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La présente invention est relative à une machine à piston avec tiroir de distribution coopérant directement avec le piston et concerne la jonction organique d la distribution avec le piston de travail, grâce à quoi la machine à piston peut être utilisée indifféremment comme machine motrice ou machine mue. L'invention a pour but, en outre, une simplification considérable de la distri- bution dans les machines à piston et une amélioration de l'économie de débit.
On connaît des moteurs dans lesquels le tiroir de distribution est réuni au piston. Dans ces moteurs, le médium, par exemple vapeur ou gaz comprimé, est admis à
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partir de la paroi de révolution du. cylindre jusqu'au piston moteur. Un tiroir de distribution, logé dans le piston, provoque les changements de marche nécessaires.
Pour réaliser l'amenée du médium jusque au piston, il est prévu un récepteur en force de coquille qui se prouve soit sur le piston, soit sur la paroi de révolution du cylindre.
La liberté de mouvement, et par conséquent aussi la longueur du piston, est déterminée par la dimension de l'ouverture d'admission. Le piston doit donc être d'autant plus long que la course est grande. Par ces inconvénients, la construction est peu économique et difficile à réaliser.
En outre, à chaque longueur de cylindre, on doit établir un piston correspondant, ce qui rend la fabrication oné- reuse. Les formes d'exécution décrites ne sont donc pra- tiques que pour des machines a piston à course c ourte.
Bien que dans les dispositions décrites ci-dessus, la coopération entre le piston et les orifices de raccorde- ment du cylindre soit utilisée pour la distribution, une liaison organique du piston à la distribution n'est pas ob- tenue dans ces dispositifs.
On cordait aussi une construction dans laquelle le! déplacement du tiroir de distribution est provoqué par une butée à la paroi du cylindre,,Jans ces constructions égale- ment, l'amenée du médium se fait à la surface du cylindre, de sorte qu'ici également se présentent les inconvénients économiques et techniques déjà mentionnés. ''
Conformé aient à l'invention, il est prévu une machine à piston avec un miroir de distribution coopérant avec le piston, qui est caractérisée par la combinaison d'un piston de travail et d'un piston de distribution qui contient un piston de' travail et un tiroir de distribution;
le piston principal et le tiroir de distribution mobile coopérant avec ce piston étant conçus de telle fagon que les faces fron-
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tales du piston principal forment avec les faces frontales du tiroir de distribution la surface de travail sollicitée de la machine à piston. Le médium est introduit dans la machine en partant de la face frontale,dans les canaux de distribution des 2 pistons combinés et est ensuite expulsé de ces canaux à partir de la face frontale.
Le tiroir de distribution peut être aménagé comme tiroir cylindrique coulissant dans le piston principal ou. bien il peut glisser comme tiroir annulaire sur le piston principal. De préférence, le tiroir de distribution possè- de des faces frontales libres vis-à-vis des chambres du cylindre existant sur les deux faces du piston combiné.
Des arrêts sont prévus par lesquels les forces agissant sur le tiroir de distribution sont transmises au piston principal et réciproquement les forces agissant sur le piston principal sont transmises sur le tiroir de dis- tribution. Ces arrêts servent de limite à la course du tiroir de distribution..
En cas d'emploi de la machine comme machine motrice, le cylindre de distribution est conçu de telle faon que le réglage du tiroir de distribution se fait d'abord par butée du tiroir de distribution sur les faces frontales du cy- lindre et ensuite par la différence de pression entre le coté d'admission et le côté d'échappement du cylindre du moteur. Toutefois, lorsque la machine à piston est utilisée comme machine mue, le cylindre de distribution est utile- ment conçu de façon telle que le déplacement du tiroir de distribution se fait exclusivement par la différence de pression entre le côte d'admission et le 'côté d'échappement du cylindre de la machine.
Dans le piston combiné,les conduites de distribution sont aménagées de telle façon que le remplissage de la cham- bre de cylindre et la sortie du médium hors de la cha-mbre
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se font par les côtés frontaux du tiroir de distribution.
Deux ou plusieurs pistons combinés peuvent être groupés l'un derrière l'autre et peuvent être relies entre eux par des tiges de piston creuses qui servent à l'évacua- tion du médium derrière le piston placé à l'avant et à l'amenée du médium aux pistons placés à sa suite.
Suivant une forme d'exécution préférée, il peut être prévu, en cas d'emploi de la machine à piston comme moteur, conformément à l'invention, une paire de tiroirs de distri- bution séparés l'un de l'autre qui servent à l'amenée et à l'évacuation des vapeurs ou gaz en mouvement et dont l'un est conçu comme tiroir d'admission et l'autre comme tiroir d'échappement. Il peut aussi être prévu plusieurs paires de tiroirs de distribution ou les tiroirs d'admissior et les tiroirs d'échappement travaillent chaque fois en parallèle.
De préférence, dans cette forme d'exécution, le tiroir d'admission estconçu cylindrique avec un piston comportant trois diamètres différents, dont la partie cen- trale a le plus grand diamètre et les deux parties extrê- mes ont des diamètres différant entre eux, le tiroir d'ad- mission et l'ouverture d'admission prévue dans le piston principal pour les gaz ou vapeurs en mouvement étant dis- posés de façon telle que la petite face frontale de la partie centrale du piston soit en liaison constante avec l'ouverture d'admission.
Dans le dispositif décrit, l'admission de la charge dans le cylindre et son échappement se font par les faces frontales du tiroir de distribution; de,- ouvertures sont prévues dans les surfaces de glissement entre le piston principal et le tiroir de distribution pour le passage des , vapeurs ou. gaz détendus, de façon telle que l'on obtient
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un recouvrement et qu'il en résulte un fonctionnement éc@- nomique avec expansion, de compression préalable.
Le piston de pression et de distribution décrit ci- dessus est un organe de construction simple, travaillent automatiquement et complet par lui-aême, pour des machines motrices et des machines mues. Son utilisation est rendue possible pour des longueurs quelconques de cylindre.
