Gratis stempelmaskin

Dampmotor Denis Papin 1707

Den gratis stempelmaskinen kombinerer en varmemotor med intern eller ekstern varmeforsyning og en arbeidsmaskin ( pumpe , kompressor , generator ). Karakteristisk er direkte overføring av den sykliske bevegelsen til stempelet til varmemotoren til arbeidsdelen uten drivmekanisme; Dette eliminerer behovet for mekaniske drivmekanismer, for eksempel en veivdrift . Kraften leveres ikke mekanisk. Frimerkemotorer fungerer vanligvis som totaktsmotorer (forbrenning), men det finnes også Stirling-motorer med fritt stempel (ekstern varmeforsyning, ikke nødvendigvis forbrenning).

Frimerkemaskiner kan bygges enkelt (få bevegelige deler) og kompakte og har et lavt forhold mellom kraft og vekt .

Slike maskiner ble masseprodusert av blant andre Junkers (rundt 1926), SIGMA (Pescara) (1934) og Sulzer (1942).

Søknadsskjemaer

Hvis en lineær generator, en kompressor eller en hydraulisk pumpe er integrert i den gratis stempelmotoren, opprettes en kompakt enhet.

Motor / generator

En gratis stempelgenerator, dvs. en gratis stempelmotor med en integrert lineær generator for å generere elektrisk energi, er en av de vanligste stempelmaskinene. Uttrykket lineær generator for fritt stempel ble laget for visse utførelsesformer for fristempelgeneratorer .

Systemer med kombinert varme og kraft drives for det meste av Stirling frimerkemotorer. De viktigste produsentene av gratis stempelmaskiner var Sigma i Frankrike og Alan Muntz & Co. fra Storbritannia til 1970-tallet.

Pescara-motoren ble brukt av den amerikanske marinen i 1952 som en gassgenerator for en gasturbin og oppnådde en effekt på rundt 900 kW. I 1956 undersøkte et team fra General Motors under ledelse av Arthur F. Underwood en stempelmotor for GM XP-500- testkjøretøyet for å generere gass til den faktiske drivturbinen med en effekt på 184 kW (250 hk). Allerede i 1940 planla den britiske flydesigneren LE Baynes bruken av Pescara-gassgeneratorer (Pescara-Muntz P.42) for å kjøre en 130 t flygende båt, med drivturbinene hver som skulle levere 2000 til 3000 hk. Prosjektet kom imidlertid ikke utover planleggingsfasen.

kompressor

Den vanligste applikasjonen er direkte stasjonskompressor. For små kompressorer bygges stempler som virker mot en fjær og er elektrisk drevet. Junkers gratis stempelkompressorer ble brukt til å generere trykkluft på tyske ubåter under andre verdenskrig . Slike kompressorer ble masseprodusert på den tiden. De bygges fortsatt i dag (E + JE-kompressorer).

hydraulisk pumpe

Skjematisk struktur for en termohydraulisk maskin med fritt stempel (TU-Dresden 2003)

I thermohydraulic F rei k olben m achine (FKM), den frigjorte på forbrenningsmotoren side føres ut til den hydrauliske kraft side i form av hydrauliske arbeids. Navnet kommer fra kombinasjonen av termodynamikk (forbrenning) og hydraulikk. Til slutt er det en hydraulisk pumpe som forsynes med energi av en forbrenningsmotor.

En variant av den gratis stempelmaskinen som en hydraulisk pumpe er den såkalte vannsøylemaskinen . Her virker bakvann direkte på pumpemediet, som salt saltlake, via en (eller flere) stempler.

