DE1426740B2 - Hubkolbenkraftmaschine - Google Patents

Description

einen von dem Einlaßkanal 70 abgezweigten Nebenschlußkanal 72, ein mittels einer Handhabe 76 zu betätigendes Einlaßventil 74 und einen in dem Zylinderkopf 36 verlaufenden Kanal 77 kurzzeitig Dampf zugeführt werden.

Der Kolben 16 ist mit einer in einem Stück damit ausgebildeten hohlen Kolbenstange 26 versehen, die von einer Schraubendruckfeder 34 umgeben ist. Die Schraubendruckfeder 34 stützt sich gegen einen von dem Zylinderkopf 36 entfernten Innenflansch 20 des Zylinders 12 ab und spannt in dieser vom Zylinderkopf 36 entfernten Totpunktstellung den Kolben 16 gegen den Zylinderkopf 36 vor, wobei jedoch in der dem Zylinderkopf 36 benachbarten Totpunktstellung des Kolbens 16 gemäß F i g. 1 die Schraubendruckfeder 34 von dem Innenflansch 20 abgehoben ist.

Der Kolben 16 ist am Kolbenboden von zwei zu dem Zylinderkopf 36 mittels Druckfedern 50 federbelasteten Auslaßventilen 40 durchsetzt, deren Tellerflächen mit elastischen Aufprallkissen 46 versehen sind. Die Kolbenstange 26 bzw. die Schraubendruckfeder 34 ist von einer an dem Innenflansch 20 angebrachten Anschlagbüchse 32 umgeben, deren Radius T dem radialen Abstand der Schäfte der Auslaßventile 40 von der Kolbenachse entspricht, so daß bei Erreichen des von dem Zylinderkopf 36 entfernten Tot- ; punktes des Kolbens 16 die Schäfte der Auslaßventile 40 gegen die Stirnfläche der Anschlagbüchse 32 anschlagen und dabei zwangsläufig geöffnet werden, j sofern eine Öffnung'nicht schon vorher erfolgt ist, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird (vlg. j hierzu insbesondere Fig. 2). In der Nähe des Innenj flansches 20 ist ein Auslaßkanal 24 vorgesehen, j durch welchen bei geöffneten Auslaßventilen 40 Dampf abströmen kann.

Wesentlich ist bei den Auslaßventilen 40, daß die Federbelastung, welche durch die Federn 50 hervorgerufen wird, einem vorgegebenen Auslaßdruck des Druckgases bzw. Dampfes an dem von dem Zylinderkopf 36 entfernten Totpunkt des Kolbens 16 entspricht (vgl. insbesondere Fig.2), und zwar derart, daß die Auslaßventile 40 bereits vor dem Anschlag von deren Ventilschäften gegen die Stirnfläche der Anschlagbüchse 32 öffnen. Dies gewährleistet bereits vor dem Erreichen des vom Zylinderkopf 36 entfernten Totpunktes des Kolbens 16 einen weitgehenden Druckabbau in dem Zylinderraum sowie eine Rückbewegungsmöglichkeit des Kolbens 16 zu dem Zylinderkopf 36 hin aus der Stellung von F i g. 2 ohne Leistung von Verdichtungsarbeit. Auf diese Weise erzielt man ein weiches Arbeiten der Maschine bei sehr kleinen Schwungmassen.

Befindet sich der Kolben 16 an dem Totpunkt benachbart dem Zylinderkopf 36, wie dies in F i g. 1 veranschaulicht ist, so schlagen die Auslaßventile 40 über die Aufprallkissen 46 gegen den Zylinderkopf 36 an und werden in die Schließstellung gedrückt. Gleichzeitig wird durch eine an dem Kolbenboden des Kolbens 16 angebrachte Vorsprungfeder 69 das Einlaßventil 60 in die Öffnungsstellung gedrückt. In dieser Grundstellung, welche F i g. 1 entspricht, strömt durch den Einlaßkanal 70 sowie das Einlaßventil 60 Dampf in den Zylinderraum und drückt den Kolben 16 in Blickrichtung von F i g. 1 nach rechts.

