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Vorrichtung für die Ansaugleitung von Brennkraftmaschinen zum Verhüten
von Explosionen infolge Flammendurchschlages Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung für die Ansaugleitung von Brennkraftmaschinen zum Verhüten von Explosionen
infolge Flammendurchschlages mit einem die Ansaugleitung beim Unterschreiten einer
bestimmten Drehzahl abschließenden Absperrorgan.
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Vorrichtungen dieser Art werden bei Brennkraftmaschinen als sogenannter
Explosionsschutz überall dort benötigt, wo solche Maschinen in einem Raum betrieben
werden, in dem explosible Gase auftreten können. In diesem Falle müssen Vorkehrungen
getroffen werden, daß solche explosiblen Gase nicht vom Motor her entzündet werden
können. Diese Gefahr ist auch dann gegeben, wenn es in der Ansaugleitung zur Flammenbildung
kommt und diese Flammen durch die Ansaugleitung hindurch nach außen schlagen. Um
dies zu verhindern, ist es bekannt, Schutzvorrichtungen aus Plattenpaketen, Gittern
oder ähnlichen Einrichtungen in der Ansaugleitung anzubringen. Die Wirkung solcher
Schutzvorrichtungen beruht bekanntlich darauf, daß eine Flamme beim Durchtritt durch
einen engen Spalt an die umgebenden Wände so viel Wärme abgibt, daß sie erlischt.
Die bekannten spalt- und gitterförmigen Schutzvorrichtungen haben jedoch-den Nachteil,
daß sie auch bei normalem Betrieb in der Ansaugleitung einen unerwünscht hohen Widerstand
für die angesaugte Luft bilden, der eine Leistungsverringerung der Maschine verursacht.
Außerdem benötigen diese bekannten Schutzvorrichtungen eine häufige Reinigung, da
sich die Spalte und Gitter schnell zusetzen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung
so auszubilden und anzuordnen, daß die Notwendigkeit einer Reinigung vollkommen.
entfällt, ferner eine Anwendbarkeit auch bei explosiblen Gasen höherer Gefahrengruppen
gegeben ist, und daß sie in der normalen Betriebsstellung den Querschnitt der Ansaugleitung
nicht verringert und nur dann zur Wirkung kommt, wenn die Gefahr eines Flammendurchschlages
gegeben ist und diese verhindert werden soll. Die Erfindung geht nun von der physikalischen
Tatsache aus, daß die Flammengeschwindigkeit der in Frage kommenden brennbaren Medien
in der Größenordnung von etwa 3 m/sec liegt und damit wesentlich geringer ist als
die Geschwindigkeit der angesaugten Luft, die etwa 15 bis 25 m/sec je nach Querschnitt
und Drehzahl beträgt und der nach außen fortschreitenden Flammenfront entgegengerichtet
ist; infolgedessen kann unter normalen Betriebsverhältnissen kein Flammendurchschlag
erfolgen. Hierbei wird unter normalen Betriebsverhältnissen der gesamte Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine verstanden. Wenn nun beim Abstellen der Maschine die Geschwindigkeit
der angesaugten Luft auf Null absinkt, wäre bei diesem Vorgang die Möglichkeit eines
Flammendurchschlages gegeben.
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Gemäß der Erfindung besteht die Vorrichtung zum Verhüten des Flammendurchschlages
ausschließlich aus dem Absperrorgan, wobei dieses Absperrorgan ein explosionssicher
abschließender Schieber ist. Dieser Schieber gibt also beim normalen Betrieb den
vollen Querschnitt der Ansaugleitung frei, so daß sich während dieses normalen Betriebes
innerhalb der Ansaugleitung keinerlei Vorrichtungen befinden, die einen zusätzlichen
Widerstand für die angesaugte Luft bieten können. Der Schieber, der als Drehschieber,
Kolberischieber-oder .auch als Flachschieber ausgebildet sein kann,, wird vorteilhaft
in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine über einen Fliehkraftschalter
gesteuert, der - bei pneumatischer oder hydraulischer Steuerung mit einem Magnetventil
für das Steuermittel zusammenwirken kann. Die Anordnung kann aber auch so getroffen
werden, daß der Schieber.-vom Unterdruck in der Ansaugleitung oder von der bei Flammenbildung
auftretenden Druckwelle gesteuert wird. Zweckmäßig ist das Schiebergehäuse in .
