DE172511C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei den bisher bekannten Steuerungen für Dampfmaschinen, bei welchen das Treibmittel unmittelbar auf die Steuerungsorgane einwirkt·, ist es der Frischdampf, welcher die Umsteuerung bewirkt und vor Eintritt in den Zylinder durch Leisten von Arbeit bereits einen Spannungsabfall erhält.

Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Steuerung für Kolbenmaschinen verwendet,

ίο bei welcher nicht Frischdampf, sondern der Dampf der Kompressionsperiode auf die Steuerorgane des Ein- und Auslasses einwirkt! Das durch den komprimierten Arbeitsdampf geöffnete Steuerorgan stellt hierbei so lange eine Verbindung zwischen Zylinderinnerem und dem Ein- be'zw. Ausströmkanal her, bis entweder auf der Eintrittsseite durch den Frischdampf während der Admissionsperiode oder auf der Austrittsseite abermals durch den komprimierten Arbeitsdampf während der Kompressionsperiode ein selbsttätiger Abschluß dieses Steuerorgans erfolgt.

Dieses sowohl für die Ein- als auch Auslaßseite verwendbare Prinzip führt infolge der auf der Eintritts.seite erforderlichen Füllungsänderung zu verschiedener Ausbildung der Ein- und Austrittsseite. So erhält' der Maschinenzylinder zur Betätigung der Eintrittssteuerung eine Anzahl Bohrungen von verschiedenem Abstand von den Zylihderenden, von denen nur immer eine geöffnet ist, und sobald der. Arbeitskolben durch das · Treibmittel genügend weit vorgeschoben ist, freigelegt wird, worauf das Treibmittel das plötzliche Schließen des Einlaßschiebers bewirkt.

Auf der Austrittsseite stehen die .Steuerorgane unter der Wirkung je eines mit ihnen auf einer durchgehenden Stange sitzenden Hilfskolbens, und jedes wird abwechselnd durch den auf der betreffenden Zylinderseite jeweilig herrschenden Kompressionsdruck betätigt.

Auf beiliegenden Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand zur Darstellung gebracht, und\,zwar bedeutet

Fig. ι einen Längsschnitt durch den Zylinder nach Linie 1-1 der Fig. 5,

Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig· i>

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen solchen nach Linie 4-4 der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen,

Fig. 5 eine Stirnansicht von Fig. 2.

Fig. 6 zeigt Einzelheiten, welche dazu dienen, ' eine bestimmte Zylinderbohrung wirken zu lassen,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform in Seitenansicht, wobei die Füllung von einem Zentrifugalregler überwacht wird,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch den Zylinder gemäß Fig. 7, während

Fig. 9 eine Einzeldarstellung des von dem Zentrifugalregler aus verstellten Rohres veranschaulicht.

In dem Zylinder 1 (Fig. I bis 5) arbeitet ein Kolben 2, welcher bei seiner Bewegung die Kolbenstange 3 mitnimmt. Beide Zylinderenden sind mit je einem Einlaßkanal 4

versehen, der mit einer gemeinsamen Einlaßkammer 5 des Hauptzylinderkörpers in Verbindung steht. Diese Kammer erstreckt sich zweckmäßig über die ganze Zylinderlänge, wie dies Fig. ι erkennen läßt.

Die Verbindung zwischen der Einlaßkammer 5 und den beiden Kanälen 4 wird durch je einen Kolbenschieber 6 und 7 überwacht. Diese Kolbenschieber sind in den beiden Kamrnern 8 und 9 angeordnet. Jede Kammer ist mit einer Erweiterung 10 bezw. 11 versehen, welche mit den Kolben in der Lage übereinstimmen, sofern diese ihre äußerste Stellung einnehmen.

Diese Erweiterungen 10 bezw. 11 stehen durch je einen Kanal 12 mit dem Zylinderinnern in Verbindung und endigen zu diesem Zweck in einen der vorerwähnten Kanäle 4.