Bereits nach einer sehr kurzen Kolbenbewegung in Blickrichtung von F i g. 1 nach rechts schließt das Einlaßventil 60, wenn die Vorsprungsfeder 69 von dem Einlaßventil 60 abhebt. Die weitere Bewegung des Kolbens 16 in Blickrichtung von F i g. 1 nach rechts erfolgt durch eine quasi-adiabatische Entspannung des Dampfes, wobei dessen Druck entsprechend der nach rechts gerichteten Kolbenbewegung abnimmt. Vor dem Anschlagen der Schäfte der Auslaßventile 40 gegen die Anschlagbüchse 32, wie dies in F i g. 2 veranschaulicht ist, fällt der Dampfdruck in dem Zylinderraum so stark ab, daß die Federn 50 der Auslaßventile 40 sich entgegen dem in dem Zylinderraum herrschenden Druck zu öffnen vermögen. Danach strömt der noch einen gewissen Restdruck aufweisende Dampf durch den Auslaßkanal 24 ab, entweder in die Umgebung oder in einen Kondensator. Bei weiterer Bewegung des Kolbens 16 in Blickrichtung von F i g. 1, 2 nach rechts erfolgt dann der Anschlag der Schäfte der Auslaßventile 40 gegen die Anschlagbüchse 32, so daß die Auslaßventile 40 in jedem Fall zwangsläufig geöffnet werden, selbst wenn zufällig einmal ein Auslaßventil 40 »hängen bleibt«.

Die Rückwärtsbewegung des Kolbens 16 etwa^aus der Stellung gemäß F i g. 2 wiederum in diejenige gemäß F i g. 1 erfolgt unter der Wirkung der Schrau-' bendruckfeder 34 sowie im wesentlichen ohne Verdichtungsarbeit, da während des Rückwärtshubes des Kolbens 16 in Blickrichtung von F i g. 2 nach links die Auslaßventile 40 geöffnet bleiben.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4 weist ein Kolben 16 a im Kolbenboden 3 über den Umfang gleichmäßig verteilte nierenförmige Segmentschlitze 36 α auf, zwischen denen — ebenfalls in gleichmäßiger Umfangsverteilung — Druckstifte 38 a achsparallel geführt sind, welche unter der Vorspannung je einer Schraubendruckfeder 46 a in Richtung gegen das Einlaßventil 60 α vorgespannt sind.

Ein Auslaßventil in Form einer ringförmigen Ventilscheibe 48 α überdeckt die gesamte Stirnfläche des Kolbenbodens des Kolbens 16 a und insbesondere die Segmentschlitze 36 a. Die Ventilscheibe 48 α steht sowohl unter der Federvorspannung der Druckstifte 38 α bzw. deren Schraubendruckfedem 46 α als auch unter der Einwirkung einer zusätzlichen zentralen Schraubendruckfeder 33.

F i g. 3 zeigt eine Stellung des Kolbens 16 α während des Rückwärtshubes zu dem Zylinderkopf hin, wobei das Auslaßventil geöffnet ist, d. h. die Ventilscheibe 48 α von den Segmentschlitzen 36 α abgehoben ist, so daß Dampf durch die Segmentschlitze 36 a zu dem Auslaßkanal 24 α gelangen kann. Beim Auftreffen "eines Vorsprunges 30 a, welcher der Vorsprungfeder 69 des Ausführungsbeispiels von F i g. 1,2 entspricht, kann das Einlaßventil 60 a geöffnet werden, wobei gleichzeitig die Ventilscheibe 48 α gedrückt wird.