der Ansaugleitung mit einem an den Kreislauf des warmen Kühlwassers der Brennkraftmaschine
angeschlossenen Wassermantel versehen. Hierdurch wird zuverläsig verhütet, daß sich
der Schieber bei längerem Nichtgebrauch festsetzen oder bei Außentemperaturen unter
0° C einfrieren kann. In besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
kann die Steuereinrichtung für den Schieber derart ausgebildet sein, daß der Schieber
außer beim Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl auch beim überschreiten einer
bestimmten Drehzahl zur Wirkung kommt. Auf diese Weise kann der- Schieber gleichzeitig
als Schutzvorrichtung dagegen dienen, da.ß die Drehzahl der Maschine unzulässig
erhöht
wird, wenn sie in einem Raum mit brennbaren Gasen arbeitet und diese Gase nach dem
Abstellen der Brennstoffzufuhr angesaugt werden.
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Für die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 7 wird Patentschutz nur in
Verbindung mit dem Hauptrnspruch beansprucht.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zum Verschließen der Ansaugleitung
von Dieselmotoren für explosionsgeschützt ausgebildete Diesellokomotiven sind in
der Ansaugleitung Drosselklappen angeordnet, die von Hand oder durch einen Fliehkraftregler
betätigt werden. Da diese Drosselklappen selbst nicht derart abdichtend sind, daß
sie die Wirkung einer Zünddurchschlagsicherung nach den bestehenden Vorschriften
erreichen, ist zusätzlich ein Platten- oder Gitterschutz erforderlich. Diese bekannte
Vorrichtung hat außerdem nur die Aufgabe, beim Überschreiten der maximal zulässigen
Drehzahl infolge Ansaugens explosibler Gase zur Wirkung zu kommen und eine weitere
Steigerung der Drehzahl zu verhindern. Hierzu hat man ferner den Vorschlag gemacht,
die von Hand betätigten Drosselklappen so lange geschlossen zu halten, bis der Motor
zum Stillstand gekommen ist. Diese Vorrichtung spricht also nur beim Überschreiten
einer bestimmten Drehzahl an.
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In ähnlicher Weise arbeitet eine weitere bekannte Vorrichtung für
den Betrieb von Gasmotoren zu deren Schutz gegen Überschreiten einer bestimmten
Drehzahl beim Ansaugen fremder explosibler Gase. Hierbei sind zwei mit versetzt
zueinander angeordneten Bohrungen versehene Ventilplatten mit Abstand übereinander
angebracht. Die beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl auftretenden anomalen
Maschinenschwingungen verursachen, daß diese beiden Ventilplatten aufeinandergedrückt
werden, wodurch die Gaszufuhr unterbrochen wird.
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Es ist ferner eine Absperrvorrichtung für Explosionskraftmaschinen
bekannt, die erst beim Stillstand des Motors zur Wirkung kommt und dann verhindern
soll, daß Gas von der Gaszuführung über die Rohrkanäle der Maschine in den Maschinenraum
ausströmen kann.
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Bei einer Sicherheitsvorrichtung an schnellaufenden Zweitaktgasmaschinen
mit unabhängig von der Gasmaschine angetriebenen Gebläsen zur Gas- und Luftzuführung
ist ebenfalls die Möglichkeit einer schnellen Absperrung der Gasleitung im Falle
des Stillstandes der Maschine vorgesehen, indem ein Absperrventil in der Gasleitung
durch ein Gesperre offengehalten wird, das vom Maschinenregler ausgelöst wird, wenn
die Maschine zum Stillstand kommt. Bei dieser vorbekannten Einrichtung würde neben
dem Widerstand für das strömende Medium, welcher durch die konstruktive Ausbildung
der Vorrichtung gegeben ist, bei einer Entzündung der Gase in der Ansaugleitung
zwischen Ventilgehäuse und Gasmaschine der Ventilteller gegen den Druck der Feder
durch die Druckwelle der Verpuffung abgehoben. Damit wäre die nach der Erfindung
gestellte Aufgabe nicht gelöst, nämlich einen Flammenrückschlag im Normaldrehzahlbereich
und bei auslaufendem Motor zu verhindern. Aufgabe der bekannten Vorrichtung ist
nur, die Sperrung oder Zufuhr gegen den Förderdruck eines Gebläses zu erreichen,
um damit einer Entzündung des Gas-Luft-Gemisches bei stehender Gasmaschine vorzubeugen.
