DE121075C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung gesteuerter Ventile für Luftexpansionsmäschinen, welche hauptsächlich bei der Kälteerzeugung Verwendung finden.

Die Wirkungsweise der Ein- und Auslafsventile dieser Maschine ist gewöhnlich folgende. Bei Beginn des Arbeitshubes muis auf der Compressionsseite das Auslafsventil geschlossen sein und darf sich erst öffnen, wenn der Druck des zusammengeprefsten Gases oder der Luft eine bestimmte Gröfse erreicht hat. Auf der Expansionsseite dagegen mufs das Einlafsventil bei Beginn des Arbeitshubes offen, das Auslafsventil geschlossen sein. An einem entsprechend gewählten Punkt des Arbeitshubes hat sich das Einlafsventil zu schliefsen, um das Gas oder die Luft expandiren zu lassen, das Auslafsventil hat sich dagegen erst am Ende des Arbeitshubes zvj öffnen und beim Rückhub offen zu bleiben, während dessen auf der Compressionsseite das während des Druckhubes geschlossene Saugventil offen bleiben mufs.

Will man nun den Grad der Zusammenpressung auf der einen und den Füllungsgrad auf der anderen Seite regeln, so mufs man den Augenblick, in welchem das Auslafsventil der Compressionsseite sich öffnet, und jenen, in welchem das Einlafsventil der Expansionsseite sich schliefst, nach Belieben wählen können.

Dazu kommt noch, dafs in manchen Fällen nach dem Schliefsen des Einlafsventils der Expansionsseite auf dieser durch ein zweites Einlafsventil noch Luft oder Gas einzulassen ist, welches sich mit dem expandirten Druckmittel im letzten Theil des Arbeitshubes zu mischen hat, worauf dieses Gemisch während des Rückhubes durch das dann offene Auslafsventil entweicht. Dies wird beispielsweise bei Kältemaschinen der genannten Art erwünscht sein, um die Temperatur des äuiserst kalten expandirten Druckmittels durch Vermischung desselben mit mäfsig kalter, aus der Eisbildungskammer oder dergl. kommenden Gas oder Luft zu erhöhen und so die Kälteverluste in den Leitungen zu verringern. Auch der Augenblick der Oeffnung dieses zweiten Einlafsventils mufs nach Bedarf geregelt werden können.

Es liegt auf der Hand, dafs ein so verwickeltes Spiel der Ventile sich nur dann mit Sicherheit und Genauigkeit erzielen läfst, wenn diese gesteuert werden, wodurch man noch den Vortheil erreicht, dafs die Bewegungen der Ventile vom Unterschied der Drucke' auf beiden Seiten derselben unabhängig werden.

Die Steuerung mufs aber derart beschaffen sein, dafs sie den Augenblick des Oeffnens bezw. Schliefsens jedes einzelnen der in Betracht kommenden Ventile unabhängig vom Spiel der übrigen zu regeln gestattet.

Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen an einem Ausführuiigsbeispiel die Lösung dieser Aufgabe, und zwar ist:

Fig. I eine Draufsicht, zum Theil Schnitt, und Fig. 2 ein Längsschnitt der Maschine. Fig. 3 und 4 sind Sonderansichten von Einzelnheiten. Fig. 5 bis 9 zeigen schematisch verschiedene Stellungen der Kolben und Ventile.

Es ist dabei angenommen, dafs sowohl die Compressionsseite als auch die Expansionsseite der Maschine von je einem einfach wirkenden Cylinder 5 bezw. 6 gebildet, die auf verschiedenen Seiten eines Querkopfes 15. in einer Geraden liegen und Kolben 9 bezw. 10 an Kolbenstangen 7 bezw. 8 enthalten.

