DE2022061C

DE2022061C - Control device for a piston engine operated by pressure medium

Info

Publication number: DE2022061C
Application number: DE19702022061
Authority: DE
Inventors: Thomas William Stockton on Tees Teesside Bain (Großbntanmen)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1969-05-07
Filing date: 1970-05-05
Publication date: 1973-06-07

Description

schlußkörper als Pufferplatte den Vorteil bequemer Begrenzung der Hubkolbenbewegung und damit der Rührerbewegung unter weicher B rwegungsumkehr.closing body as a buffer plate the advantage more convenient Limitation of the reciprocating piston movement and thus the agitator movement with a gentle reversal of the movement.

Vorteilhaft ist der Hubkolben von einem Paar zwischen Platten eingespannter flexibler Lamellen gebildet, die am Außenumfang divergierend fcbgefast sind. Hierdurch wird die Gestaltung der Führung der Kolbenstangen erleichtert, weil der Kolben durch seine elastische Ausbildung selbst nicht als Teil einer Gesamtführung berücksichtigt werden muß.The reciprocating piston is advantageously formed by a pair of flexible lamellae clamped between plates, which are diverging on the outer circumference. This will shape the leadership of the Piston rods made easier because the piston itself, due to its elastic design, is not part of a Overall management must be considered.

Für den Fall einer Steuervorrichtung, bei der der Kolben unmittelbar durch den Fluidicverstärker beaufschlagt wird und die Druckmittelleitungen für den Zustrom als auch für den Abstrom dienen und jeweils eine im spitzen Winkel zum Zustrom abzweigende Abströmleitung aufweisen, sind zweckrräßig die Abströmleitungen an die Austrittskanäle des Fluidic-. crstärkers angeschlossen und zur Atmosphäre offene Ablaßschlcifen. Diese Maßnahmen bedingen eine Art Rückkopplung, die den jeweiligen Schaltzustand des i luidicverstärkers stabilisiert und ein Umkippen der : :irömungsrichtung infolge äußerer Einflüsse bei nicht durch die Verschlußkörper gedrosseltem Ausfluß aus ien Dauerdurchflußleitungen verhindert.In the case of a control device in which the Piston is acted upon directly by the fluidic booster and the pressure medium lines for the Both the inflow and the outflow are used, each branching off at an acute angle to the inflow Have outflow line, the outflow lines to the outlet channels of the fluidic are expedient. More closely connected and drainage loops open to the atmosphere. These measures require a kind Feedback, which stabilizes the respective switching state of the i luidic amplifier and a tipping over of the :: Direction of flow due to external influences when the outflow is not restricted by the closure body ien continuous flow lines prevented.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß aus- ^bildeten Steuerung wird im folgenden an Hand thematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigtAn embodiment of a control designed according to the invention is illustrated below with reference to thematic drawings. It shows

F i g. 1 einen bistabilen Fluidicverstärker,F i g. 1 a bistable fluidic amplifier,

F i g. 2 einen erfindungsgemäßen Motor unter besonderer Berücksichtigung der Gasstromschaltung,F i g. 2 an engine according to the invention in particular Consideration of gas flow switching,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen Teil der Kolben- und Zylindercinrichtung mit zugehöriger Ventileinrichtnng gemäß F i g. 2.3 shows an axial section through part of the piston and cylinder device with associated Valve device according to FIG. 2.

Der Motor besitzt eine doppeltwirkende Kolben- und Zylinderanordnung, die allgemein mit dem Buchstäben A bezeichnet ist, eine Fluidicsteuervorrichtung, die allgemein mit dem Buchstaben B bezeichnet ist, ine Gaseinlaßleitung C und Gaszufuhrleitungen, die üllgemcin mit den Bezugszeichen D und E bezeichnet sind und entgegengesetzte Abschnitte der Kolben- und Zylinderanordnung Λ speisen.The engine has a double acting piston and cylinder assembly, indicated generally by the letter A , a fluidic control device, indicated generally by the letter B , a gas inlet conduit C, and gas supply conduits, generally indicated by the numerals D and E , and opposite sections the piston and cylinder arrangement Λ feed.