Die Wirkungsweise der Ventilscheibe 48 a entspricht den Auslaßventilen 40 des Ausführungsbeispiels von Fig. 1, 2, was bedeutet, daß bereits vor Erreichen des dem Zylinderkopf abgewandten Totpunktes des Kolbens 16 α (rechte Stellung in F i g. 3) die Ventilscheibe 48 α von dem Kolbenboden vermöge der Einwirkung der Schraubendruckfedem 33, 46 α abhebt und die Segmentschlitze 36 α freigibt. Die Druckstifte 38 a schlagen beim Erreichen des vom Zylinderkopf abgewandten Totpunktes des Kolbens 16 α gegen eine Anschlagbüchse 32 a an, welche wirkungsmäßig der Anschlagbüchse 32 des Ausführungsbeispiels von F i g. 1 und 2 entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Patentansprüche: linderkopf hin gerichtet ist und daß die Federbein vstung einem vorgegebenen Auslaßdruck des Druck-

1. Hubkolbenkraftmaschine für Druckgas mit gases an dem von dem Zylinderkopf entfernten Toteinem den Einlaßkanal aufweisenden Zylinder- punkt des Kolbens entspricht.

kopf, welcher ein in Schließstellung vorgespann- 5 Im Gegensatz zu einer üblichen Dampfmaschine tes Einlaßventil aufnimmt, das durch Anschlag und zu der vorgenannten Hubkolbenkraftmaschine des Kolbens in eine Öffnungsstellung auslenkbar bleibt das Auslaßventil während der Rückbewegung ist, und zumindest einem den Kolben axial des Kolbens zu dem Zylinderkopf offen, so daß die durchsetzenden federbelasteten Auslaßventil, gemäß dem idealen Carnot'schen Kreisprozeß vor welches sich bei jedem Arbeitsspiel des Kolbens io der Wiederöffnung des Einlaßventils zu leistende in der Nähe eines von dem Zylinderkopf entfern- Verdichtungsarbeit in Fortfall kommt und daher ten Totpunktes öffnet, dadurch gekenn- nicht in einem Schwungrad od. dgl. gespeichert werzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die den muß. Es ergibt sich daher trotz des Fehlens einer Federbelastung des Auslaßventils (40) im Öff- größeren Schwungmasse ein sehr weiches Arbeiten, nungssinn zu dem Zylinderkopf (36) hin gerichtet 15 so daß die erfindungsgemäße Hubkolbenkraftmaist und daß die Federbelastung einem vorgegebe- schine insbesondere als Bestandteil kleiner Stromernen Auslaßdruck des Druckgases an dem von zeugungsanlagen von geringem Gewicht in Verbindern Zylinderkopf (36) entfernten Totpunkt des dung mit einer Dynamomaschine eingesetzt werden Kolbens (16) entspricht. kann.

2. Hubkolbenkraftmaschine nach Anspruch 1, 20 Es ist bereits eine Hubkolbenkraftmaschine bei welcher das Auslaßventil als Tellerventil mit (USA.-Patentschrift 1 112 489), bei welcher ein den einem Ventilschaft ausgebildet ist, dadurch ge- Kolben axial durchsetzendes federbelastetes Auslaßkennzeichnet, daß zusätzlich in an sich bekannter ventil, welches sich bei jedem Arbeitsspiel des KoI-Weise an einer von dem Zylinderkopf (36) ent- bens in der Nähe eines von dem Zylinderkopf entfernten Stelle, welche einer Maximalverschiebung 25 ferntes Totpunktes öffnet, im Öffnungssinn zu dem des Kolbens (16) von dem Zylinderkopf (36) weg Zylinderkopf hin mittels Federbelastung vorgespannt entspricht, zur Zwangsöffnung des Auslaßventils ist. Die Federbelastung reicht jedoch bei dieser be-(40) ein Gegenanschlag (Anschlagbüchse 32) für kannten Maschine zur Öffnung des Ventils nicht aus, den Ventilschaft vorgesehen ist. sondern es ist vielmehr dem als Tellerventil mit

