-
Druckgasbetriebene Kolbenkraftmaschine Die Erfinduno, betrifft eine
druckgasbetriebene Kolbenkraftmaschine mit geradlinig hin- und hergehendem Kolben,
der in einer Richtung durch das Druckgas und in der anderen Richtung durch eine
Vorspannkraft beaufschlagt ist und der in der durch die Vorspannkraft bewirkten
Endstellung mit seiner Stirnfläche an der Zylinderdeckelfläche derart dichtend zur
Anlage kommt, daß die Stirnfläche in eine innere kreisförmige und eine äußere ring
C
.,förmige Teilfläche unterteilt ist, von denen in der Endstellung nur die
äußere, einen Ringraum begrenzende Teilfläche vom Druckgas beaufschlagt ist.
-
Bei einer bekannten Kolbenkraftmaschine ist an der Zylinderstimwand
ein ringförmiger Vorsprung vorgesehen, durch den bei Anlage des Kolbenkopfes ein
innerer kreisförTniger und ein äußerer ringförmiger Teilraum zwischen der Kolbenkopffläche
und der Zylinderstirnfläche gebildet wird. Das Druckgas wird bei dieser bekannten
Vorrichtung durch eine in der Zylinderstirnwand vorgesehene öffnung dem inneren
kreisförnügen Ringraum zugeführt. Wenn der die durch den ringförmigen Vorsprung
begrenzte innere kreisringförinige Teilfläche des Kolbenkopfes beaufschlagende Druck
die entgegengesetzt auf den Kolben wirkende Vorspannkraft übersteigt, hebt sich
die Kolbenkopffläche von dem kreisförinigen Vorsprung der Zylinderfläche ab, woraufhin
die gesamte Kolbenkopffläche druckbeaufschlagt wird, so daß sich der Kolben mit
erhöhter Geschwindigkeit von der Zylinderstirnfläche wegbewegt.
-
Zur Erzielung einer plötzlichen Beschleunigung ist es wünschenswert,
die zuerst beaufschlagte Fläche des Kolbenkopfes klein zu halten, so daß nach
Ab-
heben derselben von einem Vorsprung an der Zylinderstimseite eine möglichst
große Fläche zusätzlich dem Druck ausgesetzt wird.
-
Bei dieser bekannten Vorrichtung muß die Öffnung in der Zylinderstimwand
klein bemessen werden, da der Durchmesser dieser öffnung nicht größer sein darf
als der Durchmesser der mit Druck am Anfang zu beaufschlagenden Teilfläche des Kolbens.
Dieses hat zur Folge, daß nach Abheben der Kolbenkopffläche von dem als Dichtung
wirkenden Vorsprung zwar ein dem erhöhten Druck entsprechender Gasstrom in den ringförinigen
Raum eindringen kann, aber nur sehr langsam. Das heißt, daß bei dieser Vorrichtung
die Plötzlichkeit des Bewegungsbeginns sehr begrenzt ist.
-
Bei einer weiteren bekannten Kolbenkraftinaschine sind an der Zylinderstirnwand
nach innen ragende orsprünge vorgesehen. In den von ihnen gebildeten Raum ragt das
über die Kolbenkopffläche vorstehende Ende der Kolbenstange hinein, auf dem eine
Mutter zur Befestigung des zusammengesetzten Kolbens aufgeschraubt ist.
-
Seitlich von dem Vorsprung ist eine Einlaß- und Auslaßöffnung zur
Zuführung des Druckgases vorgesehen. Bei dieser bekannten Maschine wird das Druckgas
über eine elektrisch steuerbare Ventilanordnung dem Zylinder in so einer Weise zugeführt
und aus ihm abgeleitet, daß die Hubgeschwindigkeit und der Hub des Kolbens steuerbar
sind, beispielsweise zur Erzeugung zweier verschiedener Hubgeschwindigkeiten, die
bei einer Werkstückbearbeitung zur Erzeugung zweier verschiedener Vorschubgeschwindigkeiten
des Werkzeuges ausgenutzt werden können.
-
Außerdem ist noch eine Steuerung für druckluftbetriebene Geräte bekannt,
die eine Hilfssteuerung mit einem Steuerkolben aufweist, der wechselweise auf beiden
Kolbenseiten mit Druckluft beaufschlagt ist, wobei über ein Hebelgestänge die Zufuhr
des Druckgases zu der jeweiligen Steuerkolbenseite steuerbar ist. Das Hebelgestänge
wird durch den
Arbeitskolben nahe seinen jeweiligen Endstellungen
in dem Arbeitszylinder betätigt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist an der Stimwand
des Arbeitskolbens ein ringförmiger Raum vorgesehen, der bei Betätigung des Hebelgestänges
über eine seitlich des Kolbens angeordnete Zufuhröffnung mit Druckluft beaufschlagt
werden kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine druckgasbetriebene
Kolbenkraftmaschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der der Arbeitshub
plötzlich und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird.
