressorteils und des Synchronisators einer anderen Ausführungsform dieses Motors, der eine Mehrheit von Motorenzylindern und einen Synchronisator aufweist, der im wesentlichen gleich ist wie der in Fig. 1 dargestellte,
Fig.
11 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform dieses Motors, der eine Anzahl von Motorzylindern und einen Synchronisator aufweist, der im wesentlichen gleich ist wie derjenige, der in Fig. 1 dargestellt ist und
Fig. 12 einen Schnitt durch den Motor längs der Linie 12-12 in Fig. 11.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen die selben Überweisungszeichen die selben Teile in den verschiedenen Motoren. Wenn im folgenden die Ausdrücke rechts , links , rechtsseitig und linksseitig verwendet werden, so ist das so zu verstehen, dass sich diese Ausdrücke auf die in den Zeichnungen dargestellte Konstruktion beziehen, wie sie einer Person erscheinen, die die Zeichnungen betrachtet.
Eine Ausführungsform des Freikolbenmotors ist bei 21 in Fig. 1 dargestellt. Der Motor 21 weist drei funktionelle Grundeinheiten auf, nämlich die Verbrennungsteileinheit, die im wesentlichen bei 22 dargestellt ist, eine Kompressoreinheit, die im wesentlichen bei 23 dargestellt ist und eine Synchronisatorteileinheit, die im wesentlichen bei 24 dargestellt ist.
Mehr im Detail weist der Motor 21 ein zylindrisches Endgehäuse 25, ein zylindrisches Mittelgehäuse 26 und ein Synchronisatorgehäuse 27 auf, das im wesentlichen einen rechteckigen Aufriss hat. Die Gehäuse 25 und 26 weisen zentrale koaxiale Bohrungen 28 und 29 auf, die in ihnen entsprechend ausgebildet sind und die sich vollständig durch die Gehäuse hindurch erstrecken. In dem in Fig. 1 dargestellten Motor ist der Durchmesser der Bohrung 28 kleiner als derjenige der Bohrung 29.
Ein Zylinderkopf 31 schliesst das linke Ende 32 der Bohrung 28 ab und passt leicht in diese hinein.
Der Zylinderkopf 31 und das Endgehäuse 25 sind beide mit aus einer Mehrzahl von Gewinden versehenen Bolzen oder Zugankern 34 an das linke angeflanschte Ende 33 des mittleren Gehäuses 26 befestigt.
Das linke geflanschte Ende 35 des Synchronisatorgehäuses 27 ist mittels Bolzen 37 an das rechte geflanschte Ende 36 des mittleren Gehäuses 26 befestigt.
Eine Deckplatte 38 schliesst das offene rechte Ende 39 des Synchronisatorgehäuses 27 und ist an dieses Ende mittels Bolzen 41 befestigt.
Aus der obigen Konstruktion wird es klar, dass der Motor 21 vollständig auseinander gelegt werden kann, indem einfach die Bolzen 34, 37 und 41 entfernt werden. Um die Kühlung des Motors zu ermöglichen, sind im wesentlichen ringförmige Kühlkammern oder Aussparungen 42 und 43 in den Gehäusen 25 bzw. 26 ausgebildet, durch die die Kühlmittel gefördert werden können. Da übliche Kühlmittelzirkulationssysteme im Motor 21 verwendet werden können, sind die weiteren Details des Motorkühlsystems in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt und auch nicht weiter beschrieben.
Eine hin- und herbewegbare Kolbenanordnung, die im wesentlichen bei 44 dargestellt ist, ist in den Bohrungen 28 und 29 vorgesehen. Die Kolbenanordnung 44 weist einen Kolben 45, der in der Bohrung 28 angeordnet ist und einen Kolben 46 auf, der in der Bohrung 29 angeordnet ist. Die Kolben 45 und 46 können den üblichen Aufbau und die übliche Konstruktion aufweisen und Kolbenringe enthalten, um zu verhindern, dass zwischen den Kolben und ihren entsprechenden Bohrungen während der Hin- und Herbewegung des Kolbens eine Gas-Leckage erfolgt. Eine Kolbenstange 47, die sich von der inneren Stirnfläche 48 des Kolbens. 45 zur äusseren Stirnfläche 49 des Kolbens 46 erstreckt, verbindet die Kolben 45 und 46, so dass sich die Kolben im Motor als eine Einheit zusammen bewegen.
Eine zweite, hin- und herbewegbare Kolbeneinheit 51 ist in der Bohrung 29 vorgesehen und weist einen Kolben 52 auf, der im wesentlichen bezüglich des Aufbaues und des Durchmessers gleich dem Kolben 46 ausgebildet ist. Aber der Kolben 52 weist aus Gründen, die im folgenden beschrieben werden, eine axiale Öffnung 53 auf, die in diesem ausgebildet ist. Ein üblicher Dichtungsring 54 ist in einer Ringnut getragen, die im Mantel der Bohrung 53 ausgebildet ist.
Die äussere Stirnfläche 55 des Kolbens 45 und der Zylinderkopf 31 legen zusammen mit der Bohrung 28 eine innere Brennkammer 56 fest. Im Motor 21 resultiert eine Verbrennung eines Brennstoffluftgemisches in der Kammer 56 aus der Kompression von Luft oder eines Brennstoff-Luftgemisches zwischen der äusseren Stirnseite 55 des Kolbens 45 und den Zylinderkopf 31 in Übereinstimmung mit den Arbeitsprinzipien der herkömmlichen Brennkraftmaschinen. Im Falle eines Dieselmotors ist eine übliche Einspritzeinheit 57 vom Zylinderkopf 31 getragen und steht in Wirkverbindung mit der Kammer 56. Selbstverständlich kann die Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches in der Kammer 56 auch bewirkt werden, indem eine übliche Zündkerze in Verbindung mit einem üblichen Zündsystem verwendet wird.
Beim Motor gemäss den Fig. 1 und 2 wird Luft unter Druck in die Kammer 56 durch eine oder mehrere Einlassöffnungen eingeführt, von denen eine bei 58 dargestellt ist und die heissen Rauchgase werden durch die Auslassöffnung 49 aus der Kammer 56 ausgestossen. Die Öffnungen 58 und 59 sind bezüglich der Kammer 56 so angeordnet, dass diese während des normalen Betriebes des Motores 21 einer Umkehrspülung unterzogen wird. Der Durchfluss durch die Öffnungen 58 und 59 wird durch den Kolben 45 gesteuert.