. 30 einem Ventilschaft ausgebildeten Auslaßventil ein

Stellkolben zugeordnet, welcher innerhalb eines in

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenkraftma- dem Kolben ausgebildeten Zylinders geführt ist. Dieschine für Druckgas mit einem den Einlaßkanal auf- ser Stellkolben wird im Sinne einer Öffnung des Ausweisenden Zylinderkopf, welcher ein in Schließstel- laßventils betätigt, wenn der Kolben der Hubkolbenlung vorgespanntes Einlaßventil aufnimmt, das durch 35 kraftmaschine einen in deren Zylinder vorgesehenen Anschlag des Kolbens in eine Öffnungsstellung aus- Auslaßsteuerschlitz erreicht. Die Wirkungsweise dielenkbar ist, und zumindest einem den Kolben axial ser bekannten Hubkolbenmaschine ist demgemäß durchsetzenden federbelasteten Auslaßventil, wel- ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Hubkolbenches sich bei jedem Arbeitsspiel des Kolbens in der kraftmaschine, wobei jedoch ein erheblicher Bauauf-Nähe eines von dem Zylinderkopf entfernten Tot- 40 wand für die zusätzliche Steuerkolbenbetätigung des punktes öffnet. Auslaßventils getrieben werden muß.

Es ist bereits eine Hubkolbenkraftmaschine der er- Die Erfindung wird nachstehend an Hand von

wähnten Art bekannt (USA.-Patentschrift Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen

2 539 292), bei welcher die Federbelastung des Aus- zeigt

laßventils im Schließungssinn von dem Zylinderkopf 45 F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel im Axialschnitt weg gerichtet ist, wobei das Auslaßventil bei Errei- einer erfindungsgemäßen Hubkolbenkraftmaschine chen des von dem Zylinderkopf entfernten Totpunk- in einer Totpunktstellung, bei welcher der Kolben tes des Kolbens durch Aufstoßen gegen einen An- dem Zylinderkopf benachbart ist;
schlag geöffnet wird. Bewegt sich der Kolben danach F i g. 2 die Hubkolbenkraftmaschine nach F i g. 1 wieder zum Zylinderkopf hin, so schließt das Aus- 50 nahe einer Totpunktstellung ebenfalls im Axiallaßventil nach dem Abheben von dem Anschlag ver- schnitt, bei welcher der Kolben von dem Zylindermöge seiner Federbelastung vollständig, und der kopf entfernt ist,

Kolben leistet bis zum Erreichen seines dem Zy- F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er-

linderkopf nahem Totpunktes eine Verdichtungsar- findungsgemäßen Hubkolbenkraftmaschine im

beit, wie sie dem idealen Carnot'schen Kreisprozeß 55 Axialschnitt,

angenähert ist. Eine derartige Hubkolbenkraftma- F i g. 4 ein in der Hubkolbenkraftmaschine gemäß

schine erfordert ähnlich den üblichen Dampfmaschi- F i g. 3 verwendetes Auslaßventil in Draufsicht etwa

nen eine verhältnismäßig große Schwungmasse, um entsprechend einer Schnittlinie IV-IV nach F ig. 3.

einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf zu erzielen. Die Hubkolbenkraftmaschine gemäß F i g. 1 und 2

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer 60 umfaßt einen in einem Zylinder 12 nebst einer Gra-

Hubkolbenkraftmaschine, welche auch bei einer ver- phitlaufbüchse 14 geführten Kolben 16, wobei der

hältnismäßig geringen oder fehlenden Schwungmasse Zylinder 12 durch einen Zylinderkopf 36 abgeschlos-

einen weichen Lauf erzielt, dem zufolge geringes Ge- sen ist, der ein in eine Schließstellung mittels einer

wicht aufweist und insbesondere in Verbindung mit Feder 64 vorgespanntes Einlaßventil 60 aufnimmt,

kleineren elektrischen Dynamomaschinen verwend- 65 Über einen Einlaßkanal 70 wird Druckgas, im vorlie-

bar ist. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung da- genden Fall Dampf, zugeführt. Um ein Anlaufen der

durch, daß in an sich bekannter Weise die Federbela- Maschine auch bei ungünstiger Anfangskolbenstel- I

stung des Auslaßventils im Öffnungssinn zu dem Zy- lung zu gewährleisten, kann dem Zylinder 12 über I