DE111542C

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Publication number: DE111542C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT,

Das Haupt - Patent beschreibt eine Ventilsteuerung für Wasserkraftmaschinen, bei welcher, die gegen das strömende Betriebswasser öffnenden Ventile durch eine Steuerung kurz vor : beendigtem Kolbenhub geschlossen werden, wobei dann infolge des Vorschlusses der Ventile eine Druck - oder Saugwirkung im Ventilkasten auftritt, und zwar je nachdem, ob das Einlafs- oder Auslafsventil schliefst. Wird z. B. kurz vor der Beendigung der Druckperiode das Einlafsventil geschlossen, so übt der weitergehende Kolben eine Saugwirkung aus, wodurch er das nach innen öffnende Auslafsventil zur Voreröffnung bringt; umgekehrt wird natürlich bei 'dem Vorschlufs des Auslafsventils kurz vor Beendigung des Kolbenhubes eine Druckwirkung im Ventilkasten entstehen, welche das nach aufsen gegen den Druck des Betriebswassers öffnende Einlafsventil aufdrückt.

Diese Steuerung ist nach der vorliegenden Erfindung mit einem Regulator in Verbindung gebracht, welcher das Steuerungsgestä'nge so beeinflufst, dafs der Vorschlufs der Ventile an einem beliebigen Punkte des Kolbenhubes erfolgen kann. Die Regulirung kann sowohl durch Veränderung des Vorschlusses der Einlafsventile, wie auch des der Auslafsventile erfolgen; werden z.B. bei einem doppelt wirkenden Motor die Einlafsventile, wenn der Kolben einen bestimmten Theil seines Hubes vollendet hat, geschlossen, so wird der Kolben während seines übrigen Weges Abwasser durch die Auslafsventile ansaugen. Arbeit wird hierbei also nur während der Zeit der Oeffnung der Einlafsventile geleistet.

Bei nach dem Differentialsystem eingerichteten Motoren läfst sich die Regulirung ebenfalls vorteilhaft benutzen, doch wird man hier auch die Auslafsventile entsprechend früher schliefsen, wodurch dann der beständig auf der kleinen Kolbenringfläche ruhende Druck während eines Theiles des Hubes gegen den vollen Wasserdruck, welcher auf der grofsen Kolbenfläche lastet, arbeiten mufs; auf diese Weise wird dann gleichmäfsige Arbeit auf beiden Kolbenseiten erhalten.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnung zeigt zunächst einen doppeltwirkenden Motor zur Hälfte in der Ansicht, zur Hälfte im Schnitt.

Die allgemeine Anordnung des dargestellten Motors ist die, dafs eigentlich zwei einfach wirkende Motoren mit einander verkuppelt sind, in der Weise, dafs die in einer Achse liegenden Plunger eine gemeinsame Kurbelwelle in Bewegung setzen. Die beiden Plunger a (Fig. 1) stehen unter einander durch Zugstangen b in starrer Verbindung. Vom Kreuzkopf c aus wird die Bewegung durch eine Pleuelstange auf die mit Schwungrad versehene Maschinenwelle d übertragen. Die Plunger arbeiten in Ventilkästen e mit Einlafs-

ventilen f und · Auslafsventilen g, welche in ihrer Construction im Wesentlichen den im Haupt-Patente dargestellten Ventilen entsprechen.

Der Vorschlufs der Auslafsventile erfolgt constant kurz vor dem Hubwechsel und wird veranlafst durch eine von der Maschinenwelle d bewegte Excenterstange h. Diese setzt einen Doppel winkelhebel /j¹ in Schwingungen, welcher Doppelwinkelhebel wieder durch Vermittelung von Stangen h- die Hebel h³ bewegt; deren Wellen ή⁴ theilen dann die Schwingbewegung den eigentlichen Steuerhebeln /i⁵ mit, welche unter Ansätze der Ventilspindeln g¹ greifen, diese gegen die Wirkung von Spiralfedern g"² aufwärts drücken und die Auslafsventile somit schliefsen.