Die Einlafs- oder Saugventile 30,30 des Druckcylinders 5, sowie' die Auslafsventile 31,31 des Expansioiiscylinders sind in den Kolben 9 bezw. 10 angeordnet, das Auslafsventil 34 des Druckcylinders 5 und die Einlaisventile 37, 38 des Expansionscylinders 6 sind in den Cylindercleckeln untergebracht. Hierdurch werden die schädlichen Räume auf ein Mindestmafs herabgebracht. Da die Einlafsventile 30, 30 des Cylinders 5 und die Auslafsventile 31,31 des Cylinders 6 während des ganzen Rückhubes (in der Richtung des Pfeiles Fig. 5) offen und während des ganzen Arbeitshubes geschlossen sein sollen, sich also stets gleichzeitig zu bewegen haben, können diese beiden Ventilsätze von einem und demselben Organ aus betrieben werden. Dies geschieht hier beispielsweise von der Pleuelstange 16 aus, die mit dem Kreuzkopf 15 und der Kurbel 17 auf der das Schwungrad 19 tragenden Welle 18 durch Stangen 21,22 und Drehwelle 20 verbunden ist (Fig. 1, 2 und 3), welch' letztere einen festen Doppelarm 24 trägt, der an seinen beiden Enden (bei 23) mit Armen 25 versehen ist. Diese greifen an auf den Kolbenstangen 7 bezw. 8 der Länge nach verschiebbaren Hülsen 26 bezw. 27 an, die in das Innere der Cylinder 5, 6 eintreten und Scheiben oder Arme 28 bezw. 29 tragen, denen die Enden der Stangen der Ventile 30, 30 bezw. 31, 31 gegenüberstehen. Während des Rückhubes (Fig. 5) werden sonach die Hülsen 26, 27 gegen ihre Kolbenstangen zurückbleiben bezw. denselben voreilen und die Ventile 30, 30 bezw. 31,31 gegen den Druck ihrer Federn 32, 33 (Fig. 1) offen halten. Dagegen eilt eine der Hülsen 26 während des in der entgegengesetzten Richtung erfolgenden Arbeitshubes ihrer Kolbenstange vor, die andere 27 bleibt gegen ihre Kolbenstange zurück (Fig. 6 bis 9), und die Ventile werden durch ihre Federn geschlossen gehalten, derart, dafs die Ventilstellung nur von der Bewegungsrichtung des Kreuzkopfes 15 unabhängig ist. Das Auslafsventil 34 des Druckcylinders 5, sowie die Einlafsveiitile 37, 38 des Expansionscylinders sollen sich je nach Bedarf in beliebig zu wählenden Zeiträumen des Arbeitshubes öffnen, dagegen während des Rückhubes geschlossen sein. Ihre Oeffnung mti fs daher von der Hauptwelle 18 oder von einer davon getriebenen Steuerwelle aus zwar zwangläufig erfolgen, jedoch mittelst Vorrichtungen, durch deren Einstellung der Augenblick der Oeffnung jedes dieser Ventile unabhängig geregelt werden kann. Als solche Vorrichtungen sind nach der Zeichnung für das Auslafsventil 34 des Druckcylinders ein Daumen 36 auf einer von der Hauptwelle 18 getriebenen Steuerwelle 4 und für die Einlafsveiitile 37,38 des Expansionscylinders Excenter 39 auf der Hauptwelle 18 gewählt. Die Stangen dieser letzteren greifen indessen nicht unmittelbar an den Ventilen an, sondern an im Maschinengestell eingelenkten Hebeln, welche ihrerseits mittelst Anschläge die Ventilstangen beeinflussen (Fig. 3).

Es soll nun an der Hand der Fig. 5 bis 9, in welcher die Excenter 39 der einfacheren Darstellung wegen durch Kurbeln 49, 50 ersetzt sind, und die Hebel, auf welche sie wirken, mit 51, 52, die zugehörigen Anschläge mit 53, 54 bezeichnet sind, die durch die vorliegende Ventilanordnung bedingte Wirkungsweise der Maschine beschrieben werden.

Während des ganzen Rückhubes in der Richtung des Pfeiles Fig. 5 sind die Einlaisventile 30, 30 des Cylinders 5' und die Auslafsventile 31, 31 des Cylinders 6 offen, die übrigen Ventile dagegen geschlossen.