Lorsqu'on applique l'invention avec des dispositifs de liaison, par exemple avec des pompes reliées en tandem sans volant, on obtient un autre avantage essentiel : la tige creuse qui accouple les pistons combinés de deux ou de plusieurs éléments, sert alors simultanément pour l'é- vacuation du médium de la phase de service enclenchée à l'avant et l'amenée du médium à la phase de service enclen- chée à l'arrière. Ici, encore, l'on obtient une simplifi- cation de construction considérable, et, spécialement avec fonctionnement à la vapeur, une amélioration économique considérable par une Vieille ure utilisation de la chaleur.
Des exemples d'exécution de l'invention sont décrits en détails ci-après, avec pleins :
La figure 1 montre en coupe l'emploi de l'invention sur un moteur qui travaille avec vapeurs et gaz comprimé comme médium et est exécutée dans cet exemple en disposition de liaison à deux phase s .
La figure 2 contre en coupe un autre exemple,. d'exé- cution. Dans cette figure est décrite une machine mue pour laquelle un est prévu comme médium.
Dans les figures 3 - 7 est représentée en coupe une autre forme d'exécution de l'invention dans un moteur. Les figures montrent le node de fonctionnement de cet exemple d'exécution en cinq positions de service consécutives.
Cornue il appert de la figure 1, l'invention peut être
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adaptée avantageusement à des pistons jumelés. Dans cette figure est représentée une disposition à deux phases, maie on peut aussi employer dans le cadre de l'idée de l'inven- tion, une disposition à une phase ou à plusieurs phases.
Le tiroir de distribution est logé comme t. @ir cylindrique dans le piston principal.
Le piston principal 1 de la première phase est fermement-relié d'une part à la tige creuse 2 du' piston, et d'autre part à la tige creuse 3 du piston. Le piston principal de la deuxième phase est relié fermement d'une part à la tige creuse 3 et d'autre part à la tige 4 du. pis- ton.. Les pistons principaux 1 et 1' des deux phases sont ainsi fermement accouplés par la tige creuse 3. Les tiges 2 et 4 entrent par les faces frontales correspondantes des deux cylindres vers l'extérieur dans les antichambres A et B, dans lesquelles les extrémités des tiges pénètrent alternativement. L'amenée du médium se fait en. partant de l'antichembre A et l'évacuation vers l'antichambre B.
Sur le coté vidange, la tige creuse 4 est prolongée en passant par l'antichambre B comme bielle motrice 5 qui provoque simultanément la fermeture de la tige 4 de piston, a cette extrémité, de cette tige 4, sontprévues des ouvertures 6 pour l'évacuation du médium.
Dans les pistons principaux 1 et 1' glissent les tiroirs de distribution 7 et 7' qui, conformément à.leur mode de fonctionnement, sont conçus similaires. Le côté frontal d'un piston principal et celui de son tiroir de distribution forment ensemble la surface d'un piston de pression. La limitation réciproque des courses du tiroir est réalisée par les saillies 8 et 9, ou 8' et 9' des tiroirs de distribution 7 et 7' qui servent simultanément à la transmission de la force des tiroirs de distribution à leur piston principal.
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Les ouvertures d'admission 10 et 10' aux surfaces d glissement pour les tiroirs de distribution 7 et 7' sont e liaison avec les tiges creuses 2 et 3. Les ouvertures d'é- chappement 11 et 12, ou 11' et 12' qui se trouvent des deux cotés des ouvertures d'admission 10 et 10' et qui sow surplombées par les conduites 13 et 13', sont en liaison avec les tiges 3 et 4.
Les tiroirs de distribution 7 et 7' sont conçus en forme de douilles 15 et 16 ou 15' et 16' qui ont en commun la partie 14 et 14' et conséquemment les lumières 17 de ce tiroir de distribution sont dirigées vers les chambres de cylindre C et D ou C' ou D'. Les lumières 17 et 17' des douilles 15 et 15' peuvent alternativement être mises en liaison avec les ouvertures d'échappement 11 et 11' ou avec les ouvertures d'admission 10 et 10'. Les passages 18 et 18' des douilles 16 et 16' peuvent être mises en liaison alternativement avec les ouvertures d'admission 10 et 10' ou avec les ouvertures d'échappement 12 et 12'.
Les grandeurs des passages 17 et 18 ou 17' et 18' sont identiques entre elles dans le sens de glissement des tiroirs de distribution, mais plus petites que les grandeurs identiques entre elles des ouvertures d'admission 10 et 10' et des ouvertures d'échappement 11 et 12 ou 11' et 12', si bien qu'il se produit une couverture dont la grandeur détermine le moment de l'admission et de 1'échappe\ent de la charge du cylindre et ainsi le fonctionnement de l'ex- pansion et de la compression préalable.
Le mode de fonctionnement de la disposition décrite est maintenant le suivant :
La description commence au moment où les tiroirs de distribution 7 et 7' sont poussés vers les chambres de cy- lindre C et C'. Par cela, les passages 18 et 18' des tiroirs de distribution 7 et 7' sont mis en liaison avec les ouver-
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tures d'admission 10 et 10'. Le médium pour la première phase afflue de l'antichambre dans la chambre de cylindre D.
La pression complète agit à le. fois sur le piston princi- pal 1 et le tiroir de distribution. 7, de ce côté et fait glisser le piston de pression et de distribution combiné de la première phase vers la chambre C. Simultanément, les passades 17 et 17' sont en liaison sur les côtes d'échappe- ment des première et deuxième phases avec les ouvertures d'échappement 11 et 11', de sorte que les charges des chambres C et C' sont chassées vers les tiges creuses 3 et 4 du piston. La charge de la première phase sortant par la tige creuse 3 afflue comme médium pour la deuxième phase dans la chambre D' du cylindre.
La pression complète agit à la fois sur le piston principal 1' et le tiroir de distri- bution 7' et fait glisser le piston de la deuxième phase vers la chambre C. Les deuxpistons combinés agissent ainsi dans le même sens et se meuvent vers les extrémités de leur' cylindres de longueur égale, jusqu'à ce que les tiroirs de distribution 7 et 7' arrivent simultanément et l'enclenche- ment y est effectué.