Die Kolben- und Zylinderanordnung A besitzt einen Zylinder TO (siehe insbesondere Fig. 3), der zweckmäßig aus einer Aluminiumlegierung besteht und entlang dessen Achse sich eine Kolbenstange 11 erstreckt, die die Enden des Zylinders 10 durch Zentrallöcher in den Zylinderköpfen 12 durchragt. An diesen öffnungen gewährleisten Buchsen 13 aus gefülltem Polytetrafluoräthylen (PTFE) weichen Gleitsitz für die Stange 11. Der sich mit der Stange 11 im Zylinder 10 bewegende doppeltwirkende Kolben besteht aus einem Verbundkörper, der Innenscheiben 14 und 15 aus gefülltem PTFE mit nach außen gebogenen Umfangsabschnitten und äußere steife Nylonscheiben 14' und 15' kleineren Durchmessers besitzt. Die Scheiben 14,15,14' und 15' sitzen auf einer mit Gewinde versehenen Nabe 16, die ihrerseits fest auf der Stange 11 sitzt.The piston and cylinder arrangement A has a cylinder TO (see in particular FIG. 3), which expediently consists of an aluminum alloy and along the axis of which a piston rod 11 extends, which protrudes through the ends of the cylinder 10 through central holes in the cylinder heads 12. Bushings 13 made of filled polytetrafluoroethylene (PTFE) ensure a soft sliding fit for the rod 11 at these openings has outer rigid nylon washers 14 'and 15' of smaller diameter. The disks 14, 15, 14 'and 15' sit on a threaded hub 16, which in turn is firmly seated on the rod 11.

An das eine Ende der Stange 11 ist eine Anschlußstange 17 angeschlossen, die eine Rührvorrichtung (nicht gezeigt) treibt. Die Stange 11 trägt ferner an jedem ihrer Enden eine Platte 18, die mit federnd nachgiebigen Puffern 19 versehen ist, die den Stoßlärm und den Stoß mindern, wenn dfe Platte 18 gegen die Außenfläche des Zylinderkopfs 12 bewegt wird. An jedem Ende des Zylinders angebrachte Deckel 20 schützen die Endabschnitte der Stange 11, die Kupplung an einem Ende zwischen Stange 11 und Anschlußstange 17, die Buchsen 13 und Platten 18. Jeder Deckel 20 hat eine öffnung 21, die zur Atmosphäre führt.At one end of the rod 11 is a connecting rod 17 which drives a stirring device (not shown). The rod 11 also carries on at each of its ends a plate 18, which is provided with resilient buffers 19, the shock noise and reduce the shock when the plate 18 is moved against the outer surface of the cylinder head 12. Lids 20 attached to each end of the cylinder protect the end portions of the rod 11, the coupling at one end between rod 11 and connecting rod 17, the bushings 13 and plates 18. Each cover 20 has an opening 21 which leads to the atmosphere.

Der Zylinder 10 hat in seinen Seitenwänden nahe den Zylinderköpfen 12 und jenseits der Hubgrenze des doppeltwirkenden Kolbens Löcher 22. Diese Löcher sind durch die Leitungen D und E (Fig. 2), die Kanäle 23 und 32 sowie variable Druckdrosselstellen 33 und 34 besitzen, an die zugehörigen Austrittsöffnungen 5 und 6 der Fluidicsteuervorrichtungß angeschlossen, die in der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform denselben Aufbau wie ein bekannter btstabiler Fluidicverstärker hat. Die Fluidicsteuervorrichtung B hat eine Eintrittsöffnung 2, die durch dieThe cylinder 10 has in its side walls close to the cylinder heads 12 and beyond the limit of travel of the double acting piston holes 22. These holes are through the lines D and E (Fig. 2), the channels 23 and 32, and variable pressure restrictors 33 and 34 have, at the associated outlet openings 5 and 6 of the fluidic control device connected, which are shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 2 has the same structure as a known, stable fluidic booster. The fluidic control device B has an inlet opening 2 which passes through the

