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Steuerung für schwungradlose Kolbenkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft
Einrichtungen, die es ermöglichen, in den Zylindern gestängeloser, doppeltwirken@der
Kolbenkraftmaschinen den Dampf oder andere elastische Triebstoffe mit Expansion
auszunutzen.
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Auf der Zeichnung sind Einrichtungen dieser Art schematisch dargestellt.
Der in Abb. i und 2 im Arbeitszylinder a laufende Arbeitskolben b bewegt, wenn er
sich dem Ende des verfügbaren Kolbenweges nähert, durch Mitnehmen einen Steuerschieber
c und veranlaßt damit in bekannter Art den Hauptsteuerschieber d zum Übergang in
seine Endlagen, in denen er die für sachgemäßes Arbeiten des Kolbens b jeweils erforderliche
Verbindung der Zylinderenden mit dem über dem Hauptsteuerschieber d liegenden Frischdampfraum
oder mit dein Auspuff regelt. Diese Hauptsteuerung der Maschine kann auch in beliebiger
anderer Bauart ausgeführt werden. Der durch Leitung l stattfindende Zugang des Triebmittels
zu dem über dem Hauptsteuerschieber a' liegenden Frischdampfraum wird überwacht
durch ein Hilfssteuerorgan s, an dem sich ein Absperrventil f befindet, das fest
verbunden ist mit den Steuerkolben g und 1i. die als Differentialkolben so bemessen
sind, daß bei gleichem Druck unter dem Kolben g und über dem Kolben 1i. das Absperrventil
geschlossen, dagegen bei hinreichender Ermäßigung des Druckes auf die obere Stirnfläche
des Kolbens h oder Steigerung des Druckes auf die untere Fläche des Kolbens g oder
auch durch gleichzeitigeVerwendung beider Druckänderungen das Absperrventil f geöffnet
wird. Mit dem Schluß des Absperrventils f wird .die Expansion des Triebmittels in
,dem jeweiligen Arbeitsraum des Zvlinders a eingeleitet. Der Arbeitszylinder c.
ist auf seiner Längsmitte mit einer Anzapfung i. versehen, die durch eine Leitung
w mit dem über dem Steuerkolben lt gelegenen Raum verbunden ist. Die Expansion des
Triebmittels beginnt, wenn die dein jeweiligen Arbeitsraum des Zylinders a zugekehrte
Stirnfläche des Arbeitskolbens b (in Abb. i die untere Stirnfläche) die Zapfstelle
i überschreitet; das Triebmittel gelangt damit über den Steuerkolben la, treibt
diesen abwärts und bewirkt damit den Schluß des Ventils f. Bei der Abwärtsbewegung
des Arbeitskolbens b wird der Beginn der Expansion gemäß der Abb. 2 in entsprechender
Weise bewirkt, sobald die obere Stirnfläche des Arbeitskolbens b die Zapfstelle
i überschreitet. Die Höhe des Arbeitskolbens ist der gewünschten Expansion gemäß
zu bemessen. Der unter Volldruck zurückgelegte Teil des Kolbenhubes ist in jedem
Falle gleich der halben Zylinderlänge und soll beispielsweise der weiterhin noch
unter Expansion des Triebmittels zurückzulegende Kolbenweg 1/3 des Volldruckweges
betragen, so ist die Höhe des Arbeitskolbens zu 1;" der Zylinderlänge zu bemessen.
Wird der Arbeitskolben b etwa zum Antrieb eines mit ihm starr verbundenen Pumpenkolbens
oder zum Überwinden anderer annähernd konstanter Kräfte benutzt, so kann, insbesondere
bei einem langsamen Gang der Maschine, der Fall eintreten, daß das expandierende
Triebmittel den Kolben nicht bis in die Endlage zu bringen vermag. Es wird dann
ein Nachfüllen des Arbeitsraumes mit frischem Triebstoff erforderlich werden, was
durch kurzes Anheben des Ventils f mittels Drucksteigerung unter dem Steuerkolben
g bewirkt oder durch eine Nebenöffnung des Absperrventils f vorgenommen werden kann,
die etwa als Bohrloch k in dem Dichtungskörper des Ventils f oder in sonst geeigneter
Weise auszuführen ist; beide Hilfsmittel können auch gleichzeitig für die Einführung
zusätzlichen Treibstoffes in .den jeweiligen Arbeitsraum des Zylinders a benutzt
werden.