Die Kanäle 12 liegen in derselben Ebene wie die ringförmigen Erweiterungen 10 und 11. Die Verbindungen, welche von der Einlaßkammer 5 zu den betreffenden Kammern 8 und 9 hinführen, sind, wie dies am besten aus Fig. 4 ersichtlich, so angeordnet, daß sie von den betreffenden Enden der Einlaßkammern in einem spitzen Winkel sich nach auswärts erstrecken, wie dies bei 12' angedeutet ist, um auf diese Weise mit den inneren Enden der Kammern zu kommunizieren. Von dem Kanal 12' aus findet das Antriebsmittel direkt seinen Weg durch den ringförmigen Kolbenschieber nach einem der Kanäle 12 bei geöffnetem Ventil. Sind die Schieber derart in ihre äußerste Lage gebracht, daß sie die ringförmigen Erweiterungen 10 und Ii überdecken, dann ist die Verbindung zwischen der Einlaßkammer und dem Zylinder natürlich''geschlossen.

Zur Führung der Kolbenschieber sind in den Kammern quer angeordnete Rippen 13 vorgesehen.

Jeder der beiden Einlaßschieber besitzt eine Stange 14, welche mit dem eigentlichen Schieberkörper fest verbunden ist und sich nach einwärts in eine Kolbenkammer 15 erstreckt, woselbst sie einen Antriebskolben 17 trägt, der den Schieber in der noch näher zu beschreibenden Weise verstellt. Zweckmäßig sind die Kolbenkammern 15 in den inneren pfropfenartigen Gliedern 18, 18' des Zylinders angeordnet. Diese Glieder besitzen eingeschnürte Fortsätze 19 bezw. 19', welche konzentrisch zu den Kammern 8 und 9 liegen. Die inneren Enden der Kolbenkammern 15 stehen mit Bohrungen 20 bezw. 20' in Verbindung, welche parallel zur Achse des Hauptzylinders liegen und eine solche Lage aufweisen, daß sie, wie dies am besten aus Fig. 3 ersichtlich, nicht einander behindern können. Diese Bohrungen enthalten Röhrenkörper 21 bezw. 22, welche auf ihrem Mantel Löcher 23 bezw. 23' aufweisen, die aber nicht auf derselben Mantellinie liegen, sondern den Rohrkörper schraubenförmig umziehen. Der Zylindermantel selbst besitzt zwei Lochreihen 24, welche auf zwei Mantellinien derart liegen, daß man durch entsprechende Einstellung der Rohrkörper 21 bezw. 22 zu einer Zeit immer nur eine der Öffnungen 24 mit einer Öffnung der Rohrkörper in Deckung bringen kann. Die Rohrkörper 21 bezw. 22 stehen durch Kanäle 24' (Fig. 1) mit dem Inneren des Hauptzylinders in ständiger Verbindung. Wie Fig. 3 erkennen läßt, sind die Bohrungen dadurch hergestellt, daß von beiden Zylinderenden aus der Zylinderkörper durchbohrt wird, so daß man in die Bohrungen die Rohrkörper 11,2.2, einführen kann. Die Enden der Bohrungen werden darauf durch Pfropfen. 25 verschlossen.

Das innere Ende jeder der beiden Kolbenkammern 15 steht durch einen Kanal 26 (Fig. ι und 3) mit dem Ende des Hauptzylinders in Verbindung, um Druck zum Antreiben der Kolben 17 in einer Richtung zu schaffen, und zwar erfolgt hierdurch das öffnen der Kolbenschieber 6 und 7.

Für die Auspuffe ist eine Kammer 27 vorgesehen, welche direkt im Zylinder angeordnet sein kann und der Kammer 5 gegenüberliegt, go Diese erstreckt sich gleichfalls über die ganze Zylinderlänge und hat einen kreisförmigen Querschnitt. In der Nähe der beiden Zylinderenden weist die Kammer Erweiterungen 28, 29 (Fig. 1) auf, durch welche der Dampf von dem Zylinder in die Kammer übertreten kann. Neben den Erweiterungen befinden sich in der Kammer Ventilsitze 30, 30', welche durch, die Ventile 31 bezw. 32 verschlossen werden können. Die Ventile besitzen eine gemeinsame Ventilspindel 33, welche über die Ventile hinaus verlängert ist und je einen· Kolben 34 bezw. 35 trägt. Diese Kolben arbeiten in den Kolbenkammern 36 und 36', welche eine Fortsetzung der Auspuffkammer bilden. Beide Kolbenkammern sind durch je eine. Bohrung 37 bezw. 37' mit den Enden des Hauptzylinders verbunden. Diese Bohrungen werden von dem Zylinderkolben niemals bedeckt. Die Verstellung der Auspuffventile durch ihre Kolben wird später' beschrieben. Zunächst sei jetzt dargelegt, in welcher Weise die Röhren 21 bezw. 22 zwecks Änderung der Füllung eine Verstellung erfahren können. Zu diesem Zwecke ist jedes der beiden Rohre 21 und 22 mit einem Schneckenrade 38 bezw. 38' versehen, welches mit je einer Schnecke 39 in Verbindung steht (Fig. 6). Dreht man diese Schnecke mit Hilfe eines Handrades oder in sonst geeigneter Weise, so kann man dadurch gleichzeitig beide Rohre 21 und 22 verstellen und