Die Steuerung der Einlafsventile wird durch eine Excenterstange k veranlafst; diese bewegt ebenfalls einen Doppelwinkelhebel k¹, welcher durch Stangen /c² die Hebel A:³ und mithin die auf den Wellen /c⁴ sitzenden Steuerhebel k^s antreibt. Die .Steuerhebel A⁵ wirken auf den Ringansatz f^l der Ventile f gegen die Wirkung der Federn f'² ein. Sowohl in die Stangen h'², wie auch in die Stangen k'² sind Bufferfedern eingesetzt, welche Brüche in den Ventilen und der Steuerung verhindern, falls Unreinlichkeiten sich zwischen Ventil und Sitz festsetzen oder die Steuerung nicht richtig eingestellt ist.

Bewegt sich beim Betriebe der Maschine der in Fig. ι rechts sichtbare Plunger nach rechts, so mufs hierzu das Einlafsventil natürlich geöffnet sein; bei normalem Betriebe, bei welchem der Motor annähernd mit Vollfüllung arbeitet, wird das Einlafsventil dann kurz, bevor der Plunger seine rechte Todtlage erreicht, geschlossen. Die letzte Bewegung des Plungers bei bereits geschlossenem Einlafsventil erzeugt dann in dem Räume e eine Saugwirkung, welche das Auslafsventil, welches nach innen öffnet, aufzieht, so dafs durch dieses eine geringe Menge von Wasser aus der Abwasserleitung in dem Räume e zurücktritt.

Bei der nach der Bewegungsumkehr erfolgenden Bewegung des Plungers nach links wird Wasser aus dem Räume e durch das Auslafsventil in die Abwasserleitung hinausgedrückt. Kurz bevor der Plunger die linke Todtlage erreicht, wird das Auslafsventil durch die Steuerung geschlossen, und es erzeugt der Plunger während des letzten Theiles seiner Bewegung nach links einen Ueberdruck im Räume e, welcher das Einlafsventil gegen die Wirkung des auf diesem lastenden Betriebsdruckwassers öffnet. Das Einlafsventil bleibt dann offen, bis der Kolben bei der Bewegung nach rechts kurz vor dem Bewegungsumkehrpunkt angelangt ist, worauf dann in schon beschriebener Weise sich der Arbeitsvorgang wiederholt.

Zur Regulirung der Arbeit des Motors ist der untere Winkelhebel k¹ nicht fest, sondern in verticaler Richtung beweglich gelagert, und zwar erhält er seine Einstellung durch den Regulator R. Der Winkelhebel k¹ ist gelagert an einem Plunger Z; dieser Plunger ist mit seinen Enden in zwei kurzen Cylindern I¹ Z² geführt, welche am Maschinengestell in geeigneter Weise befestigt sind. Der Regulator verbindet entweder die obere oder untere Fläche abwechselnd mit dem Druck - oder dem Abwasserraum. Der Regulator bewegt dabei direct einen Schieber in dem Schieberkasten S.

Die Einrichtung dieses Schieberkastens ist aus der Fig. 2 ersichtlich. In dem Gehäuse i ist i¹ der Druckwassereinlafs, die Oeffnung z'² stellt die Verbindung nach der Oberfläche des Steuerplungers / und die Oeffnung i³ die Verbindung nach der unteren Fläche desselben her. Die Oeffnungen z⁴z⁵ münden ins Freie. Der eigentliche Schieber besteht aus der Stange m mit den Kolben m^l und m². Der Schieber ist so dimensionirt, dafs .bei der in Fig. 2 gezeichneten Stellung durch die Kolben m^l und Mz² die Verbindungen i'² z'³ mit den Druckflächen des Steuerplungers geschlossen werden, so dafs letzterer bei dieser Stellung durch den Regulator nicht beeinflufst wird. Sobald aber der Schieber m nach oben geht, wird Druckwasser über 2¹J² nach der oberen Fläche des Plungers Z gehen, während das unter dem Plunger befindliche Wasser über z'³z'⁵ abfliefsen kann. Bei der Maschine nach Fig. 1 stellt das Rohr«¹ die Verbindung zwischen der Oeffnung z"² (Fig. 2) und dem oberen Cylinder Z¹ des Plungers / her,, während das Rohr n'² den unteren Cylinder Γ² mit der Oeffnung i³ (Fig. 2) verbindet.