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Die in den Abb. i und 2 dargestellte Anordnung hat den Nachteil, daß
der Arbeitskolben, wenn er nur einen geringen Bruchteil seines Weges unter dem Druck
des expandierenden Treibstoffes zurücklegen soll, in beträchtlicher Höhe ausgeführt
werden muß und claß damit von einer gegebenen Länge des Arbeitszylinders ein entsprechender
namhafter
Bruchteil als Kolbenweg nicht ausgenutzt werden kann.
Der Mißstand läßt sich vermeiden mittels der in den Abb.3 und 4 der Zeichnung schematisch
dargestellten Anordnung, in der zwei Zapfstellen m und n an dem Arbeitszylinder
a symmetrisch zu dessen Längsmitte angebracht sind und ein weiteres Hilfssteuerorgan
o vorgesehen ist mit zwei starr verbundenen Steuerkolben p und r von gleicher Größe,
die in ihren Endstellungen den zwischen ihnen liegenden Raum abwechselnd mit einer
der Zapfstellen in oder 1a -verbinden, die andere Zapfstelle aber gegen diesen Zwischenraum
abschließen; der Raum zwischen den Steuerkolben p und r steht durch eine Leitung
w in ständiger Verbindung mit dein über dem Steuerkolben li, des Hilfssteuerorgans
s gelegenen Raum. In der Abb. 3 ist der Arbeitskolben in der Bewegung nach aufwärts
begriffen, der Kolbensatz des Hilfssteuerorgans o ist durch den unter den Steuerkolben
r durch die Leitung v getretenen Frischdampf in seine obere Endlage gebracht, was
möglich gewesen ist, weil der Raum über dein Steuerkolben p durch die Leitung z(
mit dem Auspuff verbunden war. Der Raum zwischen dem Steuerkolben p und
r ist über die "Zapfstelle aa ebenfalls mit dem Auspuff v erlraiiden und
somit die obere Stirnfläche des Steuerkolbens 1z mit dem Druck des Auspuffdampfes
belastet. Der durch die Leitung l zuströmende Frischdampf hat somit das Absperrventil
f durch Druck auf die untere Stirnfläche des Steuerkolbens ä öffnen können und hält
es in geöffneter Lage, bis der Arbeitskolben b die Zapfstelle sri, überschliffen
und damit den Zugang des Arbeitsdampfes nach der oberen Stirnfläche ,des Steuerkolbens
it freigegeben hat. Der Druck des Arbeitsdampfes auf diese Stirnfläche bewirkt (ieii
Abschluß des Ventils f und damit den Beginn der Expansion des Treibstoffes im Arbeitsraum
des Zylinders a. Gelangt weiterhin der Arbeitskolben b in seine obere Endlage, so
wird mit Unisteuerung des Hauptschiebers d Dampf aus dem Schieberraum des Hauptteuerschiebers
d auf die obere Stirnfläche des Steuerkolbens p geleitet, der Raum unter dem Steuerkolben
r über die Leitung v finit dem Auspuff verbunden, der Kolbensatz des Hilfssteuerorgans
o in seine untere Endlage getrieben und damit auch der Austritt aus dem Raum oberhalb
des Steuerkolbens la über die Zapfstellen nach dem Auspuff hin freigegeben. Das
Absperrventil f wird durch den Druck des Frischdampfes auf die untere Stirnfläche
des Steuerkolbens g- geöffnet, der Zugang für den Frischdampf nach dem oberen Arbeitsraum
des Zylinders a ermöglicht und die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens b eingeleitet.
Hat der Arbeitskolben b bei seiner Bewegung nach abwärts die Zapfstelle n überschliffen,
so beginnt wiederum die Expansion des Treibstoffes bei der in Abb.4 dargestellten
Lage der Steuerungsteile. Es ist hiernach ersichtlich, daß die Expansion des Treibstoffes
beginnt, wenn die dem Arbeitsraum des Zylinders a zugekehrte Stirnfläche des Arbeitskolbens
b die in seiner Bewegungsrichtung zuletzt erreichte Zapfstelle überschleift. Der
Abstand der Zapfstellen m und 7z ist der gewünschten Expansion gemäß zu bemessen.