dadurch ein anderes Loch 23 bezw. 23' mit der betreffenden Bohrung 24 des. Hauptzylinders in Deckung bringen und somit die Füllung ändern. Die Bohrungen 23,23' sind natürlich an den Röhren so angeordnet, daß es möglich ist, durch gleichzeitige Drehung beider Rohre für beide Zylinderseiten die Füllung zu regeln. Der Frischdampf wird durch ein Rohr 40 der Kammer 5 zugeführt und wird durch ein Rohr 41, welches in die Auspuffkammer 27 mündet, abgeführt.

Die Wirkungsweise gestaltet sich folgendermaßen:

Es wird angenommen, daß der Kolben im Zylinder von rechts nach links bewegt wird. Die verschiedenen Teile nehmen dann die aus Fig. ι und 3 ersichtliche Lage ein. Der Auspuff erfolgt von dem linken Zylinderende aus, und der an der rechten Zylinderseite vorgesehene Kolbenschieber 7 ist geöffnet. Der Dampf strömt dann durch diesen hinter den Arbeitskolben ein und schiebt diesen nach links. Sobald der Kolben die mit der entsprechenden Zylinderbohrung kommunizierende Bohrung des Rohres 21 überschritten hat, gelangt Dampf durch dieses Rohr und findet von hier aus seinen Weg zum äußeren oder Fußende der Kolbenkammer 15, um auf den Kolben 17 zu drücken und durch dessen Verschiebung den Schieber 7 zu schließen. Auf der anderen Seite des Kolbens ruht zwar auch der Dampfdruck, es findet-aber eine Differentialwirkung statt, indem die Spindel 14 die linksseitige Kolbenfläche verkleinert, so daß, obgleich auf beiden Kolbenseiten der gleiche Druck herrscht, dieser doch seiner am freien Ende vorhandenen größeren Angriffsfläche wegen durch den zur Kammer 15 gelangten Dampf verschoben wird und das Ventil schließt. Der Kolben 2 wird darauf durch die Expansion des Dampfes weiter nach links bewegt und treibt den auf der linken Kolbenseite befindlichen Abdampf durch die Kammer 28 hindurch nach außen. Sobald der Kolben die Kammer 28 überschritten hat, wird der noch linker Hand von ihm befindliche Dampf durch die Bohrung 37 hinter den Kolben 34 gedruckt, worauf durch Verschiebung des Kolbens das Ventil 31. geschlossen und das rechtsseitige Ventil 32 geöffnet wird. Derselbe Druck, der das Schließen des Auspuffvehtils 31 bewirkt, veranlaßt auch, daß ein Teil des Treibmittels durch den Kanal 26 in diejenige Kolbenkammer 15 gelangt, welche zum Schieber 6 gehört. Dieser wird daher geöffnet und läßt den Dampf in den Zylinder von-der anderen Kolbenseite eintreten, so daß der Kolben seine Rückbewegung beginnt. Hierauf wiederholt sich die Verstellung der verschiedenen Teile in der oben beschriebenen Weise., nur daß jetzt das Rohr 21 statt 22 in Wirksamkeit tritt und die Füllung bestimmt. Der an der rechten Zylinderseite befindliche Dampf schließt dann das Auspuffventil an diesem Ende und öffnet den Einlaßschieber 7, so daß die Kolbenbewegung umgekehrt wird.

Bei der zuerst beschriebenen Kolbenbewegung von rechts nach links ist noch zu erwähnen, daß das Innere des Rohres 21 und die Kolbenkammer 15 durch den Kanal 24' mit dem Frischdampfraum des Zylinders in Verbindung stehen, und daß diese Verbindung auch noch vorhanden ist, nachdem der Kolben die Öffnung 23 des Rohres 21 freilegt. Diese Verbindung ist aber nicht störend, da das Absperrventil an dem Ende, nach welchem der Kolben sich hinbewegt, bereits geschlossen ist und der Frischdampfdruck aus diesem Grunde das Ventil lediglich auf seinen Sitz preßt. Zu dem Rohr 22 kann dadurch Frischdampf nicht hingelangen, bis der Kolben die Stelle erreicht hat, welche die Füllung bestimmt.