Leitung C an eine Gasquelle 25 angeschlossen ist. Die Einirittsöffnung 2 führt zu einem Eintrittskanal 1 und von dort zu zwei divergierenden Austrittskanälen 3 und 4, die an den öffnungen 5 und 6 enden. Von den Austrittskanälen 3 und 4 führen Ablaßschleifen 26Line C is connected to a gas source 25. The inlet opening 2 leads to an inlet channel 1 and from there to two diverging outlet channels 3 and 4 which end at openings 5 and 6. Of the Outlet channels 3 and 4 lead drain loops 26

zo und 27 weg, die an öffnungen 28 und 29 zur Atmosphäre führen. Die Ablaßschleifen 26 und 27 sind so angeordnet, daß lediglich das Gas, das entlang der Kanäle 3 und 4 rückströmt, ohne Schwierigkeit durch die öffnungen 28 und 29 entweichen kann.zo and 27 away, those at openings 28 and 29 to the atmosphere to lead. The vent loops 26 and 27 are arranged so that only the gas that along the Channels 3 and 4 flows back, can escape through the openings 28 and 29 without difficulty.

»5 Die Fluidicsteuervorrichtungß hat zwei Querleitungen 8 und 9, die über Druckdrosselstellen 30 und 31 mit der Leitung C in Verbindung stehen. Die Leitungen 8 und 9 liefern bei Bedarf Gasquerströme, die den Hauptstrom an Arbeitsgas von einem der5 The fluidic control device has two cross lines 8 and 9, which are connected to line C via pressure throttles 30 and 31. the Lines 8 and 9 supply gas cross-flows if necessary, the main flow of working gas from one of the

Kanäle 3 und 4 zum anderen umschalten.Switch channels 3 and 4 to the other.

Die Leitungen 8 und 9 sind nicht die einzigen Leitungen, die über die Drosselstellen 30 und 31 Gas aus der Leitung C erhalten. Andere Leitungen 38 und 39 mit Drosselstellen 40 und 41 empfangen solches GasLines 8 and 9 are not the only lines which received gas from line C via the throttles 30 and 31. Other lines 38 and 39 with throttles 40 and 41 receive such gas

und liefern bei Verbindung mit der Atmosphäre die bevorzugten Wege für durch Drosselstellen 30 und 31 strömendes Gas. Die Leitungen 38 und 39 führen normalerweise 7.ur Atmosphäre, und zwar durch öffnungen 35 (F i g. 3), Leitungen 36, öffnungen 37and when in connection with the atmosphere provide the preferred routes for through restrictors 30 and 31 flowing gas. Lines 38 and 39 normally carry atmosphere through openings 35 (FIG. 3), lines 36, openings 37

und 21 an den Enden der Kolben- und Zylinderanordnung A. Die öffnungen 35, Leitungen 36 und öffnungen 37 und 21 bilden zusammen Ventileinrichtungen, die von den Bewegungen der Austrittswelle oder des Austrittsglieds abhängig sind. Nur dann,and 21 at the ends of the piston and cylinder arrangement A. The openings 35, lines 36 and openings 37 and 21 together form valve devices which are dependent on the movements of the outlet shaft or the outlet member. Only then,

wenn eine der öffnungen 37 durch einen Puffer 19 blockiert wird, der durch die entsprechende Platte 18 getragen wird, liefert die Leitung H oder die Leitung 9 einen beträchtlichen Gasstrom.when one of the openings 37 is blocked by a buffer 19 carried by the corresponding plate 18, the line H or the line 9 supplies a considerable flow of gas.