Die Höhe des Arbeitskolbens b kann so gering bemessen werden, als es die Abdichtung
gegen die Zylinderwand zuläßt, und eine gegebene Länge des Arbeitszylinders kann
in gleichem Maße ausgenutzt werden wie bei Arbeitsmaschinen üblicher Bauart. Eine
Nebenöffnung h. ermöglicht ein Nachströmen von Zusatzdampf in den jeweiligen Arbeitsraum
des Zv linders a während der Expansion des Treibstoffes.
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Die Abb. 5 und 6 geben die schematische Darstellung einer Bauart der
Steuerung, die wiederum gestattet, den Arbeitskolben b unabhängig von der gewünschten
Expansion des Treibstoffes in beliebiger Höhe auszuführen. Es sind zwei an einem
gemeinsamen Frischdampfraum sitzende Absperrventile f und f'
vorgesehen,
die je mit einem Differentialkolben starr verbunden sind und den Durchgang des durch
die Leitung l zuströmenden Frischdampfes nach dem Schieberraum des Hauptsteuerschiebers
d freigeben oder absperren können. Jedes Absperrventil f (fwird geschlossen
durch Druck auf die obere Stirnfläche des zugehörigen Steuerkolbens li ur.d h',
während bei Verminderung dieses Druckes der im Frischdampfraum des Gehäuse; über
den Absperrventilen f und f' befindliche Frischdampf durch Druck auf
die untere Stirnfläche der Steuerkolben g und g' die Ventile öffnet. Es ist eine
Nebenöffnung h vorgesehen, die auch nach Abschluß beider Ventile f und f' noch Frischdampf
in geringer Menge in den Zylinderraum des Hauptsteuerschiebers d eintreten läßt.
Der Arbeitszylinder a ist mit zwei symmetrisch zur Längsmitte des Zylinders gelegenen
Zapfstellen in und n versehen, die je durch eine Leitung w und w' mit den
über den Steuerkolben lt und la' gelegenen Räumen in den Gehäusen der Differentialkolben
derart verbunden sind, @d,aß das mit jedem Differentialkolben verbundene Absperrventil
f und f' geschlossen wird, sobald bei Überschleifen der zugehörigenZapfstelle.
m und 7z durch den Arbeitskolben b der Zugang des Treibstoffes aus dem jeweiligen
Arbeitsraum des Zylinders a freigegeben wird.
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In der Abb. 5 ist der Arbeitskolben in der Bewegung nach aufwärts
begriffen; er hat die Zapfstelle aa überschliffen und damit den
Abschluß
des Ventils f bewirkt. Hat weiterhin der Arbeitskolben auch die Zapfstelle
fii (Abb. 5) überschliffen und damit auch den Abschluß des Ventils f veranlaßt,
so hat er seine weitere Aufwärtsbewegung fortzusetzen unter Einwirkung des expandierenden
Triebmittels und einer geringen Menge zusätzlichen Frischdampfes, die durch die
Nebenöffnung k in den Arbeitsraum des Zylinders a gelangt. Nähert sich der Arbeitskolben
seiner oberen Endlage, so erfolgt in bekannter Weise das Umsteuern des Hauptschiebers
d, die Zapfstellen in und n erlangen über den unteren Raum des Zylinders a Verbindung
mit dem Auspuff, der auf der oberen Stirnfläche der Steuerkolben h, und h'
lastende Druck wird damit verringert, so daß der Frischdampf die Absperrventile
f und f' öffnen kann und die Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens b
unter Volldruck einsetzt. Nach Überschreiten der Zapfstellen in und ra gelangen
beide A#bsperrventile f und f' in die durch Abb. 6 dargestellte Lage,
und die weitere Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens b vollzieht sich .im wesentlichen
unter dem Druck des expandierenden Treibmittels. Der Arbeitskolben kann in beliebiger
Höhe ausgeführt werden. Der Abstand zwischen den Zapfstellen in und n ist dem erwünschten,
unter Volldruck und unter Expansion des Triebmittels zurückzulegenden Kolbenweg
entsprechend zu bemessen.