DE1483399A1

DE1483399A1 - Piston machine for generating pressure variations

Info

Publication number: DE1483399A1
Application number: DE1965K0056034
Authority: DE
Inventors: Holm Bengt Lennart
Original assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Current assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Priority date: 1964-05-19
Filing date: 1965-05-07
Publication date: 1969-03-13
Also published as: GB1083802A; FR1434698A; BE664013A; FI41127B; DE1483399B2; NO116454B; ES312945A1; NL6506266A

Description

Zur Erzeugung von Schall mit bestimmter und vorzugsweise konstanter Frequenz z. B. zum Signalisieren an Bord von Schiffen od. dgl., kann man von einer sog. Koibensirene Gebrauch machen, welche grundsätzlich aus einer an ein Resonanzsystem angeschlossenen Kolbenmaschine mit einem in einem Zylinderlauf durch|eine Kurbel verschiebbaren Kolben besteht, der von einem Motor in schndle Hin- und Herbewegung versetzt wird, wobei die vom Kolben verschobene luftmasse in dem Resonanzsystem enthalten ist, dessen Eigenschwingungsfrequenz annähernd mit der Bewegungsfrequenz des Kolbens übereinstimmt.To generate sound with a certain and preferably constant frequency z. B. for signaling on board Ships or the like, you can make use of a so-called Koibensiren, which basically consists of one to one A piston machine connected to the resonance system with a piston that can be moved in a cylinder barrel by a crank consists, which is set in fast reciprocating motion by a motor, whereby the air mass displaced by the piston in the resonance system is included, whose natural oscillation frequency is approximately the same as the movement frequency of the piston matches.

Bei den bisher vorkommenden Kolbensirenen besass die Kolbenmaschine einen zylindrischen Kolben von gebräuchlicher Ausbildung, d. b. derselben Ausbildung wie die Kolben in Brennkraftmaschinen und Verdichtern, und dieser Kolben wurde Im Zylinderlauf von einer an die Kurbel gekuppelten KurbelstangeIn the piston sirens that have occurred up to now, the Piston machine a cylindrical piston of conventional design, d. b. same training as the pistons in internal combustion engines and compressors, and this piston was in the cylinder barrel by a connecting rod coupled to the crank

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axial hin und her verschoben, welche Kurbelstange mittels eines G_elenkzapfens entweder direkt mit dem Kolben oder mit einer durch ein Querglied axial geführten Kolbenstange verbunden war, die ihrerseits mit dem Kolben starr verbunden war, wobei der Motor die Kurbel über ein Getriebe, beispielsweise ein Zahnradgetriebe antrieb.axially moved back and forth, which connecting rod was connected by means of a G _e kingpin either directly to the piston or with an axially guided by a transverse member piston rod which was in turn connected rigidly to the piston, wherein the motor, the crank via a gear, for example a Gear drive.

Biese Bauarten sind vor allem dadurch nachteilig, daß ein parallelgeftihrter zylindrischer Kolben verhältnismäßig schwer wird und daß Lager sowie deren Schmierung an demjenigen Gelenkzapfen angeordnet werden müssen, der die Kurbelstange mit dem Kolben oder der Kolbenstange verbindet. Die Schmierung, die zur Herabsetzung der Kolbenreibung im Zylinderlauf erforderlich ist, ist ferner besonders ungünstig, da der Zylinderlauf an dem einen Ende über das Resonanzsystem direkt mit dem Freien in Verbindung steht, so daß das Schmiermittel in nicht unbeträchtlichem Umfang aus dem Zylinderlauf durch das Resonanzsystem hinausgeblasen und velorengeben wird, wenn die Kolbensirene im Betrieb ist.These types of construction are particularly disadvantageous in that a parallel-guided cylindrical piston is relatively becomes difficult and that bearings and their lubrication must be arranged on the pivot pin that the Connecting rod with the piston or the piston rod connects. The lubrication, which is used to reduce piston friction in the Cylinder running is required is also particularly unfavorable, since the cylinder running at one end via the resonance system is directly in contact with the outdoors, so that the lubricant in not inconsiderable extent from the The cylinder barrel is blown out and lost by the resonance system when the piston siren is in operation.