Eine im wesentlichen ringförmige Spülkammer 61 ist im Gehäuse 25 ausgebildet und die Einlassöffnung 58 steht in Strömungsverbindung mit der Kammer 61, so dass, wenn der Kolben 45 die Öffnung 58 nicht verschliesst, Luft aus der Kammer 61 durch die Öffnung 58 in die Kammer 56 strömt, wie das im folgenden noch beschrieben werden wird. Eine zweite Luftkammer 62 wird durch die innere Stirnfläche 48 des Kolbens 45 und durch die äussere Stirnfläche 49 des Kolbens 46 zusammen mit der Bohrung 29 festgelegt.
Während sich der Kolben 46 in der Bohrung 29 nach rechts bewegt, wird Luft durch ein übliches Einwegventil in die Kammer 62 gesogen, welches Ventil schematisch bei 63 gezeigt ist und im Gehäuse 26 angeordnet ist. Wenn die Kolbeneinheit 44 sich nach links aus der Lage gemäss Fig. 1 bewegt, wird die Luft in der Kammer 62 in die Kammer 61 mittels des Kolbens 46 durch ein übliches Einwegventil gefördert. In Anbetracht der unterschiedlichen Durchmesser der Bohrungen 28 und 29 wird die Luft aus der Kammer 62 unter Druck in die Kammer 61 eingeführt. Dabei sind die Volumina der Kammern 61 und 62 und die Dimensionen der Öffnungen 58 und 59 so gewählt, dass der Druck der Luft in der Kammer 61 und in der Öffnung 58 grösser ist als der Gasdruck in der Kammer 56, wenn der Kolben 45 die Öffnung 58 nicht verschliesst.
Unter Bezugnahme auf die Kompressorteileinheit 23 des Motors 21, legen die inneren Stirnflächen 66 und 67 der Kolben 46 bzw. 52 zusammen mit der Bohrung 29 zwischen den Kolben 46 und 52 eine Kompressorkammer 68 fest. Wenn sich gemäss Fig. 3 die Kolben 46 und 52 in der Bohrung 29 voneinander weg bewegen, wird Luft durch einen üblichen Luftfilter 69 und ein Einwegventil, das schematisch bei 71 dargestellt ist, in die Kompressorkammer 68 eingesaugt.
Während sich die Kolben 46 und 52 in der Bohrung 29 gegeneinander bewegen, wird die Luft in der Kompressorkammer 68 auf einen bestimmten Druck komprimiert und unter Druck aus der Kompressorkammer durch ein übliches Einwegventil, das schematisch bei 72 dargestellt ist und durch eine Leitung 73 ausgestossen.
Die Synchronisator-Teileinheit 24 des Motores 21 ist im allgemeinen rechtsseitig des Motors angeordnet und ist, wie das im weiteren noch vollständig erklärt werden wird, dazu bestimmt, die momentanen, variablen Kräfte die auf die Kolbeneinheit wirken, von einer Kolbeneinheit auf die andere zu übertragen, wobei bei der Übertragung dieser Kräfte die Reibungsenergieverluste minimal sind.
Im Detail weist die Synchronisator-Teileinheit 24 eine Welle 74 auf, die an einem Ende 75 an der inneren Stirnfläche 66 des Kolbens 46 befestigt ist und die eindringt oder vorsteht in und durch die Öffnung 53, die im Kolben 52 ausgebildet ist. Der äussere Durchmeser der Welle 74 ist so gewählt, dass eine Luft-Lekkage zwischen der Welle und dem Kolben 52 verhindert ist, wobei die Reibung zwischen diesen beiden Teilen während der Relativbewegung zwischen der Welle und dem Kolben 52 minimal ist. Im weiteren fluchten die mittleren Longitudinalachsen der Bohrungen 28 und 29 der Kolbeneinheiten 44 und 51 und der Welle 74, um die Entstehung von seitlichen Kräften zu verhindern.
Ein Synchronisator-Mechanismus 76 ist mit dem vorstehenden Ende 77 der Welle 74 verbunden. Der Mechanismus 76 weist eine doppelt gezähnte Zahnstange 78 auf, die am vorstehenden Ende 77 der Welle 74 mittels eines mit Gewinde versehenen Bolzens 79 befestigt ist, der sich durch eine zentrale Bohrung in der Stange 78 erstreckt und in das Ende 77 der Welle eingeschraubt ist. Eine Stossdämpfungseinheit 80 ist zwischen der Stange 78 und dem Ende 77 mittels des Bolzens 79 getragen. Die Einheit 80 weist verschiedene Sätze von üblichen Federn 81 auf, die Rücken an Rükken in enger Berührung miteinander stehen, wie das beispielsweise für die Belleville -Federn der Fall ist.
Die Stossdämpfungseinheit 80 ermöglicht der Stange 78 längs des Bolzens 79 eine begrenzte Bewegung bezüglich des Endes 77 der Welle.
Der Zweck dieser Relativbewegung liegt darin, die Aufnahme von irgendwelchen Schlägen oder übermässigen Kräften, die auf den Synchronisatormechanismus 76 wirken könnten, wie das beispielsweise während des Anlaufens des Motors der Fall sein kann, zu ermöglichen.
Gemäss den Fig. 1 und 4 sind Zähnungen 82 und 83 auf der oberen bzw. unteren Seite der Stange 78 ausgebildet, so dass die Zähne der Zähnungen 82 und 83 in entgegengesetzten Richtungen von der Stange 78 abstehen, d. h. dass sie im wesentlichen in radialer Richtung von der zentralen Längsachse des Bolzens 79 und dadurch der Welle 74 nach aussen stehen. Die Zähnungen 82 und 83 können in üblicher Weise konstruiert sein und die betreffenden Zähne können übliches Profil aufweisen.
Ein Paar von Ritzeln 84 und 85 sind nächst der Stange 78 angeordnet, so dass die Zähne der Ritzel 84 und 85 mit den Zähnen der Zähnungen 82 bzw. 83 kämmen. Die Zähne der Ritzel sind deshalb so konstruiert und weisen bezüglich der Zähne der Zähnungen 82 und 83 ein solches Profil auf, dass dieser Eingriff möglich ist. Die Ritzel 84 und 85 sind zur Rotation um die horizontal angeordneten Wellen 87 bzw.
88 auf Büchsen 86 angeordnet. Die Enden der Wellen 87 und 88 sind durch ein Paar paralleler, vertikal angeordneter Bügel 89 und 91 getragen, welche an der Platte 38 befestigt sind.