Es wird nunmehr ein Arbeitszyklus des Motors nach den Fi g. 2 und 3 erläutert. Es sei angenommen, daß sich die Stange 11 in Fig. 3 nach unten und gemäß Pfeil in F i g. 2 bewegt, jedoch noch nicht die untere Grenze ihrer Bewegung erreicht hat. Von der Quelle 25 gelangt ein Strom aus Arbeitsgas, das Luft,It is now a duty cycle of the engine according to Fi g. 2 and 3 explained. Suppose that the rod 11 in Fig. 3 down and according to the arrow in F i g. 2 moves, but not yet the has reached the lower limit of its movement. A stream of working gas, the air,

Steuerstoff, Stickstoff oder ein nichtaggressives Gas ähnlicher Dichte und Viskosität sein kann, zum Austrittskanal 3 der Fluidicsteuervorrichtung B. Mit Rücksicht auf den Coanda-Effekt ergibt sich kein wesentlicher Strom durch den Kanal 4. Vom Kanal 3 geht der Arbeitsgasstrom durch den Kanal 23 und die Drosselstclle 33 zur öffnung 22 gemäß Fig. 3 und drückt den Kolben zusammen mit der Stange 11 weiter nach unten, wie man es aus Fig. 3 ersieht. Es liegt kein Gasquerstnm in den Leitungen 8 und 9 vor,Control substance, nitrogen or a non-aggressive gas of similar density and viscosity can be to the outlet channel 3 of the fluidic control device B. With regard to the Coanda effect, there is no significant flow through channel 4. From channel 3, the working gas flow goes through channel 23 and the Throttle valve 33 to opening 22 according to FIG. 3 and presses the piston together with rod 11 further down, as can be seen from FIG. There is no gas cross-flow in lines 8 and 9,

vielmehr gehen Gasströme durch die Drosselstellen 30 und 31, Kanäle 38, 39. Drosselstellen 40 und 41, Leitungen 36 und öffnungen 21 zur Atmosphäre, wie es beschrieben wurde. Das gleichzeitig aus dem un-rather, gas flows go through the throttling points 30 and 31, channels 38, 39. Throttling points 40 and 41, Lines 36 and openings 21 to the atmosphere as described. That at the same time from the un-

tcrcn Abschnitt der Kolben- und Zylinderanordnung/l gemäß Fig. 3 ausgestoßene Gas entweicht über den Kanal E und geht über die Schleife 27 zur Atmosphäre.The gas expelled in the section of the piston and cylinder arrangement according to FIG. 3 escapes via the channel E and goes via the loop 27 to the atmosphere.

Die Abwärtsbewegung der Stange bringt die Kopfplatte 18 gegen den Zylinderkopf 12, wobei das Polster 19 der Platte 18 die Öffnung 37 schließt. Dadurch hört der Gasstrom durch die Leitungen 38 auf, und es fließt ein Gasschaltstrom durch die Leitung 8. Dadurch wird der Hauptstrom an Arbeitsgas zum Kanal 4 und damit zur Leitung E umgeschaltet, wodurch Rückbewegung der Stange 11 bewirkt wird. Obwohl dann die obere Öffnung 37 erneut öffnet, gewährleistet der Coanda-Effekt, daß der Strom an Arbeitsgas, der nunmehr durch die Fluidicsteuervorrichtung B fließt, weiterhin durch die Leitung E geht.The downward movement of the rod brings the head plate 18 against the cylinder head 12, with the cushion 19 of the plate 18 closing the opening 37. As a result, the gas flow through the lines 38 ceases, and a gas switching current flows through the line 8. This switches the main flow of working gas to the channel 4 and thus to the line E , causing the rod 11 to move back. Although the upper opening 37 then opens again, the Coanda effect ensures that the flow of working gas which now flows through the fluidic control device B continues to pass through the line E.