-
Bei einer druckgasbetriebenen Kolbenkraf tmaschine mit geradlinig
hin- und hergehendem Kolben, der in einer Richtung durch das Druckgas und in der
anderen Richtung durch eine Vorspannkraft beaufschlagt ist und der in der durch
die Vorspannkraft bewirkten Endstellung mit seiner Stirnfläche an der Zylinderdeckelfläche
derart dichtend zur Anlage kommt, daß die Stirnfläche in eine innere kreisförmige
und eine äußere ringförmige Teilfläche unterteilt ist, von denen in der Endstellung
nur die äußere, einen Ringraum begrenzende Teilfläche vom Druckgas beaufschlagt
ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Druckmittelspeicher
in Form eines ringförmig um den Zylinder angeordneten Behälters vorgesehen ist,
der durch eine Anzahl von Öffnungen in der Zylinderwand mit dem Ringraum verbunden
ist.
-
Die erfindungsgemäße Ausbildung hat noch die zusätzlichen Vorteile,
daß der Motor in seinen Ab-
messungen klein gehalten werden kann und daß nur
eine verhältnismäßig geringe Anzahl Bauteile erforderlich ist.
-
Bei einer bevorzugten "#,usführungsforin ist vorgesehen, daß die ringförmige
Teilfläche axial gegenüber dem Kolbenkopfende in der Richtung der Kraftwirkung des
Druckgases auf den Kolben versetzt ist und daß die öffnungen im wesentlichen die
gleiche axiale Erstreckung wie der Ringraum aufweisen.
-
Durch diese Anordnung kann in vorteilhafter Weise die zugeführte Menge
an Druckgas nach Ab-
heben der Kolbenkopfdichtfläche von der Zylinderstirnfläche
beträchtlich erhöht werden, ohne daß die primär beaufschlagte Teilringfläche radial
vergrößert werden muß.
-
Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Kolbenkraftmaschine kann in der
Zylinderdeckelfläche im Bereich der inneren kreisförmigen Teilfläche eine ständig
offene Auslaßöffnung kleinen Querschnitts vorgesehen sein, und der ringförmige Behälter
kann über ein Ventil oder eine Meßdüse mit Druckgas versorgt werden.
-
Eine weitere Ausführungsform kann so ausgebildet sein, daß der die
Teilfläche beaufschlagende Druck so bemessen ist, daß er nicht ganz ausreicht, die
Vorspannkraft zu überwinden, und daß die Kolbenbewegung durch eine zusätzliche auf
den Kolben ausgeübte Kraft ausgelöst wird. Dabei kann die zusätzliche auf den Kolben
ausgeübte Kraft durch Druckluft hervorgerufen werden, die durch die Auslaßöffnung
zugeführt wird.
-
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung
beschrieben. In dieser zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kolbenkraftmaschine, in dem die linke Hälfte des Kolbens im
Aufriß dargestellt ist, F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt, welcher
eine abgewandelte Ausführungsform der Maschine nach F i g. 1 veranschaulicht,
F i g. 3 eine Ansicht ähnlich der in F i g. 2, wobei die Maschine
jedoch mit einem Freikolben versehen ist, F i g. 4 einen teilweise geschnittenen
Aufriß einer abgewandelten Ausführungsform des Kolbens für die Maschine und F i
g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform des Kolbens und Zylinders, durch welche
eine Pufferwirkung am Ende des Arbeitshubes des Kolbens erzielt wird.
-
Die Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 1
ist besonders
zum Herausschleudern des Schiffchens eines Webstuhles geeignet. Der Zylinder hat
einen kreisförinigen Querschnitt und besteht aus einem Rohr 10, dessen Enden
durch kreisförmige ebene Stirnplatten 11 und 12 verschlossen sind. Die Ränder
dieser Platten erstrecken sich radial nach außen und stoßen dicht an die benachbarten
Enden eines zweiten Rohres 13, welches koaxial zu dein Zylinder mit radialem
Abstand von diesem angeordnet ist. Der Ringraum zwischen den beiden Rohren bildet
einen Behälter 14. über ein Ventil oder eine Meßdüse wird eine geeignete Verbindung
15 mit dem Ausgang einer nicht dargestellten Luftpumpe her-,gestellt.
-
An einem Ende in Axialrichtung ist das Rohr 10
mit einem koaxialen
Ring von Öffnungen 16 (von denen nur eine dargestellt ist) versehen, welche
von dem Behälter in das Innere des inneren Endes des Zylinders führen.