Ein Paar von bewegbaren Wandgliedern 92 und 93 ist nächst dem und parallel zu den Bügeln 89 bzw. 91 angeordnet. Dennoch ist kein gleitender Kontakt zwischen den Wandgliedern und den Bügeln erforderlich.
Die Wandglieder sind verbunden mit der äus & ren Stirnfläche des Kolbens 52 mittels ein Stück mit den Wandgliedern bildenden Absätzen, von denen einer bei 95 dargestellt ist, wobei sich die Wandglieder 92 und 93 und der Kolben 52 als Einheit zusammen bewegen.
Gemäss den Fig. 1 und 4 ist ein zweites Paar von Zahnstangen 96 und 97 getragen durch und angeordnet zwischen den oberen und unteren Enden der Wandglieder 92 und 93. Die Zähne der Zahnstangen 96 und 97 sind so ausgebildet und profiliert, dass sie den Zähnungen der Ritzel 84 und 85 entsprechen. Die Zahn stangen 96 und 97 sind so zwischen den Wandgliedern 92 und 93 angeordnet, dass die Zähne der Zahnstangen 96 und 97 mit den Zähnen der Ritzel 84 bzw. 85 im Eingriff stehen, wobei eine Bewegung des Kolbens 52 und damit der Zahnstangen 96 und 97 in einer Richtung eine Drehbewegung der Ritzel 84 und 85 bewirkt. Diese Drehbewegung der Ritzel bewegt ihrerseits die Doppelzahnstange 78 und dadurch die Welle 74 und die Kolbeneinheit 44 in der entgegengesetzten Richtung.
Mit anderen Worten heisst das, dass die Zahnstangen 82, 83, 96 und 97 und die Ritzel 84 und 85 so angeordnet sind, dass, wenn die Zahnstangen 96 und 97 in einer Richtung bewegt werden, die Zahnstangen 82 und 83 in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden und umgekehrt.
Wie schon oben dargelegt wurde, kann der Synchronisatormechanismus relativ grosse, momentane variable Kräfte, die auf die Kolbeneinheiten 44 und 51 wirken, von der einen Einheit unter minimalen Reibungsverlusten auf die andere übertragen. Diese minimalen Reibungsverluste im Synchronisatormechanismus beruhen auf der Anordnung des Mechanismus 76 und, im besonderen auf der Anordnung der Zahnstangen 82, 83, 96 und 97 und der Ritzel 84 und 85, welche Anordnung eine gleitende Berührung zwischen den bewegbaren Zahnstangen und üblichen hier nicht erforderlichen, ortsfesten Lageroberflächen erübrigt, und damit eine grössere Quelle von Reibungsverlusten in den bis anhin in Freikolbenmotoren verwendeten Synchronisatoren beseitigt.
Mit anderen Worten eliminiert die Anordnung des Mechanismus 76 vollständig den Effekt der üblichen zur Kolbenbewegung senkrechten Kraftkomponenten, die durch den Eingriff zwischen den Zähnen der Zahnstangen und der Ritzel entstehen, indem die beschriebenen Vorkehrungen getroffen wurden, damit die betreffenden Kraftkomponenten sich gegenseitig aufheben. Im weiteren sind die Reibungsverluste im Mechanismus 76 noch mehr vermindert, indem die Doppelzahnstange 78 und die Zahnstangen 96 und 97 selbsttätig in fluchtende Ausrichtung überge hen, indem sie ununterbrochen gegenüber den Ritzeln 84 und 85 eine Lage anstreben, in der die Kräfte, die durch den Eingriff der Zähne der Ritzel mit den Zahnstangen 82 und 84 und mit den Zahnstangen 96 und 97 minimal sind.
Die Wirkungsweise des Motores 21 kann folgendermassen zusammengefasst werden: In Fig. 1 sind die Kolbeneinheiten 44 und 51 in ihrer innersten Lage dargestellt. Selbst in dieser Stellung wird Luft aus der Kompressorkammer 68 durch das Ventil 72 ausgestossen, wobei die Energie in der komprimierten Luft, die in der Kammer 68 verbleibt, genügend gross ist, um die Einwärtsbewegung der Kolben 46 und 52 zu bremsen und folglich zu bewirken, dass sich die Kolben wieder abseits bewegen, so dass verhindert wird, dass sich die inneren Stirnflächen 66 und 67 der Kolben 46 und 52 einander berühren. Wie schon oben dargelegt wurde, erfolgt die Bewegung des Kolbens 46 auf Grund des Synchronisatormechanismus 76 spiegelbildlich bezüglich der Bewegung des Kolbens 52.
Während sich die Kolben 46 und 52 in der Bohrung 29 aus der Lage gemäss Fig. 1 nach auswärts bewegen, bewegt sich der Kolben 45 in der Bohrung 28, verschliesst er die Öffnungen 58 und 59 und komprimiert die Luft oder das Brennstoff-Luftgemisch in der Kammer 56.
Die Kompression der Luft oder des Brennstoff-Luftgemisches in der Kammer 56 dauert so lange an, bis der Kolben 45 sein äusseres Hubende erreicht. Die Verbrennung in der Kammer 56 zwingt den Kolben 45 und damit den Kolben 46, sich nach rechts in den Bohrungen 28 bzw. 29 zu bewegen. Ebenfalls aufgrund des Mechanismus 76 wird der Kolben 52 gezwungen, sich nach links in der Bohrung 29 zu verschieben. Die Kolben 46 und 52 bewegen sich nach innen gegeneinander, bis sie wieder die Stellung gemäss Fig. 1 einnehmen. Danach wird der dargestellte Bewegungszyklus wiederholt.
Wie schon oben bemerkt wurde, wird Luft während der Linksbewegung des Kolbens 46 aus der Kammer 62 durch die Ventile 64 und 65 in die Spülluftkammer 61 gepresst. Der Druck der Luft in der Kammer 61 ist erhöht, so dass, wenn der Kolben 45 wiederum die erste Öffnung 59 und hernach die Öffnung 58 abdeckt, d. h. nach der Verbrennung in der Kammer 56, die Luft in der Kammer 61 die Kammer 56 spült. Im weiteren wird Luft aus der Atmosphäre in die Kammer 62 durch das Ventil 63 gezogen, wenn sich der Kolben 46 nach rechts bewegt.
Ebenfalls während des obigen Betriebszyklus wird Luft aus der Atmosphäre durch das Ventil 71 in die Kompressorkammer 68 eingesaugt, in dieser komprimiert und hernach durch das Ventil 72 aus der Kompressorkammer ausgestossen. Selbstverständlich kann die komprimierte Luft, die aus der Kompressorkammer 68 ausgestossen wird, auf irgend eine Weise verwendet werden.
