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Freikolbenmaschine

Die Freikolbenmaschine kombiniert eine Wärmekraftmaschine mit innerer oder äußerer Wärmezufuhr und eine Arbeitsmaschine (Pumpe, Verdichter, Generator). Charakteristisch ist die direkte, triebwerklose Übertragung der zyklischen Bewegung des Kolbens der Wärmekraftmaschine auf den Arbeitsteil; dadurch entfallen jegliche mechanische Triebwerke, wie zum Beispiel ein Kurbeltrieb. Die Leistung wird nicht auf mechanischem Weg abgegeben. Freikolbenmotoren arbeiten in der Regel als Zweitakter (innere Verbrennung), es gibt aber auch Freikolbenstirlingmaschinen[1] (äußere Wärmezufuhr, nicht zwingend Verbrennung).

Freikolbenmaschinen lassen sich einfach (wenig bewegte Teile) und kompakt bauen und haben ein hohes Leistungs-Gewichts-Verhältnis.

Derartige Maschinen wurden unter anderem von Junkers (etwa 1926), SIGMA (Pescara) (1934) und Sulzer (1942) in Serie gefertigt.

Inhaltsverzeichnis

Anwendungsformen


Integriert man in den Freikolbenmotor einen Lineargenerator, einen Kompressor oder eine Hydraulikpumpe, entsteht eine kompakte Einheit.

Motor/Generator

Ein Freikolbengenerator, also ein Freikolbenmotor mit integriertem Lineargenerator zur Erzeugung elektrischer Energie, ist eine der gängigsten Freikolbenmaschinen. Für bestimmte Ausführungsformen von Freikolbengeneratoren wurde der Begriff Freikolben-Lineargenerator geprägt.[2][3]

Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung werden meist von Stirling-Freikolbenmotoren angetrieben. Die bedeutendsten Hersteller von Freikolbenmaschinen waren bis in die 1970er Jahre Sigma in Frankreich und Alan Muntz & Co. aus Großbritannien.

Der Pescara-Motor wurde 1952 von der US-Marine als Gaserzeuger für eine Gasturbine eingesetzt und erreichte eine Leistung von etwa 900 kW. 1956 untersuchte ein Team von General Motors unter Leitung von Arthur F. Underwood bei dem Versuchsfahrzeug GM XP-500 eine Freikolbenmaschine zur Gaserzeugung für die eigentliche Antriebsturbine von immerhin 184 kW (250 PS) Leistung. Bereits 1940 plante der britische Flugzeugkonstrukteur L. E. Baynes die Verwendung von Pescara Gaserzeugern (Pescara-Muntz P.42) als Antrieb für ein 130-t-Flugboot, wobei die Antriebsturbinen jeweils 2000 bis 3000 PS liefern sollten. Das Projekt kam jedoch über das Planungsstadium nicht hinaus.[4]

Kompressor

Häufigste Anwendung ist der direkt angetriebene Kompressor. Für kleine Kompressoren werden gegen eine Feder arbeitende Kolben gebaut, die elektrisch angetrieben werden. Auf deutschen U-Booten wurden im Zweiten Weltkrieg Freikolbenkompressoren von Junkers zur Erzeugung der Druckluft verwendet. Solche Kompressoren wurden damals in Serie produziert. Sie werden auch heute noch gebaut (E+JE Kompressoren[5]).

Hydraulikpumpe

Bei der thermohydraulischen Freikolbenmaschine (FKM) wird die auf der verbrennungsmotorischen Seite freigesetzte Energie auf der hydraulischen Seite in Form von hydraulischer Arbeit abgegeben. Die Bezeichnung stammt aus der Kombination von Thermodynamik (Verbrennung) und Hydraulik. Im Endeffekt handelt es sich um eine Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor mit Energie versorgt wird.

Eine Abart der Freikolbenmaschine als hydraulische Pumpe ist die sogenannte Wassersäulenmaschine. Hier wirkt Stauwasser direkt über einen (oder mehrere) Kolben auf das Pumpmedium, etwa salzhaltige Sole.

Bodenverdichter und Rammen

Eine bis heute noch anzutreffende Anwendung von Freikolbenmaschinen sind:

Vor- und Nachteile


Die Vorteile einer Freikolbenmaschine sind:

Nachteile:

Forschung und Entwicklung


An Freikolbenmaschinen wird derzeit unter anderem an folgenden Stellen geforscht:

Siehe auch


Weblinks


WiktionaryWiktionary: Freikolbenmaschine – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise


  1. http://www.ikz.de/ikz-archiv/2001/07/0107102.php
  2. Markus Gräf: Der Freikolbenlineargenerator FKLG Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad. DLR, APU-Workshop, Erlangen, 26. Oktober 2005, abgerufen 16. Juli 2013 (PDF; 4,2 MB).
  3. Florian Kock, Alex Heron, Frank Rinderknecht, Horst E. Friedrich: Der Freikolbenlineargenerator – Potenziale und Herausforderungen. In: Motortechnische Zeitschrift mtz, 10/2013
  4. William Morse: Baynes: The unknown innovator – Part 6. In: Aeroplane Monthly, September 1992, S. 46ff
  5. Website E+JE
  6. Siehe hierzu z. B. DELMAG Dieselbären
  7. Siehe z. B. YouTube-Video DELMAG Stampframme H2S
  8. Siehe z. B. YouTube-Video Delmag Frosch F5
  9. innas.com
  10. Newcastle University free-piston engine project (Memento vom 21. Oktober 2008 im Internet Archive)
  11. Toyota Free Piston Engine Linear Generator „FPEG“
  12. BEETRON: Der Übergang zur nachhaltigen Stromerzeugung



Kategorien: Kolbenmaschine



Quelle: Wikipedia - https://de.wikipedia.org/wiki/Freikolbenmaschine (Autoren [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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