Freikolbenmaschine
Bei einer Freikolbenmaschine (Junkers; etwa 1926, Pescara 1934, 1974, System Stelzer etwa 1980, und weiteren) bewegen sich die Kolben frei in Zylindernn. Die Maschinen haben weder Kurbelwelle noch Pleuel. Sie bestehen aus nur einem starren, sich hin und her bewegenden Teil. Der Bewegungsweg muss durch besondere Maßnahmen wie Gaspuffer begrenzt werden, damit die Kolben nicht am Zylinderdeckel anschlagen. Freikolbenmaschinen lassen sich sehr kompakt bauen und zeichnen sich durch große Einfachheit und ein hohes Leistungs/Gewichtsverhältnis aus. Werden diese Maschinen als Motoren ausgeführt, bietet sich das Zweitaktverfahren an.
Funktionsskizze eines Freikolbengenerators
1 - Zweitakt-Verbrennungsmotor | 2 - Stator | 3 - Schwinganker des elektrischen Generators
Freikolbenmaschinen besitzen keine mechanische Verbindung nach außen, können also als Motor keine mechanische Energie (Kraft, Drehmoment) erzeugen. Nützlich werden sie deshalb nur, wenn sie schon gleichzeitig Kraftmaschine und Arbeitsmaschine sind. Ein Freikolbenmotor ist zwar Kraft- aber a priori noch keine Arbeitsmaschine. Ausnahme ist die Verwendung in einem Presslufthammer, wo der Freikolben auf den Arbeitsamboss prallt und so eine Arbeit verrichten.
Intergriert man in den Freikolbenmotor einen Kompressor, eine Hydraulikpumpe oder einen Lineargenerator, entsteht eine kompakte Einheit. Ein Freikolbengenerator, also ein Freikolbenmotor mit integriertem Lineargenerator zur Erzeugung elektrischer Energie wurde ebenfalls schon experimentell ausgeführt.
Die bedeutensden Hersteller von Freikolbenmaschinen sind heute Sigma in Frankreich und Alan Muntz & Co. aus Großbritannien.
Der Pescaramotor wurde 1952 von der US-Navy 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 XP 500 eine Freikolbenmaschine zur Gaserzeugung für die eigentliche Antriebsturbine von immerhin 250 PS Leistung. Problematisch bleiben die Vibrationen.
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 sind im 2. Weltkrieg Freikolbenkompressoren zur Erzeugung der Druckluft beim Torpedoausstoß der Firma Junkers verwendet worden. Diese Kompressoren sind in Serie gebaut worden.
Die Energierückgewinnung einer Umkehrosmoseanlage erfolgt durch einen sogenannten hydraulischen Druckübersetzer. Das abfließende Wasser mit erhöhtem Salzgehalt dient dabei als Niederdruckmedium.
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