Wie schon oben dargelegt wurde, liegt ein wesentlicher Vorteil dieses Freikolbenmotors darin, dass leicht ein im wesentlichen vibrationsfreier Betrieb erreicht werden kann. Dennoch aber ist der vibrationsfreie Betrieb nur möglich, wenn die Summe des Produktes aus der Masse der Kolbeneinheit 44, der Welle 74 und der Stange 78 mal die Strecke, durch welche sich diese Elemente bewegen, und dem Produkt der Masse der Kolbeneinheit 51, der Wandglieder 92 und 93 und der Zahnstangen 96 und 97 mal der Distanz, durch welche sich diese Elemente bewegen, gleich Null ist. Mit anderen Worten ausgedrückt heisst das, dass die Masse der Elemente, die sich im Motor in einer Richtung bewegen, mal der Länge ihres Hubes gleich der Masse der Elemente, die sich im Motor auf die entgegengesetzte Seite bewegen mal der Länge ihres Hubes sein muss.
Normalerweise werden die Massen der beiden entgegengesetzt bewegenden Elemente sowie die betreffenden Hublängen gleich sein, was allerdings nicht notwendig sein muss.
Schliesslich soll bemerkt sein, dass ein Motor, wie in den Fig. 1-4 dargestellt, konstruiert und auf experimenteller Basis betrieben wurde. Dieser Motor weist eine Länge über alles von 87 cm auf, wie sie zwischen den Gliedern gemessen wurde, die dem Zylinderkopf 31 und der Platte 38 entsprechen. Im weiteren weist dieser Motor eine maximale Breite von 20 cm und eine maximale Höhe von 25 cm auf, wobei diese Beträge in einem dem Querschnitt gemäss Fig. 3 entsprechenden Bereich gemessen wurden. Das Gesamtgewicht dieses Motors beträgt näherungsweise 80 kg, wobei die Prüfinstrumentation die vorübergehend auf dem Motor angebracht wurde, nicht eingeschlossen ist. Die Kompressoreinheit dieses Motores gab bei einer Motorendrehzahl von 1800 T/min. annähernd 2265 1/min. ab. Der Motor 98 gemäss Fig. 5 ist bezüglich Aufbau und Betriebsweise identisch dem Motor 21 gemäss Fig.
1, wobei allerdings die Ausnahme besteht, dass eine andere Spülvorrichtung vorgesehen wurde. Diese andere Spülvorrichtung kann verwendet werden, um den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen, indem der Aufwand an Spülarbeit vermindert wird, den die Kolben 45 und 46 erbringen müssen, während sie sich nach rechts bzw. nach links bewegen.
Im Motor 21 muss der Kolben 46, nachdem der Kolben 45 die Öffnung 58 verschlossen hat, gegen den Druck arbeiten, der in den Kammern 61 und 62 aufgebaut wird, während die Kolbeneinheit 44 sich weiterhin gegen links bewegt. Diese Arbeit hat zur Wirkung, dass der Wirkungsgrad des Motors 21 in dem Masse vermindert wird, als der Druck in der Kammer 61 über den theoretischen Minimaldruck, der für die Spülung verlangt ist, aufgebaut werden muss.
Um den Wirkungsgrad zu verbessern, enthält das Gehäuse 25 des Motores 98 eine Wand 99, die sich erstreckt zwischen den Bohrungen 28 und 29 und die Verbindung unterbricht. Die Wand 29 weist eine zentrale Öffnung 101 auf, die in ihr ausgebildet ist und durch welche die Stange 47 vorsteht. Ein Dichtungsring 102 verhindert jegliche Luftleckage zwischen der Stange 27 und der Öffnung 101 während der Relativbewegung der Welle gegenüber der Wand 99.
Die Wand 99 und die innere Stirnfläche 48 des Kolbens 45 bilden zusammen mit der Bohrung 28 eine Kammer 103. Einwegventile, wie sie schematisch bei 104 und 105 dargestellt sind, sind in der Wand 99 angeordnet und ermöglichen der Luft, von der Kammer 62 in die Kammer 103 zu fliessen. Einwegventile, wie sie schematisch bei 106 und 107 dargestellt sind, sind im Gehäuse 25 angeordnet und ermöglichen der Luft, von der Kammer 103 in die Kammer 61 zu fliessen.
Wie auch beim Motor 21 wird atmosphärische Luft durch das Einwegventil 61 in die Kammer 62 gesaugt.
Die Wirkungsweise dieser Spülanordnung ist folgendermassen: Während sich die Kolbeneinheit 44 nach rechts bewegt, wird wie in Fig. 12 Luft durch das Einwegventil 63 in die Kammer 62 gesaugt. Aber während sich die Kolbeneinheit 44 und im besonderen der Kolben 46 nach links bewegt, wird die Luft in der Kammer 62 durch Ventile 104 und 105 in die Kammer 103 gepresst und aus der Kammer 103 durch Ventile 106 und 107 in die Kammer 61 gefördert.
Solange der Kolben 45 die Öffnung 58 nicht verschlossen hat, wird Luft in den Kammern 103 und 61 durch die Öffnung 58 in die Kammer 56 gepresst, wobei sie die Kammer 56 spült. Nachdem der Kolben 45 die Öffnung 58 verschliesst, fährt der Kolben 46 fort, die Luft in der Kammer 62 in die Kammer 103 und teilweise in die Kammer 61 zu pressen. Aber während die Kolbeneinheit 44 fortfährt, sich nach links zu bewegen, nimmt das Volumen der Kammer 103 in einem Verhältnis zu, das demjenigen entspricht, in welchem das Volumen der Kammer 62 abnimmt. Dadurch ist der Druck, gegen den der Kolben 46 wirken muss, nicht so gross, wie beim Motor 21, wodurch bewirkt wird, dass der Kolben 46 während seiner Linksbewegung im Motor 98 weniger Arbeit leisten muss.
Ein weiterer Vorteil des Motores 98 liegt darin, dass, wenn Öl am Kolben 45 vorbeifliesst, die Wand 99 verhindert, dass dieses Öl in die Bohrung 29 eindringt und dadurch die Möglichkeit verringert, dass die Luft in der Kompressorkammer 68 verunreinigt wird.