Les p istons principaux 1 et 1' sont immédiatement remis en mouvement avec leurs charges complètes, jusqu'à ce que les passages 17 et 18 ou 17' et 18' se ferment si- multanément, de sorte que ni l'admission ni 1' échappement du médium ne sont possibles. A partir de maintenant, les pistons principaux 1 et 1'- sont poussés davantage par ex- pansion des charges dans les chambres de cylindre D et D' et produisent une compression préalable dans les chambres de cylindre C et C' . Ce processus continue jusqu'à ce que les passages 17 et 17' commencent à s'ouvrir simultanément vers les ouvertures d'admission 10 et 10' et les passages 18 et 18' vars les ouvertures d'échappement 12 et 12'.
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Ainsi commence l'admission du médium dans les chambres C et C'. Dans les chambres de cylindre D et D' commence la. sortie des charges et l'abaissement des pressions qui y règnent.
La hausse des pressions de travail .dans les chambres de cylindre C et C' et la baisse de.s pressions de travail dans les chambres de cylindre D .et D' atteignent finalement un effet différentiel sur les tiroirs de distribution 7 et
7' des chambres de cylindre C et C' vers les chambres D et
D' grâce à quoi se produit l'enclenchement complet et les passages 17 et 17' entrent en communication libre avec les ouvertures d'admission 10 et 10' et les passages 18 et 10' avec les ouvertures d'échappement 12 et 12'. Le mode d'opé- ration de la disposition décrite se fait maintemantd'une façon @dentique mais dans le sens contraire.
L. igure 2 montre un exemple de l'invention dans une machine mue avec liquide comme médium. Le tiroir de distri- bution est conçu comme tiroir circulaire sur le piston prin- cipal.
Le piston principal 21 est relié fermement d'une part \ la tige creuse 22 et d'autre part avec la tige creuse 23 de piston. Les tiges 22 et 23 entrent par les faces fronta- les correspondantes du cylindre de pression vers l'extérieur dans les antichambres .9 et F, dans lesquelles pénètrent al- ternativement les extrémités des tiges creuses. En partant de l'antichambre E qui sert de tubulure d'aspiration et* est munie de la soupape de retenue R, se fait l'amenée,et vers l'antichambre F, l'évacuation du médium.
Du coté commande, la tige creuse 22 est prolongée en passant par l'antichambre
F comme bielle motrice 24 qui provoque simultanément la fer- meture de la tige creuse de piston 22, A cette extrémité de la tige creuse de piston 22 sont prévus des passages 25 pour l'évacuation du médium.
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Sur le piston principal 21 glisse le tiroir de dis- tribution 26. La face frontale du piston principal 21 et celle du tiroir de distribution 26 forment ensemble la sur- face du piston de pression. La limitation alternative de la course du tiroir est réalisée par les arrêts 27 et 28 du tiroir de distribution 26 qui sert simultanément à la trans- mission de la force du piston principal 21 au tiroir de dis. tribution 26. L'ouverture d'échappement 32 conçue comme rai- nure annulaire à la surface de glissement du piston princi- pal 21 est en liaison avec la tige creuse 22. Les ouvertures d'admission 29 et 30 conçues comme rainures annulaires qui se trouvent des deux cotés de l'ouverture d'échappement 32 et sont surplombées par le conduit 31, sont en liaison avec la tige creuse 23.
Le tiroir de distribution 26 est muni des rainures annulaires 33 et 34 à la surface de glis- sement de distribution. La rainure annulaire 33 est en liai son d'une part par les passages 35 avec la chambre de cy- lindre H et peut d'autre part être mise en liaison alter- nativement avec l'ouverture d'admission 29 ou avec l'ouver- ture d'échappement 32. La rainure annulaire 34 est en liaison, d'une part, par les passages 36, avec la chambre dE cylindre G et peut, d'autre part, être mise en liaison alternativement avec l'ouverture df'échappement 32 ou avec l'ouverture d'admission 30.
Le mode de fonctionnement de la disposition décrite est maintenant le suivant :
Commandé par la bielle motrice 24, on supposera un mouvement du piston combiné vers la chambre de cylindre G.
La pression régnant de ce fait sur le médium dans la cham- bre G agit sur le piston principal 21 et sur le tiroir de distribution 26, lequel est enclenché vers la chambre de cylindre H et met en liaison, de ce fait, la rainure annu- laire 34 avecl'ouverture d'échappement 32. La charge dans
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la chambre G affLue maintenant par les passages 36 vers l'antichambre F. Par le côté aspiration, la rainure an- nulaire 33 est en liaison avec l'ouverture d'admission
29. Aspiré dans l'antichambre E, le medium afflue, par les passages 35, dans la chambre de cylindre H. Pendant la durée de la course, la soupape de retenue R est ouverte.
Le piston combiné est poussé jusqu'à proximité du fond de cylindre pour renverser alors le sens du mouvement. A ce moment, la soupape de retenue R se ferme. L'énergie de com- mande amenée au piston principal 21 agissant en sens contrai- re, à partir de ce moment, presse maintenant sur la charge dans la chambre H, de sorte que, par cette face, le piston principal 21 et le tiroir de distribution 26 sont sollicita
L'énergie de commande, qui est égale à la pression, excède maintenant l'énergie de la colonne de liquide en circulation agissant encore dans la chambre G. Il s'ensuit un effet différentiel sur le tiroir de distribution 26 avec le résul- tat que ce dernier est enclenché du cylindre H vers la cham- bre G. Par cela, la rainure annulaire 33 entre en liaison avec l'ouverture d'échappement 32 et la rainure annulaire 34 avec l'ouverture d'admission 30.
La chambre H arrive à la phase compression et la chambre de cylindre G à la phase aspiration.
Le mode de fonctionnement de la disposition décrite se fait maintenant d'une façon identique mais dans le sens contraire. La soupape de retenue R s'ouvre à nouveau.
Les missions suivantes incombent à la soupape de retenue R : 1. A l'état fermé, donc au moment du changement de sens et à l'arrêt du piston combiné, empêcher le reflux du médium, et par consé quent
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2. Ne pas laisser agir la pompe à liquide comme moteur, et 3. Rendre possible l'enclenchement du tiroir de distribution.-
Une autre forme d'exécution avantageuse de l'inven- tion est représentée dans les figures 3- 7. Dans cette forme d'exécution, le renversement de marche du médium à l'admission et à l'échappement se fait par deux tiroirs de distribution séparés l'un de l'autre, savoir un tiroir d* admission et un tiroir d'échappement. Les recouvrements des ouvertures d'en- trée et de sortie peuvent être choisie à Volonté et peuvent aussi être différentes l'une de l'autre.