In den Fig. 3 und 4 ist in Ansicht und Schnitt ein Differentialmotor dargestellt. Hier wird nicht nur der Schlufs des Einlafsventils, sondern auch der des Auslafsventils vom Regulator beeinflufst. Die Welle d bewegt, mittels der Excenterstange k einen Doppelwinkelhebel k\ der ebenso, wie dies bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben, an einem Plunger / gelagert ist. Die beiden Cylinder Z¹ /² für diesen Plunger stehen in derselben Weise wie bei der Maschine nach Fig. 1 mit dem Schieberkasten S durch Rohre n¹ n'² in Verbindung. Auf das Einlafsventil wirkt der Winkelhebel k^l wieder durch eine Stange k'², die an den Hebel k³ der Welle.k* angreift; auf der Welle k* sitzt dann der Steuerhebel A*⁵. Auf das Auslafsventil wirkt der Steuerhebel /1⁵ der Welle /2⁴, welche durch den Hebel h^s, der mit dem Winkelhebel k¹ durch die Stange h² in Verbindung steht, bewegt wird. Auch hier sind in beide Stangen h'² und k² Bufferfedern eingeschaltet.

Claims

Zunächst möge jetzt die Wirkungsweise des Differentialmotors erläutert werden:

Das Gröfsenverhältnifs der Kolbenfläche F¹ zu F² sei 2 : ι; arbeitet der Motor mit Vollfüllung, so ergiebt sich für die Arbeit das Diagramm nach Fig. 5. Bei der Bewegung des Plungers nach links wirkt rechts die Fläche F¹, der die um die Hälfte kleinere Fläche F¹ entgegenwirkt. Der geleisteten Arbeit entspricht die Fläche A (Fig. 5). Bei dem Rückgange des Plungers wirkt nur die Fläche F², und es ergiebt sich dieselbe Arbeitsleistung A¹ (Fig- 5)·

Werden die Ventile so gesteuert, dafs der Motor nur 0,75 Füllung erhält, so ergiebt sich für die Arbeit das Diagramm nach Fig. 6. Bei dem Kolbenhingang (nach links) wirkt auf drei Viertel des Weges die um F² verminderte Kolbenflä'che F¹, und es ergiebt sich für das Diagramm die Fläche B. Während des letzten Viertels des Kolbenweges wirkt auf die Fläche F¹ kein Druck, wohl aber mufs die Fläche F'² gegen den vollen Druck bewegt werden, so dafs sich also eine negative Arbeitsleistung ergiebt, welcher die Fläche C des Diagramms (Fig. 6) entspricht. Beim Rückgange des Kolbens wirkt zunächst auf die kleine Fläche F² der volle Druck ein und ergiebt eine positive Arbeitsleistung, entsprechend der Fläche B¹ (Fig. 6), während bei dem Schlüsse des Einlafsventils das im Ventilkasten befindliche Wasser durch das Einlafsventil zurück in die Druckleitung gedrückt werden mufs, so dafs sich hier eine negative Arbeitsleistung C¹ (Fig. 6) ergiebt. Das Diagramm zeigt, dafs bei 0,75 Füllung die geleistete Arbeit gleich 0,5 ist.

Die bei 0,5 Füllung geleistete Arbeit verdeutlicht das Diagramm nach Fig. 7; während des halben Kolbenhinganges bildet sich die Fläche D des Diagramms. Nachdem dann das Einlafsventil geschlossen, ergiebt sich durch den Druck auf die Differentialfläche die negative Arbeitsleistung E, wobei der Kolben durch das Auslafsventil todtes Wasser in den .Ventilkasten saugt. Beim Rückgange des Kolbens leistet die Differentialfläche bei geöffnetem Auslafsventile die positive Arbeit Z)¹. Bei halbem Kolbenwege schliefst das Auslafsventil, und es mufs das Wasser aus dem Einlafsventil in die Druckleitung zurückgedrückt werden, woraus die negative Arbeitsleistung -E¹ resultirt. Das Diagramm zeigt die Üebereinstimmung der einzelnen Flächen hinsichtlich ihrer Gröfse und läfst somit erkennen, dafs bei halber Füllung der Differentialmotor keinerlei Arbeit leistet.