Die Möglichkeit, daß auch nach dem Abschluß der Klappe oder während des Auslaufens
der- Casmasclriaie das in den Leitungen befindliche Gas-Luft-Gemisch sich entzünden
kann, ist ebensowenig gegeben, wie das Durchschlagen der brennenden Gase nach außen
zu verhüten. Es kommt aber nicht darauf an, den Zutritt von Gasen zum Motor auf
irgendeine Weise zu unterbinden, sondern einen Flammendurchschlag der im Normalbetrieb
schon angesaugten Gase auch bei sinkender Drehzahl des Motors zu verhindern - die
sich somit schon hinter dem Absperrorgan befinden, für den Fall, daß diese explosibel
sind - nach außen, d. h. in die Räume, die im Sinne der Strömungsrichtung vor dem
Drehschieber liegen.
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Bekannt ist ferner, bei einer Brennkraftmaschine in deren Ansaugleitung
einen rohrförmigen Absperrschieber anzuordnen. Dieser Absperrschieber dient jedoch
nicht als Explosionsschutz, sondern dem ganz anderen Zweck, die Maschine beim Stillsetzen
schneller durch den kritischen Drehzahlbereich fahren zu können, um hierdurch größere
Drehschwingungsausschläge der Kurbelwelle zu vermeiden oder zu vermindern.
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In der Zeichnung ist die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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A b b. 1 ist eine Seitenansicht der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine;
A b b. 2 ist ein Längsschnitt durch die Ansaugleitung an der Einbaustelle des Schiebers
bei offener Stellung des Schiebers; A b b. 3 ist ein Längsschnitt durch die Ansaugleitung
an der Einbaustelle des Schiebers bei geschlossener Stellung des Schiebers.
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Zu der dargestellten Brennkraftmaschine 1 führt das Ansaugsammelrohr
2. Zwischen dem Ansaugsammelrohr 2 und dem Ansaugkrümmer 3 ist das Gehäuse
4 für den Drehschieber 5 angeordnet. Der Vollständigkeit halber ist noch
das Luftfilter 6 am Eintritt der Ansaugleitung dargestellt. Aus A b b. 2 ist die
geöffnete Stellung des Drehschiebers 5 zu ersehen, in der der Schieber den vollen
Querschnitt der Ansaugleitung freigibt. A b b. 3 zeigt, wie der Drehschieber 5 in
seiner geschlossenen Stellung den vollen Querschnitt der Ansaugleitung versperrt.
In der geschlossenen Stellung wirken die Zylinderflächen 7, über deren Bereich sich
das Schiebergehäuse 4 und der Drehschieber 5 decken, als ausreichende
Luftspalte im Sinne der Vorschriften über Explosionsschutz.
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Aus den A b b. 2 und 3 ist auch ersichtlich, wie am äußeren Umfang
des Drehschiebergehäuses 4 ein Wassermantel 8 angeordnet sein kann, der gegebenenfalls
an den Kreislauf des warmen Kühlwassers der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
Der Zu- und Abfl.uß des warmen Kühlwassers ist durch Pfeile angedeutet.
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Die Anordnung eines an sich bekannten Fliehkraftschalters und bei
pneumatischer oder hydraulischer Steuerung auch eines ebenfalls an sich bekannten
Magnetventils für das Steuermittel kann in geeigneter und für die Anordnung solcher
Regel- und Steuereinrichtungen bekannter Weise durchgeführt werden und ist ebenfalls
dargestellt. Es kann beispielsweise ein Luftzylinder 9 über ein Hebelgestänge auf
die Drehachse 10 des Drehschiebers 5 wirken, wobei dieser Luftzylinder 9 seinerseits
mit einem Magnetventil 11 zusammenwirkt, welches seinerseits von einem Fliehkraftschalter
12 aus betätigt wird.
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Die Betätigung des Schiebers kann aber auch auf irgendeine andere
geeignete Weise. beispielsweiserem
mechanisch, mit an sich bekannten
Mitteln vorgenommen werden.