Erreicht die Stange 11 das obere Ende ihres Hubes gemäß Fig. 3, wird die untere Öffnung 37 durch das Polster 19 an der unteren Platte 18 gesperrt, wonach dieselbe Folge von Vorgängen auftritt und ein Umschalten des Gasstroms zum Kanal 3 und der Leitung £> erfolgt. Dann ist ein Arbeitszyklus vollendet. Es wurde festgestellt, daß der Motor selbststartend ist, indem das der Fluidicsteuervorrichtung B zugeführte Arbeitsgas den einen oder den anderen Austrittskanal 3 oder 4 sucht; obwohl sich der Gasstrom nach der Theorie anfänglich auf die beiden Kanäle aufteilen könnte, wurde jedoch in der Praxis festgestellt, daß dies nicht der Fall ist, mit Rücksicht möglicherweise darauf, daß keine praktische Ausführungsform genau symmetrisch ist. 1st einmal ein Austrittskanal gewählt, bewirkt der Coanda-Effekt die Fixierung des Stroms entlang diesem Kanal.When the rod 11 reaches the upper end of its stroke as shown in FIG. 3, the lower opening 37 is blocked by the pad 19 on the lower plate 18, after which the same sequence of processes occurs and the gas flow to the channel 3 and the line is switched over . Then a work cycle is completed. It has been found that the engine is self-starting in that the working gas supplied to the fluidic control device B seeks out one or the other outlet duct 3 or 4; although the theory suggests that the gas flow could initially be split between the two channels, it has been found in practice that this is not the case, possibly considering that no practical embodiment is exactly symmetrical. Once an exit channel has been selected, the Coanda effect fixes the current along this channel.

Es wurde festgestellt, daß erh'ndungsgemäß Kolbenmotoren unterschiedlichster Abmessungen gebautIt was found that piston engines of the most varied dimensions are built according to the invention

ίο werden können. Die Geschwindigkeit dieser Motoren wird zweckmäßig dadurch eingestellt, daß man den Luftzufuhrdruck variiert oder daß man die variablen Druckdrosselstellen33 und 34 (Fig. 2) einstellt. Ein großer Bereich an Geschwindigkeiten ist möglich.ίο can be. The speed of these engines is expediently set by varying the air supply pressure or that the variable Adjusts pressure throttles 33 and 34 (Fig. 2). A wide range of speeds is possible.

Erfindungsgemäße Motoren sind für chemische Anlagen und chemische Analysen brauchbar. Sie sind verwendbar als Quelle niedrigen Schubs beim Rührer: von Flüssigkeiten, z. B. bei Schmelzpunktapparaten, wo übermäßiger Schub herkömmlicher elektrisch an getriebener Rührvorrichtungen häufig zu Bruch fülin. Da keine elektrischen Teile vorliegen, ist der erfindungsgemäße Motor in sehr entzündbaren Atmosphären sicher. Es wurde festgestellt, daß Motoren nach der Erfindung kleiner und ruhiger und zuver-Motors according to the invention are useful for chemical plants and chemical analysis. you are Can be used as a source of low thrust in the stirrer: of liquids, e.g. B. for melting point apparatus, where excessive thrust of conventional electrically powered agitators often breaks. Since there are no electrical parts, the engine according to the invention is in very flammable atmospheres secure. It was found that motors according to the invention are smaller and quieter and more reliable.

as lässer als andere hin- und hergehende Luftmotorer sind.it is slower than other reciprocating air motors are.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

1 2 is flow lines, the outflow of which alternately claims: can be controlled with the help of a control device that is connected to a protruding from the cylinder, the lifting