-
Der Kolben 17, welcher fest mit einer sich dicht durch eine
Mittelöffnung in der entgegengesetzten Stirnplatte 12 erstreckenden hohlen Kolbenstange
18
verbunden ist, hat eine flache Kopffläche, welche innerhalb ihres Umfanges
in unmittelbarer Nähe desselben eine ringförmige Rippe 19 mit einer scharfen
Kante aufweist, welche mit einem in die benachbarte Stirnplatte eingesetzten Dichtungsring
20 in Eingriff kommt, wenn der Kolben sich am inneren Ende seines Hubbereiches befindet.
Die Rippe19 bestimmt zusammen mit dem sich radial über den Kolbenkopf erstreckenden
Kolbenkopfring und den benachbarten Flächen des Zylinders und der Stirnplattell
eine Ringkammer21, welche mit den öffnungen16 ausgerichtet ist, wenn sich der Kolben
am inneren Ende seines Hubbereiches befindet. Das äußere Ende der Kolbenstange18
wirkt auf das Schiffchen eines Webstuhles.
-
Bei der dargestellten Bauart haben die Rohre10 und 13 Zentrierverbindungsstellen
22 und 23 mit der Stirnplatte 11 bzw. 24 und 25 mit der Stirnplatte
12. Die Stirnplatten sind mit Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen 26 versehen.
Die Stirnplatte 12 hat in ihrer Mittelöffnung eine ringförmige Nut, um eine Dichtung
27 für das sich nach außen erstreckende Ende der Kolbenstange aufzunehmen.
Der Kolben besitzt eine Umfangsnut zur Aufnahme einer Dichtung 28, welche
als Kolbenring wirkt.
-
Zur Erleichterung des Zusammenbaues der hohlen Kolbenstange mit dem
Kolben ist der letztere schalenförrnig ausgebildet, um einen Anschlagring
29
aufzunehmen. Der Rand der Schale ist mit Innengewinde versehen, um eine
Ringmutter 30 aufzunehmen, welche einen radialen Flansch 31 der Kolbenstange
gegen den Ring 29 klemmt. Zweck-e
mäßigerweise sind
Dichtungsscheiben 32 und 33
zwischen dem Kolbenkopf und dem Ring29
bzw. zwischen letzterem und dem Flansch 31 vorgesehen.
-
Die Stimplatte 11 kann mit einer mittleren Auslaßöffnung 34
versehen sein, welche ein Innen-Clewinde aufweisen kann, um ein nicht dargestelltes
Anschlußstück aufzunehmen.
-
Beim Betrieb füllt die Luftpumpe fortschreitend den Behälter, welcher
die unter Druck stehende Luft in die Ringkammer21 liefert. Wenn der Druck in dieser
Kammer, welcher nur auf einen kleinen Teil des Kolbenkopfes, d. h. die Ringfläche
35, wirkt, einen Wert erreicht, bei dem die auf den Kolben wirkende Vorspannung
überwunden wird, beginnt sich der Kolben von dem Zylinderkopf wegzubewegen. Sobald
das eintritt, wird die Abdichtung zwischen der Ringrippe 19 und dem Ring
20 unterbrochen, und die gesamte Fläche des Kolbenko fes & p wird mit
dem in dem Behälter herrschenden Luftdruck beaufschlagt. Das hat zur Folge, daß
der Arbeitshub des Kolbens plötzlich und mit hoher Geschwindigkeit einsetzt. Durch
die gegebenenfalls vorgesehene, dann unbedeckte Auslaßöffnung 34 tritt nur ein geringer
Druckverlust ein.
-
Die Auswärtsbewegung des Kolbens und, falls vorhanden, die unbedeckte
Auslaßöffnung führen zu einem Druckabfall in dem Behälter. Die auf den Kolben wirkende
Vorspannung führt diesen in seine ursprüngliche Stellung zurück, bis die Wiederauffüllung
des Behälters durch die Pumpe den nächsten Auswärtshub auslöst.
-
Die auf den Kolben wirkende Vorspannung kann auf verschiedene Weise
angelegt werden. Zum Beispiel könnte eine Druck-Schraubenfeder um die Kolbenstange
herum angeordnet und zwischen der Unterseite des Kolbens und der gegenüberliegenden
Fläche der Stirnplatte 12 wirksam sein. Es könnte auch ein niedrigerer Druck als
Atmosphärendruck an die Auslaßöffnung 34 oder ein Gas-überdruck über eine Öffnung
36 in der Stirnplatte 12 an die Unterseite des Kolbens angelegt sein. Diese
Vorspannungsarten können auch miteinander kombiniert angewendet werden.