La marchehoisie à volonté des deux tiroirs de dis- tribution procure, en corrélation avec la Caractéristique exposée ci-dessus, des solutions très avantageuses aux points de vue technique et économique.
Le changement de marche séparé du médium à l'arrivée et à l'échappement par deux tiroirs de distribution indépen- dants rend en outre possible une longueur minime de construc- tion du piston de pression combiné et une étanchéité améliorée des pièces en mouvement.
Le tiroir d'admission peut alors être conçu de telle façon qu'il n'a aucune position de point mort. Le piston com- biné peut donc être mis à partir de n'importe quelle position.
Le piston principal 37 a deux tiroirs de distribu- tion séparés l'un de l'autre, le tiroir d'admission 38 et le tiroir d'échappement 42 Le tiroir d'admission 30 est en liaison, par l'ouverture d'admission 46, avec la tige creuse 47, à partir de laquelle les gaz comprimés sont amenés. Le tiroir d'échappement 42 est en liaison par l'ouverture d'échappement 48, avec la tige creuse 49,d'où les gaz comprimés sont é.vacués.
Le tiroir d'admission 38 réunit les pistons 39,40,41.
Sur un côté du piston 39 se raccorde le piston 40 et sur l'autre
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le piston 41. Les pistons 40 et 41 diffèrent en diamètre et: sont plus petits que le piston 39, libérant du côté 39,40 la face frontale 50 et du côté 39,41 la face frontale 51. Les pistons 40 et 41 sont creux et de dimensions telles que la face 51 est le double de grandeur de la face 50. Les cavités des pistons 40 et 41 sont en liaison avec les faces frontales ouvertes vers le cylindre de pression. En outre, les cavités 40 et 41 peuvent être mises en liaison à l'aide des passages 52 et 53 alternativement par la position correspondance du tiroir d'admission 38 avec l'ouverture d'admission 46, de sorte qu'à partir d'ici l'un ou l'autre côté du cylindre peut être rempli.
Le piston 39,40 est guidé par le siège de glissement des deux côtés de l'ouverture d'admission 46 dans le piston principal 37, et le piston 41 à l'aide d'une pièce de ferme- ture 54 aménagée supplémentairement.
La longueur de la course du tiroir d'admission 38 dépend de la grandeur nécessaire des passages 52 et 53 et de l'éloignement de ceux-ci du piston 39. Cet éloignement est-, à son tour, déterminé par le recouvrement choisi et la longueur de joint nécessaire des pistons 39, 40 et 41.
La limitation de la course se fait par butée des faces frontales 50 et 51 du piston 39 sur leurs sièges corres- pondants dans le piston principal 37.
Les faces 50 et 51 participent, de ce fait,considé- rablement à l'obtention d'un bon joint.
Si le tiroir d'admission se trouve dans l'une ou l'autre position extrême, les pistons' 40 ou 41 ressortent si fortement sur le côté opposé du piston principal 37 qu'un en- clenchement peut s'ensuivre avec sécurités
Comme on le voit, la face 50 est, dès la mise en service, continuellement influencée par la pression de service,
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quelle que puisse être la position du piston 39. D e ce fait, le tiroir d'admission 38 est refoulé en sens opposé, dans la position extrême. Ceci est particulièrement important lors du démarrage du moteur, le tiroir d'admission étant dans une posi- tion de point mort, car alors un démarrage plus rapide et plus sur est possible.
Si la position de départ du tiroir d'admission 38 est telle que le piston 39 vient de quitter son siège, la face 51 es' influencée et devient active. Comme, toutefois, 51 est plus grand que 50, le tiroir d'admission est refoulé cette fois vers 50 en position extrême, de sorte qu'à nouveau un démarrage ra- pide et sur est possible.
Enfin, le piston à gradins 39 a encore une autre im- portance. L'influence alternativement agissante des faces 50 et 51 supporte puissamment, pendant le fonctionnement, le processus des enclenchements et accélère ceux-ci.
En résumé, le piston à gradins 39 a donc les missions suivantes à remplir : 1. Limitation du parcours de glissement du tiroir d'admission.
2. Coopération des faces frontales à l'étanchéité entre le ti- roir d'admission et le piston principal.
3. Démarrage du moteur en toute position de point mort du tiroir d'admission...
4. L'enclenchement sur et accéléré du tiroir d'admission en cour: de fonctionnement.
La ventilation et l'échappement de la cavité 58 (Fig.5 continuellement ' variable entre la pièce de fermeture 54 et la face frontale 51 se font pratiquement d'une façon suffisante par certaines perméabilités du petit siège sur la pièce de fermeture 54, maie peut aussi être obtenue par un ajustage spé-
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à l'aide de la pièce intermédiaire support 45 qui est creuse et munie des passages 55. Le tiroir d'échappement 42 est guidé par un siège coulissant dans le piston principal 37 des deux côtés de l'ouverture d'échappement 48.
La pièce intermédiaire
45 avec ses passages 55 est disposée dans le sens de la longueur de façon telle que lorsque les pistons 43 ou 44 sont poussés brutalement, d'un côté en position extrême avec le piston prin- cipal 37,de l'autre côté, une partie de la pièce intermédiaire
45 avec les passages 55 fait saillie. De cette façon, les gaz comprimés s'échappant de l'intérieur du cylindre peuvent être évacués alternativement par les passages 55 et ensuite par l'ouverture d'échappement 48 et la tige creuse 49.
La longueur de la course du tiroir d'échappement 42 dépend de la grandeur nécessaire des passages 55, du recouvre- ment choisi et de la longueur nécessaire de joint des pistons 43 et 44.
La limitation de la course de glissement s'effectue par les arrêts 56 et 57 aménagés aux pistons 43 et 44 qui parti- cipent également à l'étanchéité entre le tiroir d'échappement et le piston principal.
Si le tiroir d'échappement 42 se trouve dans l'une ou l'autre position extrême, les pistons 43 ou 44 font si fortement saillie sur la face opposée du piston principal 37 qu'un enclen- chement peut s'ensuivre avec sûreté.
