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Steuerung für gestängelose, zweizylindrige Verbund-Kolbenkraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für gestängelose, zweizylindrige Verbund-Kolbenkraftmaschinen,
bei denen die hin und her gehende Bewegung der Arbeitskolben durch einen einzigen
kraftschlüssig bewegten Steuerschieber geregelt wird.
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In Abb. i der Zeichnung ist HD der Hochdruckzylinder, ND der
Niederdruckzylinder, S der Steuerschieber, G das Gehäuse des Steuerschiebers, in
dessen mittlerem, weitem Teil vier Kolben i bis a des Steuerschieber arbeiten. An
jedem seiner beiden Enden ist das Gehäuse G verlängert mittels einer am äußeren
Stirnende geschlossenen Kappe 5 und 6, in deren jeder ein kolbenförmiger Ansatz
7 und 8 des Steuerschiebers möglichst dicht schließend geführt wird. Die Kolben
i und q. des Steuerschiebers S sind mit je einer Längsbohrung 9 und io versehen,
so daß das zwischen den Kolben i und 2 oder 3 und befindliche Druckmittel an die
an den Enden des Schiebergehäuses liegende ringförmige Stirnfläche i i oder 12 der
Kolben i und 4. gelangt. Der Druck auf diese ringförmigen Stirnflächen i i und 12
wird in Verbindung mit dem Druck des Treibmittels auf die Stirnfläche der kolbenförmigen
Ansätze 7 und 8 des Steuerschiebers für die Erzeugung der hin und her gehenden Bewegungen
des Steuerschiebers ausgenutzt.
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In den Abb. i bis 3 bewegen sich die Arbeitskolben des Hochdruck-
und des Niederdruckzylinders jeweilig in gleicher Richtung, und sie sind in der
Abb. i in der Bewegung von links nach rechts begriffen. Das frische Treibmittel
tritt durch die Leitung 13 in das Schiebergehäuse, strömt durch den Anschluß i q.
in den Hochdruckzylinder und treibt dessen Arbeit-kolben nach rechts. Das Hochdruckzylinder
verbrauchte Treibmittel gelangt auf dem Wege 15, 16, 10, 17,
18 in den Niederdruckzylinder und treibt dessen Arbeitskolben ebenfalls nach
rechts. Das im Niederdruckzylinder endgültig ausgenutzte Treibmittel entweicht zunächst
auf dem Wege i g, 2o, 21 und nach Überschleifen des Anschlusses i9 durch den Kolben
des Niederdruckzylinders über die punktiert eingetragene enge Leitung 22 ins Freie.
Während des vorstehend beschriebenen Arbeitsvorganges stehen die ringförmigen Stirnflächen
i i und 12 der Schieberkolben i und q sowie die Stirnfläche des Schieberansatzes
8 unter dem Druck des zwischen beiden Arbeitskolben expandierenden Treibmittels,
während der Raum vor der Stirnfläche des Schieberansatzes 7 mit dem Auspuff Verbindung
hat, also im wesentlichen druckfrei ist. Der Schieber wird somit in seiner in Abb.