Jordkomprimator og pædriver

En applikasjon av gratis stempelmaskiner som fremdeles finnes i dag er:

• Rams , med hvilke peler for å feste fundamenter eller spuntvegger drives i hovedsak vertikalt i bakken. Driven kan foregå via damp, trykkluft eller antenning av en drivstoff-luftblanding. Under arbeidsslaget akselererer stempelet eller sylinderen bjørnen på toppen av den, en lineær hammermasse som veier opptil 20 tonn , så sterkt oppover at bjørnen kastes opp til noen få meter og faller tilbake under den konstante effekten av tyngdekraft akselerasjon og til slutt på pæle materiale som holdes støt. Målet er å oppnå et høyt nivå av impulsoverføring til haugen for gradvis å kjøre den i bakken.
• Eksplosjonsrammer, brosteinsrammer og pæleførere som kan betjenes og flyttes av en person som den legendariske DELMAG H2S. eller DELMAG-frosken. Stempelet støttes på gulvet og akselererer enheten med sylinderen oppover, som deretter når en høyde på ca. 25 cm, og tar stemplet med seg via fjærkraft. Under konstant innflytelse av tyngdekraften faller enheten til bakken, som komprimeres når den skyves av og når den lander. Arbeidsfrekvensen er omtrent 1 Hz. En dosert og manuelt påvirket helning fører til horisontal fremgang med hvert trampetrinn. Disse jordstammere eller asfalteringsstamper finnes sjelden på byggeplasser fordi deres sikre håndtering krever litt øvelse, og de er erstattet av hydrauliske, pneumatiske, elektromekaniske eller firetakts maskindrevne systemer som vibrerer mye raskere.

Fordeler og ulemper

Fordelene med en gratis stempelmaskin er:

• Integrering av to maskiner i et felles hus
• Kompakt enhet med få enkeltdeler (i prinsippet kan en fritt stempelvarmemotor klare seg med en bevegelig del, stempelet, noe som gjør det billig å produsere hvis problemet med å koble ut energien er løst)
• ingen komplekse og dyre mekaniske stasjoner (f.eks. sveivdrift)
• ingen sidestempelkraft på grunn av skråstillingen til koblingsstangen, ingen lagerfriksjon
• lav masse
• enkel å montere og vedlikeholde
• ukonvensjonelle driftsmodi mulig (variabel slag; puls pausemodulering, ...)

Ulempe:

• start kan være problematisk da en roterende startmaskin ikke er enkel å bruke
• i tilfelle feilfeil, stopper en maskin med fritt stempel uunngåelig (veivakselmotoren kan fortsette å rotere på grunn av svinghjulets kinetiske energi)
• bevegelsen til det frie stempelet må stabiliseres med kompleks kontroll (stempelbevegelsens døde sentre er ikke spesifisert av veivakselen)
• de ekstremt høye akselerasjonene til stempelet i forbrenningsmotorens øverste dødpunkt påvirker forbrenningsprosessen på en tidligere ukjent måte
• begrenset effektområde (ca. 15 til 50 kW)
• problematisk drift av hjelpeenhetene (drivstoffpumpe, kjølevannspumpe, generator, ...)
• Støy og vibrasjonsadferd helt forskjellig fra etablerte roterende forbrenningsmotorer
• enkeltvirkende maskin forårsaker betydelige treghetskrefter

Forskning og utvikling

Det utføres for tiden forskning på blant annet maskiner med gratis stempel på følgende steder:

• Innas BV (Breda, Nederland)
• German Aerospace Center ( DLR , Stuttgart)
• Technical University of Dresden i samarbeid med Bosch Rexroth
• Universitetet i Tammerfors (Finland)
• Caterpillar (Peoria / Illinois, USA)
• Volvo (Göteborg, Sverige; svensk navn: Frikolvmaskin)
• Sandia National Laboratories, USA
• Newcastle University (Storbritannia)
• Toyota Central R&D Labs, Inc. (Japan)
• Beetron GmbH (Sveits)

Se også

• Stelzer-motor
• Raúl Pateras Pescara

weblenker

Wiktionary: Gratis stempelmaskin  - forklaringer på betydninger, ordopprinnelse, synonymer, oversettelser

• Gratis nettsted med stempelmotorhistorie inkludert basert på poster fra teknisk direktør i Pescara
• Funksjonelt prinsipp og eksempler basert på Pescaras utvikling på 1930-tallet
• Termohydraulisk gratis stempelmaskin
• Mikalsen R., Roskilly AP En gjennomgang av motorer med gratis stempel og historie. Applied Thermal Engineering 2007: 27: 2339-2352. (PDF; engelsk; 300 kB)

Individuelle bevis