Qu'il soit encore enfin noté que le tiroir Û'échappe- ment n'exige aucune construction spéciale pour dépasser la @ position de point mort, lorsque le tiroir de démarrage du moteur @ est déplacé dans la conduite d'évacuation. Le tiroir d'échappe- ment 42 est ainsi accouplé avec le tiroir d'admission 38 par la pression complète et prend automatiquement la position de sortie correspondant au tiroir d'admission.
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Enfin, voici maintenant la description, par un exem- ple, dans cinq positions de fonctionnement différentes, de la coopération de toutes les pièces. Il est prévu pour cela, aux tiroirs d'admission et d'échappement des recouvrements qui, pour la position centrale arrêtée des deux tiroirs, ne permettant ni l'admission ni l'échappement de la charge.
Fig. 3: Le tiroir d'admission 38 et le tiroir d'échappement 42 sont glissés dans la position extrême vers le côté A du cylin- dre. L'arrivée se fait par la tige creuse de piston 47 et parvient au côté du cylindre B par l'ouverture d'admission 46 et les passages 52. Lorsque le remplissage est effectué, le piston de pression et de distribution combiné se déplace de B vers A., L'échappement du contenu du cylindre du côté A se fait simultanément par les passages 55 et l'ouverture d'échappement 48 vers la tige creuse 49. La figure 3 représente, d'une façon précise, le moment où les tiroirs d'admission et d'échappement touchent simultanément la face frontale du cylindre de pression A.
A partir d'ici commence le processus de l1 enclenchements Fig.4: Le piston combiné a continué à se déplacer dans la même direction jusqu'à la position de la figure 4. Les passages 52 du tiroir d'admission sont fermés à ce moment, sans que les passages 53 soient ouverts. A partir de,ce moment, le piston combiné continue à se mouvoir par expansion du remplissage B.
L'échappement à partir de A est encore possible vu que les passages 55 sont encore ouverts.
Fig.5: Les passages 55 sont justement fermés du côté A du cylindre, sans que ceux-ci soient ouverts du côté B du cylindre,.
De même, sur le coté admission, les passages 52 et 53 sont encore fermés. A partir de ce moment, ni l'admission ni l'échappement ne sont possible! Le piston combiné continue ainsi à se mou- voir par expansion de la charge B. Le contenu du cylindre se trouvant sur le côté A commence à se condenser.
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La, compression préalable est commentée*
Fig.6: La compression préalable est continuée jusqu'à ce que le passades 55 du tiroir d'échappement 42 soient suffisamment ouverts sur le côté B du cylindre. La figure 6 montre juste le commencement de l'ouverture des passages 55. Il s'ensuit enfin un échappement rapide de la charge B par les passages 55 et l'ou- verture d'échappement 48 vers la tige creuse 49.
Simultanément avec le commencement d'écoulement de la charge B, le passage 53 du tiroir d'admission 38 commence à s'ouvrir vers l'ouverture d'admission 46, de sorte qu'à partir d'ici, le remplissage du côté A du cylindre peut se faire, la compression préalable produite entre-temps étant utilisée.
Avec le commencement du remplissage A, la face fronta- le 51 du piston 39 devient libre vers l'ouverture d'admission 46 qui est sollicitée immédiatement avec une pression complète et effectue un enclenchement accéléré du tiroir d'admission'.
L'enclenchement du tiroir d'échappement se fait par la pression complète A.
La fig.7 représente l'enclenchement effectué du tiroir d'admis- sion et de distribution vers le côté B du cylindre'. Le piston combiné se déplace dès maintenant de A vers B, jusqu'à ce que les tiroirs de distribution touchent simultanément la face fron- tale du cylindre en B. Le processus de l'enclenchement en sens contraire se fait alors de façon correspondante.
Qu'il soit encore mentionné enfin que les tiroirs d'admission et d'échappement peuvent aussi, le cas échéant, être placés en séries.
R E V E N D I CATIONS
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The present invention relates to a piston machine with a distribution spool cooperating directly with the piston and relates to the organic junction of the distribution with the working piston, thanks to which the piston machine can be used either as a driving machine or as a driven machine. . The object of the invention is, moreover, a considerable simplification of the distribution in piston machines and an improvement in the economy of flow.
Engines are known in which the valve spool is joined to the piston. In these engines, the medium, for example steam or compressed gas, is allowed to
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from the wall of revolution of. cylinder up to the engine piston. A distribution spool, housed in the piston, causes the necessary gear changes.
In order to bring the medium to the piston, a shell force receiver is provided which is proven either on the piston or on the wall of revolution of the cylinder.
The freedom of movement, and therefore also the length of the piston, is determined by the size of the intake opening. The piston must therefore be longer as the stroke is great. By these drawbacks, the construction is not very economical and difficult to achieve.
In addition, for each length of cylinder, a corresponding piston must be established, which makes manufacturing expensive. The embodiments described are therefore only practical for short stroke piston machines.
Although in the arrangements described above the cooperation between the piston and the cylinder connection ports is used for the distribution, an organic connection of the piston to the distribution is not obtained in these devices.
We also string a construction in which the! displacement of the distributor spool is caused by a stop at the cylinder wall ,, In these constructions too, the medium is supplied to the surface of the cylinder, so that here too there are economic and technical disadvantages already mentioned. ''
According to the invention, there is provided a piston machine with a distribution mirror cooperating with the piston, which is characterized by the combination of a working piston and a distribution piston which contains a working piston. and a dispensing drawer;
the main piston and the movable distribution spool cooperating with this piston being designed in such a way that the front faces
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tales of the main piston together with the front faces of the distributor spool form the stressed working surface of the piston machine. The medium is introduced into the machine starting from the front face, into the distribution channels of the 2 combined pistons and is then expelled from these channels from the front face.
The distributor spool can be arranged as a cylindrical spool sliding in the main piston or. well it can slide as an annular drawer on the main piston. Preferably, the distribution spool has end faces that are free with respect to the chambers of the cylinder existing on the two faces of the combined piston.
Stops are provided by which the forces acting on the distributor spool are transmitted to the main piston and reciprocally the forces acting on the main piston are transmitted to the distributor spool. These stops serve as a limit to the travel of the distributor spool.