Der Motor 108 gemäss Fig. 6 ist im wesentlichen bezüglich des Aufbaues und der Wirkungsweise gleich dem Motor 21, wobei die Ausnahme besteht, dass der Motor 108 noch eine weitere Anordnung zur Spülung der Brennkammer 156 aufweist. Wie schon der Motor 9S, weist auch der Motor 108 eine Wand 109 auf, die eine Verbindung zwischen den Bohrungen 28 und 29 verhindert. Die Wand 109 ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie die Wand 99, wobei die Ausnahme besteht, dass die erstere keine in ihr angeordnete Einwegventile aufweist. Vielmehr weist das Gehäuse 25 Einwegventile auf, die schematisch bei 111 und 112 gezeigt sind und welche der Luft aus der Atmosphäre die Möglichkeit geben, unmittelbar in die Kammer 103 eingesaugt zu werden.
Einwegventile, wie sie schematisch bei 113 und 114 gezeigt sind, ermöglichen der Luft in der Kammer 103 aus derselben in die Kammer 61 zu strömen. Im weiteren wurde das Einwegventil 63 im Gehäuse 26 durch ein Absperrventil ersetzt, das schematisch bei 115 gezeigt ist und das der Leckage Luft ermöglicht, aus der Kammer 62 auszutreten, das aber verhindert, dass Luft aus der Atmosphäre in die Kammer 62 eingesaugt wird. Im weiteren kann das Absperrventil 115 ebenfalls in der Wand 109 vorgesehen werden, um in einer ähnlichen Art zu wirken.
Während des Betriebes des Motores 108 bewirkt die Linksbewegung der Kolbeneinheit 44, dass die überschüssige Luft aus der Kammer 62 durch das Absperrventil 115 ausgestossen wird, während in derselben Zeit der Kolben 45 bewirkt, dass Luft durch die Ventile 111 und 112 in die Kammer 103 eingesaugt wird. Während der Rechtsbewegung der Kolbeneinheit 44 bewirkt der Kolben 45, dass die Luft in der Kammer 61 gepresst wird und dass die Luft in der Kammer 61 die Verbrennungskammer 56 spült, und zwar in einer noch wirkungsvolleren Phasenbeziehung als das im Zusammenhang mit den Motoren 21 und 98 der Fall ist. Während der Kolben 46 sich in gleicher Weise nach rechts bewegt, wird ein teilweises Vakuum oder ein Unterdruck bewirkt, wodurch bewirkt wird, dass die Kammer 62 als negative Prellkammer wirkt.
Die Verwendung der Kammer 62 als negative Prellkammer verzögert selbstverständlich die Einwärtsbewegung der Kolbeneinheiten, während sie deren Auswärtsbewegung unterstützt.
Der Motor 108 kann insofern abgeändert werden, indem die Ventile 113 und 114 durch Öffnungen, die mit ventillosem Kolben betätigt werden, oder durch Fluidumdioden ersetzt werden, so dass eine freie Verbindung zwischen den Kammern 103 und 61 und der Öffnung 58 bestehen kann. In diesem Falle werden die Kammer 61 und die Ventile 113 und 114 durch eine Durchgangsöffnung ersetzt, die die Kammern 103 und 56 direkt miteinander verbindet. Im weiteren kann der Motor 108 weiter verändert werden, indem die Ventile 111 und 112 ebenfalls durch Öffnungen, die kolbenbetätigt sind oder durch Fluidumdioden ersetzt werden.
Im weiteren kann, wie schon gesagt, das Ventil 115 ebenfalls in der Wand 109 angeordnet werden, wenn das erwünscht ist und wenn dieses Ventil derart angeordnet ist, so wirkt es in der oben beschriebenen Weise. Zusätzlich kann die Kammer 62 des Motores 108 ebenfalls als eine positive Prellkammer benutzt werden. Wenn das der Fall ist, so wird das Ventil 115 derart angeordnet, dass es der Luft ermöglicht, in die Kammer 62 eingesaugt zu werden, um die Luft in dieser Kammer zu ersetzen, welche allgemein am Kolben 46 vorbei in die Kammer 68 strömt.
Der Motor 116 gemäss Fig.7 kann bezüglich Aufbau und Wirkungsweise im wesentlichen identisch konzipiert sein wie der Motor 21, wobei die Ausnahme besteht, dass der Motor 116 mit einer Prellkammer versehen ist, die zwischen dem Kolben 52 und dem Synchronisatormechanismus 76 ausgebildet ist. Im Speziellen ist die Wand 117 zwischen den Endflanschen 35 und 36 eingespannt und erstreckt sich über das rechte Ende der Bohrung 29, so dass die Bohrung 39 vom Innern des Synchroiiisatorgehäuses 27 abgetrennt ist. Die Wand 117 weist eine zentrale Öffnung 118 auf, durch die die Welle 74 vorsteht. Ein üblicher Dichtungsring 119 ist in der Öffnung 118 der Wand 117 vorgesehen, um jegliche Luftleckage zwischen der Wand 117 und der Welle 74 während derer Relativbewegung zu verhindern.
Anstelle der Vorsprünge 95 sind die Wandglieder 92 und 93 mit der äusseren Stirnfläche 94 des Kolbens mittels einer Anzahl von relativ dünnen Armen 120 verbunden, die im Abstand von der zentralen Längsachse der Welle 74 angeordnet sind. Abgedichtete, nicht dargestellte Öffnungen sind in der Wand 117 ausgebildet, durch welche die Arme 120 vorstehen.
Die Wand 117 und die äussere Stirnfläche 94 des Kolbens 52 bilden zusammen mit der Bohrung 29 eine Prellkammer 121. Ein Rückschlagventil, das schematisch bei 122 dargestellt ist, ist im Gehäuse 26 angeordnet und ermöglicht der Luft, aus der Kammer 121 ausgestossen zu werden. Dadurch wirkt die Kammer 121 als eine negative Prellkammer. Wenn allerdings das Ventil 122 so geändert würde, dass es der Luft ermöglichen würde, in die Kammer 121 eingesaugt zu werden, so würde die Kammer 121 selbstverständlich als eine positive Prellkammer wirken.
Ein weiterer Vorteil des Motores 116 besteht darin, dass die Wand 117 die Bohrung 29 vom Synchronisatormechanismus 76 abtrennt, wodurch verhindert wird, dass Leckage-Schmiermittel aus dem Synchronisator in die Bohrung 29 eindringt, wodurch die Möglichkeit auf ein Minimum herabgesetzt wird, dass die Luft in der Kompressorkammer 68 verunreinigt wird.
Der Motor 123 gemäss Fig. 8 kann bezüglich Aufbau und Wirkungsweise grundsätzlich gleich wie der Motor 21 konzipiert sein. Doch der Motor 123 weist eine andere Kompressorkammeranordnung auf, die es ermöglicht, dass mit der Kompressorteileinheit des Motores ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erreicht wird.