1. Control device for a piston rod carrying pressure medium is attached
actuated piston motor for reciprocating 5 It is a control device of this type for a movement, the cylinder of which is known for double-sided Beauf thread cutting machine, in which a piston rod is connected to the impact of a reciprocating piston at the two ends of the reciprocating piston on one side and is connected to a pressure medium line, the outside of the cylinder a closure body, which has a common pressure medium source via, with which at the distance of the piston stroke alternately with the other pressure medium line io outflow openings of the two permanent through control by means of a bistable fluidic flow lines can be blocked. In this embodiment, the booster can be acted upon, the stable closing of which the piston rod must have at least one of the double positions with the aid of the piston motor through the corresponding length of the stroke, so that a cross-flow in each of the piston end positions results in a very space-consuming system, the lungs are switchable, whereby the line for 15 additional measures to local the cross flows a cross connection between support and fixation of the continuous flow lines two equal, directly from a pressure medium requires at a distance from the cylinder,
source-fed continuous flow lines is, there is another, similar control device for

whose outflow can be controlled alternately with the help of a piston engine driving a crankshaft, which is known to an ao, in which the line for the cross flows is attached to a piston rod protruding from the cylinder, the reciprocating piston cross connection between two identical throughflow-guiding piston rods, which leads to the The axial distance into the cylinder indicates that the piston rod used to drive the jacket of the piston motor and, when a stirring device is released, can be acted upon by a piston face with the pressure medium in the cylinder (11) on both sides from the cylinder (10). One is that the outflow of the permanent flow-such arrangement requires a relatively large amount of pipes (38,39) through an outwardly pointing long piston, which inevitably has a considerable mass opening (37) in each of the two cylinder faces and a not inconsiderable movement resistance (12 ) is formed, which offers with the help of an on stand. In addition, there is also a compulsory end of the piston rod located, 30 running a relatively long cylinder and be ^; the considerable strokes forming one half of the control device, as they are necessary with reciprocating resilient closure bodies (18, 21) closing agitation, very large piston length is bar, which at the same time acts as a buffer plate for the thereby satisfactory actuation and control limitation the piston movement is designed. tion, especially slow piston stroke

2. Control device according to claim 1, characterized in that 35 is.

characterized in that the reciprocating piston (14,15) of the object of the invention is to provide a Steuervorridv

a pair between plates (14 ', 15') of the type described above for the tensioner flexible lamellas (14,15) is formed, drove a stirring device to create the grain which are chamfered in a diverging manner on the outer circumference. More compact structure with less to move

3. Control device according to claim 1 or 2 4 ° piston mass allows easier control,
in which the piston directly through the fluidic This object is achieved in that the amplifier is acted upon, the pressure drive for a stirring device serving certain piston center lines for inflow and for outflow rod on both sides of the cylinder and each one protrudes at an acute angle to and that the outflow of the permanent flow lines have inflow branching outflow line, 45 through an outwardly pointing opening in each of the characterized in that the outflow lines are formed by two cylinder end faces which are connected to the outlet channels (26, 27) with the aid of (26, 27) 3, 4) connected to a fluidic booster located at the associated end of the piston rod and borrowed to the atmosphere, which are one half of the control device forming sphere open drainage loops. the resilient closure body is closable, the

50 is also designed as a buffer plate to limit the piston movement. By using

The use of two piston rods ensures that the piston is guided independently of the piston design and thereby the training of a very

The invention relates to a Steuereinrich- 55 light and axially short piston with device for a pressure-actuated piston engine for low mass and resistance to movement allows back and forth movement, the cylinder for so that the control facilitates and the response on both sides of a reciprocating piston characteristic is improved. Due to the arrangement of both ends each to a pressure medium line which is intended for the continuous flow lines closed, the medium source alternating with the other pressure medium piston rods from a common pressure openings in the cylinder end faces do not need one of the double stroke length via control by means of a to have bistable corresponding length, so that overall the fluidic booster can be acted upon, the stable piston engine of which can be made more compact. States further wherein the advantage is with the help of the piston engine by triggering achieved by each of a cross-current in the piston end environmentally 65 is not cumbersome measures for local support alarm shop ^v; ■ · are, the conduit for the cross-currents-cutting and fixing Dauerdurchflußleitungen in! a cross-connection between two identical, immediately spaced from the engine cylinder must be made on a pressure medium source fed durations. Finally, the use of resilient