If the machine is used as a prime mover, the distribution cylinder is designed in such a way that the adjustment of the distribution spool is made first by stopping the distribution spool on the front faces of the cylinder and then by the pressure difference between the intake side and the exhaust side of the engine cylinder. However, when the piston machine is used as a driven machine, the timing cylinder is usefully designed so that the movement of the valve spool is effected exclusively by the pressure difference between the inlet side and the side. exhaust from the machine cylinder.
In the combined piston, the distribution lines are arranged in such a way that the filling of the cylinder chamber and the outlet of the medium out of the chamber
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are made from the front sides of the distribution spool.
Two or more combined pistons can be grouped one behind the other and can be interconnected by hollow piston rods which serve to evacuate the medium behind the piston placed in front and at the inlet. from the medium to the pistons placed after it.
According to a preferred embodiment, if the piston machine is used as a motor, in accordance with the invention, a pair of separate distribution spools which serve for the intake and discharge of moving vapors or gases, one of which is designed as an intake slide and the other as an exhaust slide. It is also possible to provide several pairs of distribution drawers or the intake drawers and the exhaust drawers each time work in parallel.
Preferably, in this embodiment, the intake slide is designed to be cylindrical with a piston having three different diameters, the central part of which has the largest diameter and the two end parts have diameters which differ from each other, the inlet spool and the inlet opening provided in the main piston for the moving gases or vapors being so arranged that the small end face of the central part of the piston is in constant connection with the opening of admission.
In the device described, the admission of the charge into the cylinder and its exhaust are made via the end faces of the distribution spool; of, - openings are provided in the sliding surfaces between the main piston and the distribution spool for the passage of, vapors or. relaxed gases, so that one obtains
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a recovery and that the result is an economic operation with expansion, prior compression.
The pressure and distribution piston described above is a member of simple construction, working automatically and complete by itself, for prime movers and moved machines. Its use is made possible for any length of cylinder.
When the invention is applied with connecting devices, for example with pumps connected in tandem without a flywheel, another essential advantage is obtained: the hollow rod which couples the combined pistons of two or more elements, then serves simultaneously for evacuating the medium from the service phase engaged at the front and bringing the medium to the service phase engaged at the rear. Here again, considerable simplification of construction is achieved, and, especially with steam operation, considerable economic improvement through long use of heat.
Examples of execution of the invention are described in detail below, with solid:
Figure 1 shows in section the use of the invention on an engine which works with vapors and compressed gas as medium and is carried out in this example in a two-phase connection arrangement s.
Figure 2 against in section another example ,. execution. In this figure is described a molten machine for which one is provided as a medium.
In Figures 3 - 7 is shown in section another embodiment of the invention in an engine. The figures show the operating node of this example of execution in five consecutive service positions.
As it appears from Figure 1, the invention can be
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advantageously suited to twin pistons. This figure shows a two-phase arrangement, but within the scope of the idea of the invention, a single-phase or multi-phase arrangement can also be employed.
The distribution spool is housed as t. @ cylindrical air in the main piston.
The main piston 1 of the first phase is firmly connected on the one hand to the hollow rod 2 of the piston, and on the other hand to the hollow rod 3 of the piston. The main piston of the second phase is firmly connected on the one hand to the hollow rod 3 and on the other hand to the rod 4 of the. piston .. The main pistons 1 and 1 'of the two phases are thus firmly coupled by the hollow rod 3. The rods 2 and 4 enter through the corresponding end faces of the two cylinders outwards into the anterooms A and B, into which the ends of the rods enter alternately. The medium is brought in. starting from the antechamber A and the evacuation towards the antechamber B.
On the emptying side, the hollow rod 4 is extended through the antechamber B as a driving rod 5 which simultaneously causes the closing of the piston rod 4, at this end, of this rod 4, openings 6 are provided for the evacuation of the medium.
In the main pistons 1 and 1 'slide the distribution spools 7 and 7' which, according to their mode of operation, are designed similar. The front side of a main piston and that of its distributor spool together form the surface of a pressure piston. The reciprocal limitation of the strokes of the spool is achieved by the projections 8 and 9, or 8 'and 9' of the distribution spools 7 and 7 'which simultaneously serve to transmit the force of the distribution spools to their main piston.
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The intake openings 10 and 10 'at the sliding surfaces for the distribution spools 7 and 7' are connected with the hollow rods 2 and 3. The exhaust openings 11 and 12, or 11 'and 12' which are located on both sides of the intake openings 10 and 10 'and which are overhung by the pipes 13 and 13', are connected with the rods 3 and 4.
The distribution drawers 7 and 7 'are designed in the form of sockets 15 and 16 or 15' and 16 'which have in common the part 14 and 14' and consequently the openings 17 of this distribution drawer are directed towards the cylinder chambers C and D or C 'or D'. The openings 17 and 17 'of the sockets 15 and 15' can alternatively be connected with the exhaust openings 11 and 11 'or with the intake openings 10 and 10'. The passages 18 and 18 'of the sockets 16 and 16' can be connected alternately with the intake openings 10 and 10 'or with the exhaust openings 12 and 12'.
The sizes of the passages 17 and 18 or 17 'and 18' are identical to each other in the direction of sliding of the distribution spools, but smaller than the identical sizes to each other of the intake openings 10 and 10 'and the openings of exhaust 11 and 12 or 11 'and 12', so that a blanket is produced, the magnitude of which determines the moment of intake and escape of cylinder load and thus the operation of the ex - expansion and prior compression.
The mode of operation of the described arrangement is now as follows:
The description begins when the dispensing spools 7 and 7 'are pushed towards the cylinder chambers C and C'. By this, the passages 18 and 18 'of the distribution spools 7 and 7' are connected with the openings.
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inlet tures 10 and 10 '. The medium for the first phase flows from the anteroom into cylinder chamber D.
Full pressure acts on it. times on the main piston 1 and the distributor spool. 7, on this side and slides the combined pressure and distribution piston of the first phase towards chamber C. Simultaneously, the passages 17 and 17 'are connected on the exhaust ribs of the first and second phases with the exhaust openings 11 and 11 ', so that the charges from the chambers C and C' are driven towards the hollow rods 3 and 4 of the piston. The charge of the first phase exiting through the hollow rod 3 flows as medium for the second phase into the chamber D 'of the cylinder.