i dargestellten Endlage festgehalten von einer nach links wirkenden Kraft, die dem
Druck des zwischen beiden Arbeitskolben befindlichen Treibmittels auf eine dem Querschnitt
des Schieberansatzes 7. gleiche Fläche entspricht. Gelangen beide Arbeitskolben
gleichzeitig in ihre rechtsseitige Endlage, sind also die Anschlußstellen 19
und 2 gleichzeitig von dem Niederdruckkolben und Hochdruckkolben überschritten worden,
so erfolgt schließlich zufolge Auspuffs durch den Anschluß i9 eine Druckverminderung
in dem linksseitigen Arbeitsraum des Niederdruckzylinders und damit eine Entlastung
der Ringfläche 12 und der Stirnfläche des Schieberansatzes 8, und das durch den
freigelegten Anschluß 23 an die Ringfläche i i gelangende Hochdrucktreibmittel kann
die Bewegung des Steuerschiebers nach rechts einleiten. Der Steuerschieber überschleift
die in Abb. 3 dargestellte Mittellage, so daß auch die Stirnfläche des Schieberansatzes
7 den Druck des Hochdrucktreibmittels vermöge der Beaufschlagung durch den Anschluß
24. erhält. Der Hochdruck auf die Ringfläche i i und die Stirnfläche des SChieberansatzeS
7 vermögen
den Schieber in seine rechtsseitige Endlage. zu treiben,
obgleich die Ringfläche 12 vermöge Beaufschlagung durch den Anschluß 25 unter Hochdruck
gelangt, denn die Stirnfläche des Schieberansatzes 8 wird zufolge des Abschlusses
bei Anschluß 17 und öffnung des Auspuffes auf Anschluß 26 druckfrei gehalten. In
seiner rechtsseitig in Abb. 2 dargestellten Endlage erfüllt der Steuerschieber alle
Vorbedingungen für die Bewegung beider Arbeitskolben von rechts nach links, und
der Steuerschieber wird in dieser rechtsseitigen Endlage gehalten durch eine nach
rechts wirkende Kraft, die gleich ist dem Druck des zwischen beiden Arbeitskolben
befindlichen Treibmittels auf eine dem Querschnitt des Schieberansatzes 8 entsprechende
Fläche. Gelangen beide Arbeitskolben gleichzeitig in die linksseitige Endlage, so
wiederholen sich die vorbeschriebenen Vorgänge sinngemäß in gleicher Folge.
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In den Abb. i bis 3 ist eine enge Leitung 27 eingetragen, die die
Frischdampfleitung 13 mit den von den Anschlußstellen i ¢ und 15 nach dem
Schiebergehäuse Gz führenden Leitungen verbindet. Die bisher beschriebenen Vorgänge
werden durch die geringe Menge frischen Treibmittels, daß durch diese Leitung 27
dem Schiebergehäuse und den Arbeitszylindern zugeführt wird, nicht merklich beeinflußt.
Die Leitung 27 hat Bedeutung für den Fall, daß beim Anlassen der Maschine der Steuerschieber
in der in Abb.3 dargestellten Mittellage stehen sollte. Um bei dieser Schieberlage
das Angehen der Maschine zu erzwingen, ist der Durchmesser des Schieberansatzes
8 größer bemessen als der des Schieberansatzes 7, und somit ist auch die Ringfläche
i i größer als die Ringfläche 12. Beim Anlassen werden, wie aus Abb.3 ersichtlich
ist, alle Hohlräume im Schiebergehäuse, mit Ausnahme der,vor den Stirnflächen der
Schieberansätze 7 und 8 gelegenen und der an den Auspuff angeschlossenen äußeren
ringförmigen Hohlräume- an den Schieberkolben i und 4., mit Treibmittel aufgefüllt
und der Unterschied der Ringflächen i i und 12 ist so groß zu bemessen, daß der
Überdruck auf die größere Ringfläche i i genügt, um mit Sicherheit eine Bewegung
des Schiebers nach rechts bei jeder beliebigen Stellung der Arbeitskolben einzuleiten.
Weiterhin geht dann der Steuerschieber mit zusätzlichem Druck auf die Stirnfläche
des Schieberansatzes 7 in seine rechtsseitige Endlage und leitet damit den ordnungsmäßigen
Betrieb ein. In den Abb. i bis 3 ist die Gesamtanordnung so getroffen, daß der Hochdruck-
und der Niederdruckarbeitskolben jeweilig die gleichgerichtete Bewegung ausführen.
Werden an dem Hochdruck- oder Niederdruckzylinder die an das eine Zylinderende anschließenden
beiden Leitungen ausgetauscht gegen die mit dem anderen Ende des betreffenden Zylinders
verbundenen gleichartigen Leitungen oder wird mit gleichem Ergebnis einer der beiden
Arbeitszylinder mitsamt den zugehörigen Leitungsanschlüssen um seine Längsmitte
um 18 o° geschwenkt, so werden damit Verhältnisse geschaffen, die eine jeweilige
Bewegung beider Arbeitskolben in entgegengesetzter Richtung bedingen. Bei gleichgerichteter
Bewegung beider Arbeitskolben und gleichachsiger Lage beider Arbeitszylinder lassen
sich beide Arbeitskolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange anbringen und beide
Kolben gelangen dann gleichzeitig an jedes Ende des Kolbenhubes. Diese Gewähr liegt
nicht mehr vor, wenn die beiden Arbeitskolben unabhängig voneinander Bewegungen
ausführen können, also nicht- zwangläufig verbunden sind.