Der Motor 123 weist ebenfalls eine Wand 124 auf, die ähnlich den Wänden 99 und 109 der Motoren 98 bzw. 108 ausgebildet ist, indem die Wand 124 eine Verbindung zwischen den Bohrungen 28 und 29 verhindert. Wie schon in den Motoren 98 und 108 liegt der Vorteil der Wand 124 darin, dass sie verhindert, dass Öl von der Verbrennungsteileinheit 22 bei Lekkage in die Bohrung 29 eindringt, wodurch die Möglichkeit vermindert wird, dass das Fluidum das im Kompressorteil 24 komprimiert wird, verschmutzt wird. Mit der Wand 124 kann im weiteren die Kammer 62 zwischen dem Kolben 46 und der Wand 124 als eine Prellkammer oder, sofern das erwünscht ist, als eine Spülpumpenkammer für die Verbrennungsteileinheit 22 verwendet werden.
Im Motor 123 ist ein hohles, ringförmiges Glied 125 im Raume 126 angeordnet, das in der Bohrung 29 zwischen den inneren Stirnflächen 66 und 127 der Kolben 46 und 128 ausgebildet ist. Bezüglich des Aufbaues kann der Kolben 128 ähnlich wie der Kolben 52 aufgebaut sein, wenn er auch eine andere Konstruktion aufweisen kann, zumal er als Prellkolben wirkt. Im weiteren braucht der Kolben 128, sofern das erwünscht ist, nicht zu wirken als ein Prellkolben oder für diesen Zweck als Kolben überhaupt, sondern er kann einfach als Gegengewicht wirken und als solcher kann er selbstverständlich verschieden konstruiert sein.
Das hohle Glied 125 weist eine zentrale Öffnung 129, auf die einen nicht dargestellten Dichtungsring einschliesst, der in ihr ausgebildet ist und durch den die Welle 74 gleitbar hervorragen kann. Aber die zentrale Öffnung 129 kommuniziert nicht mit dem Innern des Gliedes 125.
Das Glied 125 teilt die Bohrung 29 in einen linken Teil 131 und in einen rechten Teil 132 auf und verhindert eine Verbindung zwischen diesen beiden Teilen.
Übliche Einwegventile, von denen zwei schematisch bei 133 und 134 dargestellt sind, sind im Gehäuse 26 neben dem Glied 125 angeordnet und ermöglichen der Luft aus der Atmosphäre oder irgend einem zu kom- primierenden Fluidum in den Teil 131 der Bohrung 29 eingesaugt zu werden, wenn der Kolben 26 sich eben in der Bohrung 29 nach links bewegt, d. h. wenn sich der Kolben vom Glied 125 wegbewegt. Übliche Einwegventile, von denen zwei schematisch bei 135 und 136 dargestellt sind, sind im Glied 125 neben der inneren Stirnfläche 66 des Kolbens 46 angeordnet und ermöglichen der komprimierten Luft oder dem komprimierten Fluidum, in die innere Kammer 137 des Gliedes 125 eingepresst zu werden, wenn sich der Kolben 128 nach rechts in der Bohrung 129 bewegt, d. h.
wenn er sich gegen das Glied 125 bewegt. Die innere Kammer 137 des Gliedes 125 steht mit einer Leitung 138 in Verbindung, die die komprimierte Luft oder das Fluidum, das sie enthält, vom Motor 123 wegführt.
Deshalb wird im Motor 123 die Luft oder das Fluidum lediglich durch die Wirkung des Kolbens 46 komprimiert und der Kolben 128 kann zusammen mit dem Teil 133 der Bohrung 29 entweder als eine Prellkammer wirken oder der Kolben 128 kann bloss als ein bewegliches Gewicht mit dem Zwecke wirken, eine vibrationsfreie Wirkungsweise des Motors zu erreichen. Es soll festgestellt sein, dass, sofern das erwünscht ist, die Ventile 133, 134, 135 und 136 ebenso im Teil 132 angeordnet sein könnten, so dass dieser Teil anstelle des Teiles 131 als Kompressionskammer wirken würde.
Wie schon oben dargelegt, besteht der wesentliche Vorteil des Motores 123 darin, dass die Verwendung der Kammer 125 ermöglicht, den volumetrischen Wirkungsgrad der Kompressorteileinheit des Motores wesentlich zu erhöhen. Der Grund dieser Wirkungsgradverbesserung liegt darin, dass dieser Motor so konstruiert werden kann, dass er einen ausgesprochen kleinen Totraum aufweist, indem ein minimaler, zufälliger Überhub des Kolbens 46 vorgesehen ist, weil die Umkehrenergie, d. h. die Energie, die nötig ist, um den Kolben 45 nach links für die nächste Verbrennung in der Kammer 56 zu verschieben, durch den Kolben 128 geliefert werden kann, der als Prellkolben wirkt.
Durch die Verwendung der Kammer 125 und durch die Verwendung des Kolbens 128 als Prellkolben kann die Grösse des Kompressortotraumes unabhängig variiert werden, ohne dass dadurch andere thermodynamische cllarakteristische Grössen des Motores beeinflusst würden.
Wie erwartet, bewirkt der kleinere Totraum und der auftretende höhere volumetrische Wirkungsgrad des Motores 123 eine verlängerte Ventilöffnungszeit und dadurch eine verlängerte Lebenszeit der Ventile, die in der Kompressorteileinheit des Motores 121 verwendet werden. Da im weiteren die Ventile 135 und 136 nicht am Umfang des Gehäuses 26 angeordnet sind, ist der Bereich, der für die Anordnung der Ventile 133 und 134 und der Ventile 135 und 136 anwendbar ist, optimal. Im weiteren resultiert aus dieser Anordnung der Ventile 133, 134, 135 und 136 eine kleinere Leistung für die selbe Luftaustrittsmenge. Der Motor 139 gemäss Fig. 9 ist im wesentlichen bezüglich des Aufbaues und der Wirkungsweise ähnlich wie der Motor 21 konzipiert, wobei die Ausnahme besteht, dass der Motor 139 eine andere, alternierende Totraumanordnung aufweist.
Im Motor 139 ist eine Wand 141 zwischen den geflanschten Teilen 142 und 143 eingeklemmt, die in einem Gehäuse 140 ausgebildet sind, und diese Wand 141 teilt, wie die Glieder 125 im Motor 124, die Bohrung 29 in zwei separate Teile 131 und 132. Die Wand 141 weist eine zentrale Öffnung 144 auf, durch welche die Welle 74 gleitbar hervorstehen kann.