Bei Kolbensirenen liegt deshalb ein Bedarf an einer Kolbenmaschine vor, bei der man durch zweckmäßige Wahl der Materialien des Kolbens und des Zylinderlaufs letzterem kein Schmiermittel zuzuführen braucht, um dia Reibung bei der Bewegung des Kolbens im Zylinderlauf herabzusetzen, und bei der der bisher vorkommende Gelenkzapfen zur Verbindung^ der Kurbelstange mit dem Kolben oder der Kolbenstange entferntIn the case of piston sirens, there is therefore a need for a piston machine in which one can, by appropriate choice of the Materials of the piston and the cylinder barrel does not need to supply lubricant to the latter in order to prevent friction during the Reduce movement of the piston in the cylinder barrel, and in which the previously occurring pivot pin to connect ^ the Crank rod with the piston or piston rod removed

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ist und die Masse des beweglichen Systems desweiteren niedrig ist, was mit Rücksicht auf die für die Tonfrequenzerzeugung notwendige hohe Bewegungefrequenz des Kolbens außerordentlich wesentlich ist. Der Bedarf an einer solchen Kolbenmaschine dürfte jedoch nicht allein bei Kolbensirenen vorliegen, denn bei Kolbenmaschinen zur Beförderung von Gasen und Flüssigkeiten im allgemeinen, insbesondere Verdichtern und Pumpen, die ein geringes Gewiobt haben und das mittels der Kolbenmaschine beförderte Gas oder Flüssigkeit nicht verunreinigen sollen, dürften dieselben Anforderungen bestehen.and the mass of the moving system is also low is what is extraordinary with regard to the high frequency of movement of the piston necessary for the generation of audio frequencies is essential. However, the need for such a piston machine should not only exist in the case of piston sirens, because in piston engines for conveying gases and liquids in general, especially compressors and pumps that have a low weight and that the gas or liquid conveyed by means of the piston machine does not should contaminate, the same requirements should apply.

Um diesem Bedarf zu genügen, wird gemäß der Erfindung eine Kolbenmaschine zur Erzeugung von Druokvarietionen mit einem in einem Zylinderlauf mittels Kurbel axial vereohiebbaren Kolben vorgeschlagen, welobe daduroh gekennzeichnet ist, daß der Kolben zur Kippbewegung im Zylinderlauf geführt ist, indem eine mit dem Kolben starr verbundene Kolbenstange direkt an die Kurbel gekuppelt ist.To meet this need, according to the invention, a piston machine for producing Druokvarietionen proposed with a piston that can be axially displaced by means of a crank in a cylinder barrel, marked welobe daduroh is that the piston for tilting movement in the cylinder barrel is guided by a piston rod rigidly connected to the piston is coupled directly to the crank.

Zur Erläuterung der Erfindung ist eine Kolbenmaschine dieser Art unter Hinweis auf die Zeichnung in Verbindung mit einer Kolbensirene im folgenden näher beschrieben, da die Erfindung innerhalb dieses besondere Anwendungsgebietes zustandegekommen 1st. Es zeigt:To explain the invention, a piston machine of this type with reference to the drawing is in connection with a piston siren described in more detail below, since the invention within this particular field of application came about 1st. It shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kolbeneirene mit in Axialschnitt dargestellter, erfindungsgemäßer Kolbenmaschine,1 shows a side view of a piston engine with a piston machine according to the invention shown in axial section,

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Fig. 2 eine Draufsicht eines Teile der Kolbensirene mit der Kolbenmaschine ebenfalls im Axia!schnitt,2 shows a plan view of part of the piston siren with the piston engine, also in axial section,

Fig. 3 einen Axialscbnitt in größerem Maßstab des Zylinderlaufe mit dem beweglichen System in einer abgeänderten Ausführung, und3 shows an axial section on a larger scale of the cylinder barrel with the movable system in one modified version, and

Fig. 4 is a plan view of the cylinder barrel.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Kolbeneirene umfaßt einen elektrischen Motor 10, der direkt an ein Winkelgetriebe 11 mit Kegelrädern gekuppelt ist. Dieses Getriebe ist in einem Getriebegehäuse 12 eingeschlossen, welohes das für das Getriebe erforderliohe Schmiermittel enthalten kann und bei den Durchführungen für die Antriebs- und Abtriebswellen des Getriebes in zweckmäßiger Weise abgedichtet 1st. Auf der Abtriebewelle let außerhalb des Getriebegebäuses eine ausgewuchtete Kurbelscbeibe 13 angebracht.The piston Eirene shown in Fig. 1 and 2 comprises an electric motor 10 which is directly connected to an angular gear 11 is coupled with bevel gears. This gearbox is enclosed in a gearbox housing 12, which is the one for the Transmission may contain required lubricants and in the bushings for the drive and output shafts of the Transmission sealed in an expedient manner 1st. Let a balanced one on the output shaft outside the gearbox housing Crank disk 13 attached.