Full pressure acts on both the main piston 1 'and the distribution spool 7' and causes the piston from the second phase to slide towards chamber C. The two combined pistons thus act in the same direction and move towards them. ends of their cylinders of equal length, until the distribution spools 7 and 7 'arrive simultaneously and the engagement is effected there.
The main p istons 1 and 1 'are immediately set in motion with their full charges, until the passages 17 and 18 or 17' and 18 'close simultaneously, so that neither the inlet nor the 1' escaping the midrange is not possible. From now on, the main pistons 1 and 1'- are pushed further by expansion of charges in cylinder chambers D and D 'and produce pre-compression in cylinder chambers C and C'. This process continues until passages 17 and 17 'start to open simultaneously to intake openings 10 and 10' and passages 18 and 18 'to exhaust openings 12 and 12'.
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Thus begins the admission of the medium into chambers C and C '. In the cylinder chambers D and D 'begins the. output of the loads and lowering of the pressures therein.
The increase in the working pressures in the cylinder chambers C and C 'and the decrease in the working pressures in the cylinder chambers D. And D' finally reach a differential effect on the distribution spools 7 and
7 'from cylinder chambers C and C' to chambers D and
Whereby the full engagement occurs and the passages 17 and 17 'enter into free communication with the intake openings 10 and 10' and the passages 18 and 10 'with the exhaust openings 12 and 12'. The mode of operation of the arrangement described is now done in the same way but in the opposite direction.
L. igure 2 shows an example of the invention in a molten machine with liquid as medium. The dispensing spool is designed as a circular spool on the main piston.
The main piston 21 is firmly connected on the one hand with the hollow rod 22 and on the other hand with the hollow piston rod 23 of the piston. The rods 22 and 23 enter through the corresponding front faces of the pressure cylinder outwards into the anterooms .9 and F, into which the ends of the hollow rods enter alternately. Starting from the antechamber E which serves as a suction pipe and * is provided with the check valve R, the medium is fed, and towards the antechamber F, the medium is discharged.
On the control side, the hollow rod 22 is extended through the anteroom
F as a driving rod 24 which simultaneously causes the closing of the hollow piston rod 22, At this end of the hollow piston rod 22 are provided passages 25 for the discharge of the medium.
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On the main piston 21 slides the distribution spool 26. The front face of the main piston 21 and that of the distribution spool 26 together form the surface of the pressure piston. The alternative limitation of the spool stroke is effected by the stops 27 and 28 of the distributor spool 26 which simultaneously serves to transmit the force of the main piston 21 to the dis spool. tribution 26. The exhaust opening 32 designed as an annular groove in the sliding surface of the main piston 21 is in connection with the hollow rod 22. The intake openings 29 and 30 designed as annular grooves which fit together. are located on both sides of the exhaust opening 32 and are overhung by the duct 31, are in connection with the hollow rod 23.
The dispensing spool 26 is provided with annular grooves 33 and 34 on the dispensing sliding surface. The annular groove 33 is connected on the one hand by the passages 35 with the cylinder chamber H and can on the other hand be brought into contact alternately with the inlet opening 29 or with the opening. - exhaust ture 32. The annular groove 34 is connected, on the one hand, through the passages 36, with the cylinder chamber G and can, on the other hand, be connected alternately with the opening df ' exhaust 32 or with the intake opening 30.
The mode of operation of the described arrangement is now as follows:
Controlled by the driving rod 24, it will be assumed that the combined piston moves towards the cylinder chamber G.
The pressure thus prevailing on the medium in chamber G acts on the main piston 21 and on the distribution spool 26, which is engaged towards the cylinder chamber H and thereby connects the annulus groove. - area 34 with the exhaust opening 32. The load in
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chamber G now flows through passages 36 to the antechamber F. Via the suction side, the annular groove 33 is connected with the inlet opening
29. Aspirated into the antechamber E, the medium flows, through passages 35, into the cylinder chamber H. During the duration of the stroke, the check valve R is open.
The combined piston is pushed to near the bottom of the cylinder to then reverse the direction of movement. At this time, the check valve R closes. The control energy supplied to the main piston 21 acting in the opposite direction, from this moment, now presses on the charge in the chamber H, so that, through this face, the main piston 21 and the spool distributors 26 are solicited
The control energy, which is equal to the pressure, now exceeds the energy of the column of circulating liquid still acting in chamber G. There follows a differential effect on the spool 26 with the result. that the latter is engaged from the cylinder H towards the chamber G. By this, the annular groove 33 enters into connection with the exhaust opening 32 and the annular groove 34 with the intake opening 30.
The H chamber arrives at the compression phase and the cylinder chamber G at the suction phase.
The mode of operation of the arrangement described is now done in an identical manner but in the opposite direction. The check valve R opens again.
The following tasks fall to the non-return valve R: 1. In the closed state, therefore when changing direction and stopping the combined piston, prevent the backflow of the medium, and consequently
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2. Do not allow the liquid pump to act as a motor, and 3. Make it possible to engage the distribution spool.
Another advantageous embodiment of the invention is shown in FIGS. 3- 7. In this embodiment, the reversal of the direction of the medium at the intake and the exhaust is effected by two sliders. distribution separated from each other, namely an intake valve and an exhaust valve. The coverings of the inlet and outlet openings can be chosen at will and can also be different from each other.
The choice of the two distribution drawers at will, in correlation with the Characteristic set forth above, provides very advantageous solutions from the technical and economic points of view.
The separate shifting of the midrange at the inlet and at the exhaust by two independent distribution spools furthermore makes possible a minimum construction length of the combined pressure piston and improved sealing of moving parts.
The intake spool can then be designed in such a way that it has no neutral position. The combined piston can therefore be set from any position.
The main piston 37 has two distribution spools separated from each other, the intake spool 38 and the exhaust spool 42 The intake spool 30 is connected, through the intake opening 46, with the hollow rod 47, from which the compressed gases are supplied. The exhaust spool 42 is connected through the exhaust opening 48, with the hollow rod 49, from which the compressed gases are evacuated.
The intake slide 38 brings together the pistons 39,40,41.