Die Wand 141 und die innere Stirnfläche 67 des Kolbens 52 legen eine Kompressorkammer 145 fest.
Übliche Einwegventile, von denen eines schematisch bei 146 dargestellt ist, sind im Gehäuse 27 neben dem Flansch 143 angeordnet und ermöglichen der Luft oder einem andern zu komprimierenden Fluidum, in die Kompressorkammer 145 angesaugt zu werden, während sich der Kolben 52 nach rechts bewegt, d. h.
während er sich von der Wand 141 wegbewegt. Andere übliche Einwegventile, von denen eines schematisch bei 147 dargestellt ist, sind im Gehäuse 27 neben dem Flansch 142 angeordnet und ermöglichen der komprimierten Luft oder dem Fluidum, aus der Kompressorkammer 145 während der Zeit, in der sich der Kolben nach links, d. h. gegen die Wand 141 bewegt, abgelassen zu werden. Anders als im Motor 124 wird die Kompression der Luft oder des Fluidums vollständig durch den Kolben 52 und den Kolben 46 erreicht und der Teil 131 der Bohrung 29 hat lediglich die Funktion einer Prellkammer.
Die Kompressorkammeranordnung, die im Motor 139 gezeigt ist, ist vom konstruktiven Standpunkt aus einfacher als die entsprechende Kompressorkammeranordnung im Motor 124, weshalb die erstgenannte Anordnung in der Herstellung billiger ist. Im weiteren soll festgestellt sein, dass der Teil 132 als Kompressorkam- mer benützt werden kann, indem die Ventile 146 und 14r auf der linken Seite der Wand 141 plaziert werden und in einem solchen Falle könnte selbstverständlich der Kolben 52 als ein Prellkolben wirken, oder er würde überhaupt nicht als Kolben wirken, sondern konnte b,oss zur Ausbalancierung des Motores verwendet werden.
Wie schon erwähnt, lässt sich dieses Erfindungsprinzip auch auf Motoren anwenden, die eine Mehrheit von Zylindern aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anwendung ist der Motor 186 gemäss Fig. 10, der einen ersten Motorenzylinder 187 mit axial entgegengesetzten Kolben 188 und 189 aufweist, die zur Hin- und Herbewegung in diesem Zylinder angeordnet sind. Ein zweiter Motorenzylinder 191 ist neben dem Motorenzylinder 187 so angeordnet, dass die zentralen Längsachsen der Motorenzylinder 187 und 191 im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Der Zylinder 191 weist ebenfalls ein Paar von axial entgegengesetzten Kolben 191 und 192 auf, die in diesem Zylinder zur Hin- und Herbewegung angeordnet sind. Die Kolben 188 und 192 können identisch ausgebildet sein wie die Kolbeneinrichtung 44 im Motor 21 und die Kolben 189 und 193 können identisch ausgebildet sein wie die Kolbeneinheit 51 im Motor 21.
Die paarweise vorhandenen Stangen 194 und 195 sind an einem Ende an den inneren Stimflächen 196 bzw. 197 der Kolben 188 und 192 befestigt und erstrecken sich gleitbar durch zentrale Öffnungen 198 und 199, die in den Kolben 189 bzw. 193 ausgebildet sind. Jeder der Kolben 189 und 193 weist ein Paar von Ansätzen auf, wobei je einer dieses Paares bei 201 und 202 dargestellt ist. Diese Ansätze sind an den äusseren Stirnflächen 203 und 204 der Kolben 189 bzw.
193 befestigt. Bezüglich Aufbau und Wirkungsweise kann jeder der Zylinder 187 und 191 identisch konzipiert sein wie derjenige im Motor 21 gemäss Fig. 1.
Eine Querstange 205 ist befestigt an und getragen von den anderen Enden der Stangen 194 und 195. Die Querstange 205 ihrerseits trägt die Doppelzahnstange 78 des Synchronisatormechanismus 206, der bezüglich Konstruktion und Wirkungsweise identisch konzipiert sein kann wie der Synchronisatormechanismus 76 der im Motor 21 verwendet wird, wobei lediglich insofern ein Unterschied besteht, als die Bestandteile des Mechanismus 206 dicker dimensioniert sind als die entsprechenden Teile im Mechanismus 76. Die Ansätze 201 und 202 sind Teile eines Wandgliedes 93 und sind befestigt an und getragen von den Zahnstangen 96 und 97 des Mechanismus 206, so dass die Zähne dieser Zahnstangen in die Zähne der Ritzel 84 und 85 eingreifen. Die Zähne der Ritzel 84 und 85 stehen im Eingriff mit den Zähnen der Zahnstangen 82 und 83, die auf der Stange 78 ausgebildet sind.
Wie schon dargelegt, funktioniert der Synchronisatormechanismus 206 in der selben Weise wie der Mechanismus 76, so dass die Bewegung der Kolben 188 und 192 in der einen Richtung eine entsprechende Bewegung der Kolben 189 und 193 in der entgegengesetzten Richtung bewirkt.
Der Motor 207 gemäss den Fig. 11 und 12 ist bezüglich der Konstruktion und der Wirkungsweise ähnlich dem Motor 186, wobei lediglich die Ausnahme besteht, dass kein Bestandteil der Kraftübertragungsvorrichtung, die die Kolben 208 und 209 mit dem Syn chronisatorrnechanismus 211 verbindet, durch die axial entgegensetzten Kolben 212 und 213 hindurchdringt oder vorsteht. Vielmehr sind die Kolben 208 und 209 nicht gleich ausgebildet wie die Kolbeneinheit 44 im Motor 21, sondern sie sind vielmehr beide miteinander verbunden zu einem einzigen Kolben 214 mit einem grösseren Durchmesser, wie das im folgenden beschrieben werden wird.
Im Detail weist der Motor 207 einen ersten und einen zweiten Motorenzylinder 215 und 216 auf, die ein gemeinsames Verbindungsglied 217 teilen. Axial entgegengesetzte Kolben 208 und 212 sind zur Hinund Herbewegung im Motorenzylinder 215 angeordnet und legen eine Verbrennungskammer 218 zwischen sich fest. In gleicher Weise axial entgegengesetzte Kolben 209 und 213 sind innerhalb des Motorenzylinders 216 zur Hin- und Herbewegung angeordnet und legen eine Verbrennungskammer 219 zwischen sich fest. Stangen 221 und 222 sind am einen Ende an den äusseren Stirnflächen 223 und 224 der Kolben 208 und 209 befestigt, erstrecken sich nach links, um den Kolben 208 und 209 und sind an ihren anderen Enden an einem Bügel 225 befestigt, der sich von der zentralen Längsachse des Motorenzylinders 215 zur zentralen Längsachse des Motorenzylinders 216 erstreckt.