Die Rohre 21,22 mit ihren schraubenförmig angeordneten öffnungen bieten ein sehr bequemes Mittel, die Füllung zu ändern, was besonders für Maschinen, die eine häufige Füllungsänderung erforderlich machen, wie dies beispielsweise für Automobilmotoren der Fall ist, große Bedeutung hat. Die Einstellung der Rohre kann in solchen Fällen entweder in der Weise geschehen, daß die Rohre um ihre Achse beständig gedreht werden oder eine teilweise Hin- und Herdrehung erhalten.

Die Rohre mit den schraubenförmig angeordneten Bohrungen sind zwar sehr zweckmäßige Konstruktionsorgane zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, diese beschränkt sich aber nicht auf die Verwendung derselben, da der gleiche Zweck auch durch ähnliche Mittel erreicht werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 bis 9 ist es möglich, den Gang der Maschine durch entsprechende Beeinflussung der Auspuffventile umzukehren. Zu diesem Zwecke sind Kanäle 43 und 44 vorgesehen, welche den Kanälen 37 und 37' der Fig. 1 entsprechen. Die Kanäle 43 und 44 unterscheiden sich aber von letzteren dadurch, daß sie eine große Strecke parallel zu dem Zylinder verlaufen und zu einem Zweiwegehahn 45 hinführen, durch welchen sie mit den Kolbenkammern 46 bezw. 47 in Verbindung gebracht werden können. Der Zweiwegehahn besitzt Durchbohrungen 48 und 49, welche in Fig. 8 punktiert angedeutet sind, und welche bei einer Drehung des Hahnes um 90 ° die Kanal verbindungen derart verändern, daß eine Umkehrung der Maschine dadurch herbeigeführt werden kann, Man hat hierbei, nur nötig,

den Hahn einmal um 90⁰ zu drehen, wobei der Dampf dann durch entsprechende Ver stellung der Auspuffventile den Gang der Maschine in umgekehrter Richtung einleitet, worauf man den Zweiwegehahn wieder in seine ursprüngliche Lage zurückführen kann, die Maschine selbst läuft dann in der eingeleiteten Richtung weiter.

Um die Füllung selbsttätig während des Ganges der Maschine zu regeln, ist eine Schnecke 50 (Fig. 9) durch einen Bolzen mit einem Zahnrad 51 verbunden, welches in eine Zahnstange 52 eingreift, die in einer Führung 53 auf- und niedergleiten kann. Ein Zentrifugalregler 54, welcher in üblicher Weise von einem Arm 56 getragen wird und durch einen Riemen 57 seinen Antrieb von der Maschine aus erhält, wirkt auf einen Hebel 55 ein, welcher mit dem oberen Ende der Zahnstange 52 durch ein Gelenk 58 verbunden ist. Durch den Zentrifugalregler wird die Zahnstange 52 verstellt, welche durch entsprechende Drehung des Zahnrades 51 und Schnecke 50 das Rohr 42 mitnimmt, von dessen auf schraubenförmiger Bahn vorgesehenen Löchern 23 je nach der Lage des Rohres 42 das eiqe oder ändere mit dem Zylinderinnern kommuniziert und die Füllung bestimmt. Die Zylinderbohrungen 24 sind, wie dies Fig. 8 erkennen läßt, auch wieder auf einer geraden Linie des Zylinders genau wie für die Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 angeordnet. Der Zentrifugalregler wirkt natürlich derart auf den Gang der Maschine ein, daß das Rohr 42 bei Anwachsen der Schnelligkeit der Maschine in solcher Richtung gedreht wird, daß es die Füllung verringert, bei langsamerem Gang der Maschine dieselbe vergrößert.