Giebt man weniger als 0,5 Füllung, so wird die algebraische Summe der einzelnen Arbeitsbeträge negativ, d. h. der Motor wird zur Pumpe. In diesem Zusammenhange läfst sich der Motor mit Vortheil für solche Betriebszwecke verwenden, wo erhebliche Arbeitsbeträge weggebremst werden müssen, z. B. bei Bahnen, Winden, Fördermaschinen u. s. w. In solchen Fällen würde die angesammelte lebendige Kraft durch die Pumpenarbeit verzehrt, welche dann bei der folgenden Arbeitsperiode wieder verbraucht werden kann.

Wesentlich einfacher erklärt sich die Wirkung des doppelt ■ wirkenden Motors nach Fig. ι insofern, als hier nur der Vorschlufs der Einlafsventile veränderlich ist; hier wird sich die Arbeitsleistung lediglich proportional der Füllung verändern. Sobald die Einlafsventile geschlossen werden, saugen die Plunger aus der Ableitung todtes Wasser in die Ventilkästen zurück, ohne dafs hierbei eine Arbeit geleistet würde. Selbstverständlich wäre es auch möglich, bei dem doppelt wirkenden Motor gleichzeitig den Schlufs der Ein- und Auslafsventile zu fixiren. Auch hier würde dann, wie beim Differentialmotor, bei 0,5 Füllung keinerlei Arbeit geleistet werden, weil das während des halben Kolbenhubes in den Ventilkasten eindringende Druckwasser wieder in die Druckleitung zurückgedrückt werden müfste, und ebenso würde eine Füllung von 0,75 eine Arbeitsleistung gleich 0,5 ergeben, weil das Druckwasser nur während 0,75 des Kolbenhinganges wirken könnte, während bei 0,25 des Kolbenrückganges jedoch Druckwasser wieder in die Druckleitung zurückgebracht werden müfste.

Fig. 8 zeigt endlich noch einen Differentialmotor , bei welchem die Regulirung des Schlusses der Ventile nicht durch den Regulator, sondern von Hand mit Hülfe derKlugschen Steuerung erfolgt. Diese Einrichtung läfst sich sogar dazu benutzen, den Motor umzusteuern. Eine in der bekannten Weise (s. Fig. 9) aufgehängte Excenterstange k treibt an ihrem freien Ende die Stangen h² und k² an. Mittels des Handhebeiso mit Stellbogen ρ wird die Aufhängevorrichtung K entsprechend eingestellt, so dafs die verschiedenen Füllungsgrade, wie auch eine vollständige Umsteueruug zu erreichen sind. Es ist selbstverständlich, dafs statt der in Fig. 8 dargestellten Kl ugschen Steuerung auch irgend welche beliebige andere Steuerung Verwendung finden könnte.

Pa tent-A νSprüche:

i. Wasserkraftmaschine nach Patent 97315, bei welcher eine Regulirung dadurch ermöglicht wird, dafs mit Hülfe eines Regulators oder einer von Hand einstellbaren Stellvorrichtung der vorzeitige Schlufs des jeweils offenen Ventils erreicht wird, wodurch beim Vorschlufs eines Einlafsventils der Kolben Abwasser ansaugt und keine Arbeit verrichtet, während er beim Vor-

schlufs eines Auslafsventils Druckwasser in die Arbeitsleitung zurückdrückt und mithin negative Arbeit leistet.

Eine Ausführungsform der Wasserkraftmaschine nach Anspruch ι, bei welcher ein von der Maschine in Schwingung versetzter, die Ventile antreibender Doppelwinkelhebel k^l an dem Plunger / gelagert ist, welcher in seiner Höhenlage durch Druckwasser, dessen Zufiufs zum Plunger durch einen vom Regulator R eingestellten Schieber £ geregelt wird, einstellbar ist.
Eine Ausführungsform der Wasserkraftmaschine nach Anspruch ι, bei welcher die Ventile^/ und g durch eine mechanische Steuerung bewegt werden, welche mit Hülfe einer Umstellvorrichtung verschiedene Füllungen, wie auch vollkommene Umsteuerung ermöglicht.

4. Eine Ausführungsform der Wasserkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Ventile^ und g durch eine mechanische Steuerung bewegt werden, welche mit Hülfe einer Umstellvorrichtung verschiedene Füllungen, wie auch die Umwandlung des Motors in eine Pumpe ermöglicht, wodurch Bremsarbeit als nutzbare Arbeit aufgespeichert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.