Eine Stange 226 ist am einen Ende in der Mitte des Bügels 225 angebracht und erstreckt sich durch eine Bohrung 227, die im Verbindungsglied 217 ausgebildet ist. Das andere Ende der Stange 226 ist befestigt an und getragen von der Doppelzahnstange 78, welche einen Bestandteil des Synchronisatormechanismus 211 bildet. Der Synchronisatormechanismus 211 kann sowohl bezüglich Konstruktion als auch Wirkungsweise identisch ausgebildet sein wie der Synchronisatormechanismus 206 des Motores 186. Die Zahnstangen 96 und 97 des Mechanismus 211 sind mittels Wandgliedern, von denen eines bei 93 dargestellt ist und mittels zwei Paaren von Ansätzen, von denen ein Paar bei 228 und 229 dargestellt ist, verbunden mit und getragen von den Kolben 212 und 213.
Eine andere Stange 231 verbindet den Bügel 225 mit dem Kolben 214 und diese Stange fluchtet mit der Stange 226. Wie in Fig. 11 dargestellt, ist der Kolben 214 zur Hin- und Herbewegung in einem zylindrischen Gehäuse 232 angeordnet, wobei der Kolben 214 und das Gehäuse 232 eine Kompressorkammer 233 zwischen sich festlegen. Die Wirkungsweise des Motores 207 kann im Grunde genommen ähnlich vor sich gehen wie diejenige des Motores 186 und des Motores 21.
Trotzdem soll gesagt sein, dass der Motor 207 insbesondere geeignet ist, zu ermöglichen, dass die Kammern 218 und 219 als Verbrennungskammern dienen, während der Kolben 214 und das Gehäuse 232 als die Kompressionsteileinheiten des Motores dienen.
Im weiteren soll klargestellt sein, dass im Motor 186 und insbesondere im Motor 207 der Motor mehr als 2 Motorenzylinder aufweisen kann. So ist im Motor 207, solange die zentralen Längsachsen der Motorenzylinder alle äquidistant von der zentralen Längsachse der Stange 226 angeordnet sind, die einzige wesentliche Begrenzung bezüglich der Zahl der Zylinder, die im Motor 207 verwendet werden können, durch den verwendbaren Umfangsraum gegeben. Besonders wenn der Kolben 214 und das Zylindergehäuse 232 als Kompressorteileinheiten des Motores verwendet werden, liegt der Vorteil in der Verwendung einer Mehrzahl von Zylindern darin, dass die Grösse der Motorenzylinder entsprechend reduziert werden kann, um die thermische Belastung der Verbrennungsteile zu reduzieren.
Aus dem Vorangegangenen wird offensichtlich, dass die Erfindung, die hier beschrieben wurde, einen bedeutenden Durchbruch im Gebiet der Freikolbenmotoren bildet und dass diese Erfindung ermöglicht, mit Freikolbenmotoren die Vorteile zu erreichen, die sie gegenüber den herkömmlichen Kurbelwellen-Brennkraftmaschinen der selben Klasse und Kolbengeschwindigkeit aufweisen. So erlaubt die Verwendung der Prinzipien dieser Erfindung im Gegensatz zu früheren Motoren eine wesentliche Freiheit im Aufbau von Freikolbenmotoren, weil der Synchronisator und die hauptsächlichen Teile des Motores im wesentlichen unabhängig voneinander konzipiert werden können, wodurch für jeden gegebenen Motor ermöglicht wird, dass ein optimaler Aufbau für die Motorenteile und den Synchronisator erreicht werden kann.
In der Überzeugung, dass die Prinzipien dieser Erfindung ein grosses Anwendungsgebiet aufweisen, wurde in diesem Falle der Ausdruck Motor im Sinne einer Gattung verwendet, um alle Typen von Freikolbenmaschinen einzuschliessen, sowie Freikolbenkompressoren und Freikolbenvergaser.
Selbstverständlich ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Merkmale der verschiedenen Maschinen, die hier offenbart wurden, untereinander ausgewechselt und in Kombination verwendet werden können. Ebenso sollte es offensichtlich sein, dass noch weitere Änderungen der Maschinen, die hier offenbart wurden, möglich sind. So sind beispielsweise grössere Maschinen möglich; der Aufbau des Synchronisators kann im wesentlichen angeordnet sein innerhalb und getragen sein von der durchdrungenen Kolbeneinheit, d. h. der Kolbeneinheit, die der Kolbeneinheit 51 im Motor 21 entspricht. Im weiteren kann die durchdrungene Kolbeneinheit auch nur eine begrenzte Bewegung innerhalb des Motorenzylinders aufweisen und kann, streng gesprochen, in der Tat nicht als ein Kolben wirken.
Im weiteren kann die Zahnstange 78 des Synchronisatormechanismus 76 im Motor 21 mehr als zwei Zahnstangeneinheiten aufweisen, die auf ihr ausgebildet sind. Natürlich muss jede zusätzliche Zahnstange mit einem separaten Ritzel kämmen, der seinerseits mit einer anderen Zahnstange im Eingriff steht, die durch die daneben liegende Kolbeneinheit 51 getragen ist.
Wiederum können die Zähne jeder Zahnstange im wesentlichen in radialer Richtung nach aussen von der zentralen Längsachse der Zahnstange hervorstehen, um so einen passenden Raum für die Anordnung der Ritzel vorzusehen. Der Vorteil der Verwendung von mehr als zwei Zahnstangen liegt darin, dass der Synchronisator grössere Kräfte übertragen kann oder dass, sofern das erwünscht ist, billigere Materialien geringerer Qualität im Synchronisator verwendet werden können. Als weiteres Beispiel der Abänderung des Mechanismus 76 können die Zahnstange 78 und die Ritzel 84 und 85 im Mechanismus 76 durch oszillierende Zahnradmittel ersetzt werden, die mit den Zahnstangen 96 und 97 in Eingriff stehen und die mit der Welle 74 verbunden sind.
In gleicher Weise können die Zahnstangen 96 und 97 und die Ritzel im Mechanismus durch oszillierende Zahnradmittel ersetzt werden, welche mit den Zahnstangen 82 und 83 kämmen und die mit dem Kolben 52 verbunden sind.