Ein Zylinder 14 enthält einen tellerförmigen Kolben 15f dessen Dioke vom Mittelpunkt auf den Umfang des Kolbens tu abnimmt, wo der Kolben verhältnismäßig dünn ist. Mit diesem Kolben ist eine Kolbenstange 16 starr verbunden, die aus dem Zylinder an dessen einem Ende herausragt und an ihrem äußeren Ende duroh eineingekapseltes Lager auf dem Kurbeleapfen der Kurbeleobeibe 13 gelagert 1st. Bei Umlauf der Kurbelsobelbe wird der Kolben somit nlobt Im Zylinder parallelrereoboben, wie dies bei Kolbenmasoblnen Ubliob let, sondern glelohvtitig wie er axial versoboben wird, wird ihmA cylinder 14 contains a plate-shaped piston 15f whose dioke from the center to the circumference of the piston tu decreases where the piston is relatively thin. With this piston, a piston rod 16 is rigidly connected protrudes from the cylinder at one end and an encapsulated bearing on the crank pin at its outer end the crank disk 13 is mounted. When the crank top rotates, the piston is thus nlobt in the cylinder parallel rereoboben, like this with piston masoblnen Ubliob let, but rather how smooth it is axially slapped, it becomes

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eine Kippbewegung um eine zur Drehungeachse der Kurbelscheibe, d. h. der Abtriebewelle des Winkelgäriebes, parallele Achse verliehen.a tilting movement around an axis of rotation of the crank disk, d. H. the output shaft of the Winkelgäriebes, parallel axis awarded.

Der Zylinder 14 ist an seinem anderen Ende an ein Resonanzborn 17 angeschlossen. Diejenigen Druokanstiege und Druckabfälle im Verhältnis zum Durohsobnittsdimck im Zylinderraum 18 zwischen dem Kolben und dem Resonanzhorn, die bei der Bewegung des Kolbens entstehen und siob durch das Horn fortpflanzen, das auf etwa die Bewegungsfrequenz des Kolbens abgestimmt ist, rufen eine stehende Druckwelle im Resonanzborn sowie eine von der Hornmtindung nach außen fortschreitende Druckwelle hervor. Die Wirkung der stehenden Druckwelle im Verhältnis zu der der fortschreitenden Welle hängt dabei von den Eigenschaften des Resonanzhorns als Resonator und Anpassungsorgan ab, welche Eigenschaften ihrerseits von u. a. der Krümmung und den Abmessungen des Resonanzhorns abhängig sind.The cylinder 14 is connected to a resonance fountain 17 at its other end. Those druok rises and Pressure drops in relation to the Durohsobnittsdimck im Cylinder space 18 between the piston and the resonance horn, which arise when the piston moves and siob through Propagating the horn, which is tuned to roughly the frequency of movement of the piston, call a standing pressure wave in the Resonanzborn as well as a pressure wave progressing outward from the hornmoid. The effect of the standing Pressure wave in relation to that of the advancing wave depends thereby on the properties of the resonance horn as The resonator and the adaptation organ determine which properties in turn depend on, among other things. the curvature and dimensions of the Are dependent on the resonance horn.

Der tellerförmige Kolben 15 kann in seiner Gesamtheit aus einem Material mit guten Lagereigenschaften, beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder einer Komposition ausgeführt sein, in der Polytetrafluoräthylen mitenthalten ist, oder auoh kann dieses Material nur auf den Randteil des Kolbens beschränkt sein, während der Kolben im übrigen aus Metall besteht. Der Zylinder erfordert dabei keine Schmierung, und da das Getriebe 11 ganz eingekapselt und naoh außenThe plate-shaped piston 15 can be made in its entirety from a material with good storage properties, For example, polytetrafluoroethylene or a composition containing polytetrafluoroethylene is, or auoh, this material can only be limited to the edge part of the piston, while the piston is otherwise made Made of metal. The cylinder does not require any lubrication, and since the transmission 11 is completely encapsulated and close to the outside

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abgedichtet 1st und da auch das Kurbelzapfenleger von gekapselter Ausbildung ist, kann man jegliche Abschmierung mit öl oder anderem flüssigen Mittel entbehren, ausgenommen im eigentlichen Getriebegehäuse, aus welchem kein ölaustritt vorzukommen braucht, da sich dne einwandfreie Abdichtung an den Antriebs- und Abtriebswellen des Getriebes leicht erzielen IMBt und Ölwechsel nur selten vorgenommen zu werden braucht.sealed 1st and since the crankpin layer is also encapsulated, any kind of lubrication can be used dispense with oil or other liquid means, except in the actual gear housing, from which no oil leaks needs to occur, as there is a perfect seal on the drive and output shafts of the gearbox easily achieve IMBt and oil changes are rarely made needs to become.