In der Todtpunktlage Fig. 6 schliefsen sich die Ventile 30, 30, 31, 31 unter der Einwirkung ihrer Federn,' da dann die Hülsen 26, 27 aufgehört haben, gegen die Ventilstangen zu drücken, das Ventil 34 ist noch immer geschlossen, dagegen öffnet sich das erste' Einlafsventil 37 des Expansionscylinders 6, indem dessen von der Kurbel bezw. Excenter 49 bethätigter Hebel 51 gegen den Anschlag 53 der Ventilstange stöfst und somit dieses Ventil öffnet. In dieser Lage bleiben die Ventile' während des ersten Theiles des Arbeitshubes, wobei durch Ventil 37 das Druckmittel nach dem Cylinder 6 einströmt, während in dem Cylinder 5 die beim vorangegangenen Rückhtib angesaugte Luft oder das Gas comprimirt wird. Nach einiger Zeit schliefst sich das Ventil 37 wieder unter der Einwirkung seiner Feder, indem der Hebel 51 durch die Kurbel 49 vom Anschlag 53 befreit wird (Fig. 7). Das in den Expansionscylinder 6 durch Ventil 37 eingelassene Druckmittel wirkt durch Expansion, während die Compression im Cylinder 5 fortgesetzt wird. Hat diese letztere die gewünschte Grenze erreicht, so wird das Auslafsventil 34 durch den Dau-

men 36 geöffnet (Fig. 8) und bleibt bis zum Heben geschlossen.

Die comprimirte Luft oder das Gas geht zum Sammelbehälter. Ein Theil der zur Compression der Luft in dem Cylinder 5 erforderlichen Arbeit wird dabei durch das in den Cylinder 6 eingelassene und daselbst expandirende Druckmittel geleistet.

Gegen Ende des Arbeitshubes endlich wird das Ventil 38 geöffnet, indem die Kurbel 50 die Hebel 52 gegen den Anschlag 54 der Stange dieses Ventils drückt und so das Ventil nach einwärts schiebt. Hierdurch wird bezweckt, Luft oder Gas von anderer Beschaffenheit in den Cylinder 6 einzulassen, damit es sich dort mit dem expandirten Druckmittel vermische, theils um die Temperatur des expandirten Druckmittels zu erhöhen, wie bereits angegeben, theils zu anderen Zwecken. In Fig. 8 ist das Ventil 38 eben im Begriff, sich zu öffnen.

In der zweiten Todtpunktlage (Fig. 9) schlief sen sich sowohl das Ventil 34 (unter der Einwirkung seiner Feder 35, Fig. 1 und 2) als auch das Ventil 38; die Ventile 30,30, 31, 31 sind eben im Begriff, sich zu öffnen, so dafs der Rückhub bei der in Fig. 5 gezeigten Stellung der Theile vor sich gehen kann.

Es wird dann Luft oder Gas durch die offenen Ventile 30, 30 in den Druckraum des Cylinders 5 gesaugt. Das Gemisch aus dem Expansionsraum des Cylinders 6 entweicht durch die offenen Ventile 31,31, beispielsweise in die Eiserzeugungskammer der Kältemaschine.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Anordnung gesteuerter Ventile für Luftexpansionsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Auslafsventile (34) des Compressionscylinders, sowie die Einlafsventile (37,38) des Expansionscylinders von der Hauptwelle (18) oder von Steuerwellen (4) mittelst gesondert stellbarer Organe. (36, 39) gesteuert werden, zum Zweck, das Oeffnen und Schlieisen dieser Ventile behufs Regelung des Compressionsgrades im Compressionscylinder bezw. des Füllungs- und Mischungsgrades im Expansionscylinder nach Belieben vornehmen zu können, während die Einlafsventile des Compressionscylinders und die Auslaisventile des Expansionscylinders unabhängig von den übrigen Ventilen gesteuert werden, um sich beim Beginn des Rückhubes zu öffnen und bei Beginn des Arbeitshubes zu schliefsen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.