-
Auch der pneumatische Motor kann auf verschiedene Weise betätigt werden.
Ein Verfahren besteht darin, den Maximaldruck in dem Behälter auf einen Wert zu
bearenzen, bei dem die als Foloe des Druckes auf die Ringfläche 35 des Kolbens
auftretende Kraft selbst nicht ganz ausreicht, um die Vorspannung zu überwinden.
Dann wird die Kraft zur überwindung der Vorspannung kurzzeitig dadurch ergänzt,
daß Druckluft durch die Auslaßöffnung 34 zugeführt wird. Auf diese Weise wird der
Motor bei unter Maximaldruck stehendem Behälter so weit aufgeladen, daß er sofort
anläuft, wenn die Druckluft der Auslaßöffnung zugeführt wird.
-
Ein weiteres Verfahren ist dann anwendbar, wenn die auf den Kolben
wirkende Vorspannung durch Anlegen eines niedrigeren Druckes als Atmosphärendruck
an die Auslaßöffnun g hervorgerufen wird. Der Maximaldruck in dem Behälter
wird dann wieder -
wie soeben beschrieben - begrenzt, so daß der Motor
aufgeladen wird. Der Motor wird dann dadurch angefahren, daß der Unterdruck von
der Auslaßöffnung weggenommen wird und diese statt dessen mit der Atmosphäre oder
einer Überdruckquelle verbunden wird. Zur Betätigung des Motors auf diese oder jene
Weise wird in bekannter Weise von geeigneten Ventilen Gebrauch gemacht.
-
Die in F i g. 2 dargestellte Bauart unterscheide,' sich von
der in F i g. 1 dargestellten dadurch, daß die Kolbenstange 18 a massiv
ist und daß der Kolben 17 an seiner Unterseite ein Teil 17
a mit geringerem Durchmesser aufweist, welches mit einer zylindrischeu Vertiefung
37 in der Stimplatte 12 a zusammenwirkt, so daß am äußeren Ende des Hubbereiches
eine Pufferwirkung auftritt. Weitere Unterschiede bestehen darin, daß die Einlaßöffnung
15 a
des Behälters sich in der Stirnplatte 11 anstatt
in dem Rohr 13 befindet. Außerdem ist der Kopf des Kolbens von geringerem
Durchmesser, um die Fläche des Ringes 35 a zu vergrößern.
-
In F i g. 3 ist das Kopfende des Motors das gleiche wie in
F i '-. 2; der Kolben 17 b ist jedoch ein Freikolben, welcher auf ein sich
durch die -roße Mittelöffnung 38 in der Stirnplatte 12 b in
den Zylinder erstreckendes Element einer zu betätigenden Einrichtung wirken kann.
-
F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsforrn des Freikolbens
mit einem Kopf 17 d, einem eingeschnürten Mittelteil 40 zur Verringerung
der Masse und einem glockenförmig aufgeweiteten Bodenteil 41, welches dicht an dem
Zylinder 10 anliegt und eine Zentralantriebsfläche für ein nicht dargestelltes
Element bildet, das Teil eines Weberschiffchens sein könnte, welches sich durch
eine Öffnung 38 in der Stirnplatte 12 b in den Zylinder erstreckt.
-
Bei der Bauart nach F i g. 5 hat das äußere Ende
10 a der Zylinderbohrung einen verringerten Durchmesser. Der
Zylinderrand ist zur Zusammenarbeit mit dieser Bohrung bei 42 entsprechend verkleinert.
Zwischen dem Kopf und dem Rand weist der Kolben ein eingeschnürtes Teil 43 auf,
welches sich vollständig innerhalb des einen größeren Durchmesser aufweisenden Teiles
der Zylinderbohrung befindet, wenn der Kolben das Ende seines Einwärtshubes erreicht
hat. Bei dieser Innenstellung des Kolbens weist das Volumen der zwischen dem eingeschnürten
Teil 43 und dem Zylinder 10 gebildeten Tasche ein Maximum auf. Die Tasche
ist mit Druckluft gefüllt, welche entweder von einem Nebenschluß zu dem Kolbenkopf
stammt oder über eine Einlaßöffnuno, 44 von einer nicht dargestellten äußeren Quelle
zuaeführt wird. Während des Arbeitshubes des Kolbens nähert sich die Unterseite
des Kolbenkopfes dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrungsteil 10a des
Zylinders, so daß das Volumen der Tasche fortschreitend geringer wird. Hierdurch
wird die Druckluft in der Tasche weiter zusammengedrückt und der Kolben am Ende
seines Arbeitshubes gepuffert.