Im Bedarfsfalle kann der Umfang des Kolbens 15 mit einem solchen Profil, z. B. annähernd sphärischem Profil, ausgebildet werden, daß er auch in einer zum Zylinderquersohnitt geneigten Stellung gegen den Zylinderlauf abdichtet, und zu demselben Zweck kann man den Zylinderlauf mit geeignetem Profil ausbilden. Eine Abänderung der letzteren Art 1st in Pig. 3 und 4 dargestellt. In diesen Figuren ist der Zylinderlauf mit einer Verengung ausgeführt, die von einem gesonderten Einsatz 20 im Zylinder 14 gebildet ist. Dieser Einsatz bildet zwei in der Axialrichtung des Zylinders gewölbte Flächen 2OA und 2OB, die sich auf je einer Seite zur Kurbelwelle parallelen Diametralebene zum Zylinderlauf erstrecken; diese Ebene ist durch eine striobpunktierte Linie 21 angedeutet. Jede dieser gewölbten Flächen bat von der genannten Diametralebene zu einer zu ihr senkrechten Diametralebene (durch eine strichpunktierte Linie 22 markiert) einen sukzessiv abnehmenden Rad la!abstand,, soIf necessary, the circumference of the piston 15 with such a profile, for. B. approximately spherical profile, be designed so that it seals against the cylinder barrel even in a position inclined to the cylinder cross-section, and for the same purpose the cylinder barrel can be designed with a suitable profile. A modification of the latter Art 1st in Pig. 3 and 4 shown. In these figures, the cylinder barrel is designed with a constriction that extends from a separate insert 20 is formed in the cylinder 14. This insert forms two in the axial direction of the Cylinder curved surfaces 2OA and 2OB, which are on each a side parallel to the crankshaft diametrical plane extend to the cylinder barrel; this level is dotted with a striobot Line 21 indicated. Each of these curved surfaces went from the above-mentioned diametrical plane to one perpendicular to it Diametrical plane (marked by a dash-dotted line 22) a successively decreasing wheel distance, see above

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daß jede Fläohe im Grundriß gesehen die Porn einer sehr dünnen Mondeiobel bat, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Form der Flächen soll sieb selbstverständlich an die Bewegung des tellerförmigen Kolbens anschließen, und sie läßt sich unter Anwendung bekannter Theoreme mathematisch berechnen.that each area seen in the ground plan is one very thin Mondeiobel bat, as can be seen from Fig. 4. the The shape of the surfaces should of course match the Connect movement of the plate-shaped piston, and it can be mathematically using known theorems to calculate.

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Claims

, [jir | not veined - 8 - claims

1. Piston machine for generating pressure variations

with one axially displaceable in a cylinder barrel by means of a crank Piston, characterized in that the piston (15) is guided for tilting movement in the cylinder barrel by a piston rod (16) rigidly connected to the piston is coupled directly to the crank (13).

2. Piston machine according to claim 1, characterized by dadurob, that the piston (15) is plate-shaped.

3. Piston machine according to claim 2, characterized in that the piston (15) from the center to the circumference is of decreasing thickness.

4. Piston machine according to claim 2 or 3 »dadurob characterized in that the cylinder barrel (14) is narrowed in the area of movement of the piston (15), the narrowing two surface sections curved in the axial direction of the cylinder barrel (20A, 20B), which extend on each side of a diametrical plane (21) parallel to the crankshaft to the Extending the cylinder barrel, with each Pläohenabsohnitt of the said diametrical plane has a successively decreasing radial distance from a diametrical plane (22) perpendicular to it has to the Aobse of the cylinder barrel.

5. Piston engine naoh claim 4, characterized in that the constriction durob an insert (20) in Cylinder barrel (14) is formed.

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6. Piston machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piston (15) in its Entire or only its edge part consists of a material with good storage properties.

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