. Die Einrichtung ist bei beiden Ausführungsformen derart getroffen, daß nicht nur die üblichen Ventilgetriebe fortfallen und durch Kolbenschieber ersetzt werden, welche innerhalb des Maschinenkörpers eingeschlossen sind und unmittelbar von dem treibenden Mittel verstellt werden, sondern die Maschinenteile sind auch so. gewählt, daß ihre Abnutzung auf verhältnismäßig große Flächen sich verteilt, und daß sie nur eine sehr gering'e Bewegung auszuführen haben und dadurch an sich nur sehr geringen Abnutzungen unterworfen sind. Außerdem ist die Form der Teile eine derartige, daß sie schnell und billig auf maschinellem Wege hergestellt werden können. Dabei ist auch dafür gesorgt, daß man leicht zu allen Teilen Zugang findet und einen Ersatz derselben sowie eine Reparatur ohne Schwierigkeiten vornehmen kann. Die Erfindung ist natürlich nicht auf Dampfmaschinen beschränkt, obgleich sie hierfür besondere Vorteile bietet, da sie sich auch

für andere Kraftmaschinen mit Nutzen verwenden läßt.

Claims (8)

Patent-Ansprüche:

1. Unmittelbar durch das Treibmittel betätigte Steuerung für Kolbenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein während der Kompressionsperiode durch den komprimierten Arbeitsdarnpf geöffnetes Steuerorgan (6 bezw. 7) so lange eine Verbindung zwischen Zylinderinnerm und dem Ein- bezw. Ausströmkanal (27) herstellt, bis entweder auf der Eintrittsseite durch den Frischdampf während der Admissionsperiode oder auf der Austrittsseite abermals durch den komprimierten Arbeitsdampf während der Kompressionsperiode ein selbsttätiger Abschluß dieses Steuerorganes erfolgt.

2. Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenzylinder eine Anzahl Bohrungen (24) von' verschiedenem Abstand von den Zylinderenden aufweist, von denen nur immer eine mit dem Kolben (17) zum Schließen des Treibmitteleinlaßschiebers (6 bezw. 7) kommuniziert und, sobald der Arbeitskolben (2) durch das Treibmittel genügend weit vorgeschoben ist, freigelegt wird, worauf das Treibmittel das plötzliche Schließen des Einlaßschiebers bewirkt.

3. Weitere Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Füllungsgrades die auf zwei Mantellinien des Zylinders vorgesehenen Bohrungen (24) von in dem Zylinderkörper gelagerten Rohren (21,22) abgeschlossen werden, deren Mäntel zueinander schraubenförmig angeordnete Löcher (23,23') aufweisen ' und durch deren Drehung man verschiedene der Mantellöcher mit den Zylinderbohrungen zur Deckung bringen kann, was den Füllungsgrad bestimmt, indem das Abschließen des Treibmitteleinlasses erfolgt , sobald der Maschinenzylinder die übereinander liegenden Zylinder- und Rohrbohrungen überschreitet.

4. Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den schraubenförmig verlaufenden Löchern versehenen Rohre (21, 22) in Bohrungen des Zylinderkörpers H5 gelagert und mit Hilfe von Pfropfen (25) derart verschlossen sind, daß man nach Herausnahme dieses Pfropfens die Rohre leicht entfernen kann.

5. Ausführungsform der Steuerung nach ^lz° Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

. daß zur Änderung des Füllungsgrades

jedes der beiden Rohre (21, 22) ein Zahnrad (38) trägt, welche durch gemeinsame Schnecken (39)/ gleichzeitig in Drehung versetzt werden und dadurch die Änderung des Füllungsgrades für beide Bewegungsrichtungen des Kolbens bewirken.

6. Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der mit den schraubenförmig verlaufenden Bohrungen (23) versehenen Rohre (42 in Fig. 7 bis 9) von einem Regulator aus selbsttätig erfolgt, um dadurch dem jeweiligen Gang der Maschine die Füllung anzupassen.

7. Steuerung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane für den Dampfauslaß unter der Wirkung je eines mit denselben auf einer durchgehenden Stange (33) sitzenden Hilfskolbens (34,35) stehen, deren jeder abwechselnd durch den auf der betreffenden Zylinderseite jeweils herrschenden Kompressionsdruck betätigt wird.

8. Steuerung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitungen (43,44 in Fig. 8) des Arbeitszylinders und der Außenseite der zu den Auslaßorganen gehörigen Hilfskolben ein Umsteuerorgan (45) derart eingeschaltet ist, daß jeder der beiden Hilfskolben mit jeder Seite des Arbeitskolbens in Verbindung gebracht werden kann, zum Zwecke, ein Umsteuern der Maschine hierdurch zu ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.