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Kommt in diesem Falle der Hochdruckkolben früher als der Niederdruckkolben
in seine Endlage, beispielsweise die rechtsseitige, so gelangt zwar durch den vom
Hochdruckkolben überschrittenen Anschluß 23 Hochdrucktreibmittel auf die ringförmige
Stirnfläche i i des Schieberkolbens i, doch kann diese Ringfläche so klein bemessen
werden, daß der nach rechts gerichtete Druck auf diese Fläche nicht ausreicht, den
entgegen! stehenden Druck der mit dem zwischen den Arbeitskolben befindlichen Treibmittel
beaufschlagten Fläche 12 und der mit dem gleichen Druck belasteten Stirnfläche des
Schieberansatzes 8 zu überwinden. Es bedarf also der Entlastung dieser Flächen durch
öffnen des Auspuffes am Niederdruckzylinder mittels Überschleifens des Anschlusses
i9 durch den Niederdruckkolben in seiner Endlage.: Für die linksseitigen Endlagen
der Kolben sind die gleichartigen Vorgänge gewährleistet, da die Ringfläche 12,
wie vorstehend erörtert ist, bereits mit Rücksicht auf das sichere Anlassen der
Maschine kleiner zu bemessen ist als die Ringfläche i i.
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Gelangt andererseits der Niederdruckarbeitskolben früher in seine
Endlage, beispielsweise die rechtsseitige, so verringern sich zwar mit Überschleifen
des Anschlusses i g die Drucke an der Ringfläche 12 und an der Stirnfläche des Schieberansatzes
8, die den Schieber in seiner linksseitigen Endlage halten, doch kann die Bewegung
des Schieber nach rechts erst dann erfolgen, wenn oder Hochdruckkolben mit Überschleifen
des Anschlusses 23 dem Hochdrucktreibmittel Zugang zur Ringfläche i i des Schiebers
ermöglicht. In jedem Falle ist also den beiden, Arbeitskolben die Ausführung des
vollen Kolbenhubes gesichert.
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Gelangt der Niederdruckkolben früherl'in
seine Endlage
als der Hochdruckkolben, so erfolgt der Auspuff des verbrauchten Treibmittels aus
einem Volumen, das das Hubvolumen des Niederdruckzylinders um .einen zusätzlichen
Teilbetrag vom Volumen des Hochdruckzylinders überschreitet, so daß gegenüber der
Betriebsweise mit gleichzeitiger Ankunft beider Arbeitskolben in ihren Endlagen
eine verstärkte Expansion des Treibmittels und damit eine wirtschaftlich vorteilhaftere
Ausnutzung des Treibmittels gewonnen wird.
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Sitzen beide Arbeitskolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange, so
genügt es, zwecks sanften Hubwechsels die Bewegung des Kolbensatzes gegen Hubende
zu verlangsamen mittels Beschränkung des Auspuffes am Niederdruckzylinder auf eine
enge, in den Abb. i bis 3 punktiert eingetragene ,Leitung 22, die vom Steuerschieber
verschlossen wird, bevor dieser dem Treibmittel Zugang zu der am Hubende neu zu
beaufschlagenden Stirnfläche des Niederdruckkolbens freigibt.
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Können andererseits die beiden Arbeitskolben unabhängig voneinander
Bewegungen ausführen, so läßt sich außerdem die Bewegung des Hochdruckkolbens bei
Annäherung an seine Endlage in bekannter Weise verzögern mittels Einschränkung des
Auspuffs auf enge Leitungen 28, die nur in der Abb. i ebenfalls punktiert eingetragen
sind.
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Die Bewegung des Steuerschiebers bei Annäherung an seine Endlagen
kann zwecks sanften Aufschlagens an der Hubbegrenzung in bekannter Weise verzögert
werden durch Beschränkung des Auslasses für das an der jeweilig voreilenden Stirnfläche
des Schieberansatzes 7 oder 8 befindliche Treibmittel auf den engen, in den Abb.
i bis 3 punktiert eingetragenen Auslaß 29.