On one side of the piston 39 is connected the piston 40 and on the other
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the piston 41. The pistons 40 and 41 differ in diameter and: are smaller than the piston 39, releasing from the side 39.40 the front face 50 and from the side 39.41 the front face 51. The pistons 40 and 41 are hollow and of dimensions such that the face 51 is twice the size of the face 50. The cavities of the pistons 40 and 41 are in connection with the front faces open towards the pressure cylinder. In addition, the cavities 40 and 41 can be connected by means of the passages 52 and 53 alternately by the corresponding position of the intake spool 38 with the intake opening 46, so that from here either side of the cylinder can be filled.
The piston 39,40 is guided by the sliding seat on both sides of the intake opening 46 in the main piston 37, and the piston 41 by means of a closure piece 54 which is additionally provided.
The length of the stroke of the intake spool 38 depends on the required size of the passages 52 and 53 and the distance thereof from the piston 39. This distance is, in turn, determined by the chosen overlap and the distance. required seal length of pistons 39, 40 and 41.
The stroke is limited by stopping the end faces 50 and 51 of the piston 39 on their corresponding seats in the main piston 37.
The faces 50 and 51 therefore participate considerably in obtaining a good seal.
If the intake spool is in either extreme position, the pistons' 40 or 41 protrude so strongly on the opposite side of the main piston 37 that a safe engagement can ensue.
As can be seen, the face 50 is, upon commissioning, continuously influenced by the operating pressure,
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whatever the position of the piston 39 may be. Therefore, the intake slide 38 is forced in the opposite direction, in the extreme position. This is particularly important when starting the engine with the intake spool in a neutral position, as then a faster and safer starting is possible.
If the starting position of the intake spool 38 is such that the piston 39 has just left its seat, the face 51 is influenced and becomes active. As, however, 51 is larger than 50, the intake spool is forced this time towards 50 in the extreme position, so that again a quick and safe start is possible.
Finally, the stepped piston 39 has yet another importance. The alternately acting influence of faces 50 and 51 powerfully supports, during operation, the engagement process and accelerates the latter.
In summary, the stepped piston 39 therefore has the following missions to fulfill: 1. Limiting the sliding path of the intake spool.
2. Cooperation of the end faces to the seal between the intake valve and the main piston.
3. Starting the engine in any neutral position of the intake spool ...
4. The engagement on and accelerated of the intake slide during: operation.
The ventilation and the exhaust of the cavity 58 (Fig. 5 continuously variable between the closure part 54 and the front face 51 are effected practically sufficiently by certain permeabilities of the small seat on the closure part 54, but can also be obtained by a special adjustment
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with the aid of the intermediate support piece 45 which is hollow and provided with passages 55. The exhaust spool 42 is guided by a seat sliding in the main piston 37 on both sides of the exhaust opening 48.
The intermediate piece
45 with its passages 55 is arranged lengthwise such that when the pistons 43 or 44 are pushed abruptly, on one side in the extreme position with the main piston 37, on the other side, a part of the intermediate piece
45 with the passages 55 protrudes. In this way, the compressed gases escaping from the inside of the cylinder can be discharged alternately through the passages 55 and then through the exhaust opening 48 and the hollow rod 49.
The length of the stroke of the exhaust spool 42 depends on the required size of the passages 55, the coverage chosen and the required seal length of the pistons 43 and 44.
The sliding stroke is limited by the stops 56 and 57 fitted to the pistons 43 and 44 which also participate in the sealing between the exhaust spool and the main piston.
If the exhaust spool 42 is in either extreme position, the pistons 43 or 44 protrude so strongly on the opposite side of the main piston 37 that engagement can safely ensue.
Finally, it should be further noted that the exhaust spool does not require any special construction to exceed the neutral position when the engine start spool is moved in the exhaust line. The exhaust spool 42 is thus coupled with the intake spool 38 by full pressure and automatically assumes the exit position corresponding to the intake spool.
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Finally, here is the description, by example, in five different operating positions, of the cooperation of all the parts. For this, the intake and exhaust drawers are provided with covers which, for the stationary central position of the two drawers, does not allow the admission or the exhaust of the load.
Fig. 3: The intake spool 38 and the exhaust spool 42 are slid to the extreme position towards the A side of the cylinder. The inlet is made by the hollow piston rod 47 and reaches the side of the cylinder B through the inlet opening 46 and the passages 52. When filling is carried out, the combined pressure and distribution piston moves from B towards A., The exhaust of the contents of the cylinder on the side A takes place simultaneously through the passages 55 and the exhaust opening 48 towards the hollow rod 49. FIG. Intake and exhaust sliders simultaneously touch the front face of the pressure cylinder A.
From here begins the process of the interlockings Fig.4: The combined piston continued to move in the same direction up to the position of Fig.4. The passages 52 of the intake spool are closed at this time. , without the passages 53 being open. From this moment, the combined piston continues to move by expansion of the filling B.
The escape from A is still possible since the passages 55 are still open.
Fig. 5: The passages 55 are precisely closed on the A side of the cylinder, without these being open on the B side of the cylinder.
Likewise, on the admission side, passages 52 and 53 are still closed. From this moment, neither intake nor exhaust is possible! The combined piston thus continues to move by expansion of the charge B. The contents of the cylinder on the A side begin to condense.
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The prior compression is commented *
Fig. 6: The preliminary compression is continued until the passages 55 of the exhaust spool 42 are sufficiently open on the side B of the cylinder. FIG. 6 just shows the beginning of the opening of the passages 55. Finally, there follows a rapid escape of the charge B through the passages 55 and the escape opening 48 towards the hollow rod 49.
Simultaneously with the commencement of flow of charge B, the passage 53 of the intake spool 38 begins to open towards the intake opening 46, so that from here the filling of the side A of the cylinder can be done, the prior compression produced in the meantime being used.
With the commencement of filling A, the front face 51 of piston 39 becomes free towards the intake opening 46 which is urged immediately with full pressure and performs an accelerated engagement of the intake spool '.
The exhaust spool is engaged by full pressure A.
Fig. 7 shows the engagement made from the intake and distribution spool towards the B side of the cylinder '. The combination piston now moves from A to B, until the distribution spools simultaneously touch the front face of the cylinder in B. The reverse engagement process then takes place in a corresponding manner.
It should also be mentioned finally that the intake and exhaust drawers can also, if necessary, be placed in series.
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