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Steuerung für schwungradlose Kolbenkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft
eine Steuerung für schwungradlose K olbenkraftmaschinen mit einem einteiligen, durch
das Treibmittel bewegten, als Differentialkolben . ausgebildeten Steuerschieber.
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Die Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende
Umsteuerbewegungen des Steuerschiebers derart miteinander in Verbindung gebracht
sind, daß - während sich die Um steuerbewegung ;nach der einen Richtung hin vollzieht
- gleichzeitig mit dem Einlaß frischen Treibmittels in den Arbeitszylinder so'ches
an eine Druckfläche des Steuerschiebers gelangt, die so gelegen ist, daß der auf
sie ausgeübte Druck frischen Treibmittels der ersten Steuerbewegung zwar entgegenwirkt,
sia jedoch wegen der Bemessung der unter Druck befindlichen Steuerflächen nicht
aufzuhalten vermag und für die fo'ge:ide, in entgegengesetzter Richtung sich vollziehende
Umsteuerbewegung als treibende Kraft wirkt.
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Die Umsteuerbewegung des Steuerschiebers wird in bekannter Weise durch
den Arbeitsko:be:a einge'.ei:et, indem dieses Hochdrucktreibmittel, das bereits
der Bewegung des Arbeitskolbens dienstbar war, auf eine Druckiläche des Steuerschieber;
leitet. Der auf diese Fläche ausgeübte Druck in Verbindung mit dein bei der vorhergegangenen
Umsteuerbewegung bereits .erzeugten, gleichgerichteten, zusätzlichen Druck reicht
aus, um die bei Beginn der Umsteuerbewegung sich geltend machenden Widerstandskräfte
zu überwinden.
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Nach überschreiten seiner Mittellage öffnet der Steuerschieber dem
für die Bewegung des Arbeitskolbens bereits nutzbar gewesenen Treibmittel einen
Ausweg ins Freie und ersetzt dieses verbrauchte Treibmittel, soweit es bis dahin
den Steuerschieber bei seiner Gmsteuerbewegung getrieben hat, in dem 2 aße
durch frisches Hochdrucktreibmittel, daß das letztere - bei Entleerung aller übrigen
Hohlräume des Schiebergehäuses durch deren Verbindung mit d--r Auspufföffnung -die
ausreichende Triebkraft für die Weiterbewegung des Steuerschiebers liefert. Im `-erlauf
dieser Weiterbewegung öffnet der Steuerschieber dem frischen Hochdrucktreibmittel
den Zugang zum Arbeitszylinder und läßt - wie bereits oben erwähnt - frisches Treibmittel
an eine Druckfläche des Steuerschiebers gelangen, die den auf sie ausgeübten Druck
infolge ihrer Lage der sich augenblicklich vollziehenden Umsteuerbew-egung zwar
entgegenwirken läßt, diese jedoch nicht aufzuhalten vermag. Die verbleibende treibende
Kraft bringt den Steuerschieber in seine Endlage und hält ihn in dieser fest, während
der Arbeitskalben seine rückläufige Bewegung vollzieht.
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Auf der Zeichnung ist die Steuerung nach der Erfindung veranschaulicht.
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In Abb. i steht der Steuerschieber in der rechten Endlage, in Abb.
a in -der linken Endlage, in Abb. 3 in der Mittellage.
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Das Steuergehäus-- 'hat einen mittleren weiten Teil und verengte Ansätze,
von denen der mit F bezeichnete dem frischen Treibmittel als Eintritt in das Schiebergehäuse
dient. Derandere Ansatz des Schieäergehäu_es ist geschlossen. Der Steuerschieber
ist hohl und an dem gleichzn Ende wie das Schiebergehäuse geschloss-n, am anderen
Ende ist er für den Eintritt des Treibmittels offen. Im mittleren Teil bildet er
zwei Kolben, deren zylindrische Wandungen mit Durchbrechungen versehen sind, durch
welche hindurch. die «13eaufschlagung des Arbeitszylinders mit Druckmittel erfolgt.
Die einander zugekehrten Innenflächen der beiden Kolben steuern den Austritt des
verbrauchten Treibmittels aus dem Arbeitszylinder ins Freie. Der geschlossene Endansatz
des Steuerschiebers ist als Kolben ausgebüdet, der offene, röhrenförmige, als Druckmitteleintritt
dienende Steuerschieberansatz besitzt einen ebenfalls dicht im Steuergehäuse geführten,
kolbenförmigen Teil.
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Auf der Zeichnung ist die Innenfläche des geschlossenen Ansatzes .des
Steuerschiebers mit a, die ringförmige, diesem Ende zugekehrte Außenfläche des benachbarten,
kolbenförmigen Mittelteils mit b, die nach der anderen Seite lein gelegene, ringförmige
Außenfläche des zweiten, kolbenförmigen Mittelteils mit c, 'die Außenfläche oder
die Stirnfläche des kolbenförmigen Körpers, der auf dem als Treibmitteleintritt
dienenden, röhrenförmigen Ende des Steuerschiebers sitzt, mit d und die geschlossen
gedachte Endfläche des Einströmansatzes des Steuersqhiebers mit e bezeicjmet.
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Die Abmessungen der angeführten Flächen sind - wenn der volle Querschnitt
des als Treibmitteleintritt dienenden Steuerschieberendansatzes n Flächeneinheiten
umfaßt - die folgenden:
Die Ringfläche d = n, die Ringfläche c 2
n, .die Ringfläche b = 3 n, die Endfläche des geschlossenen Endansatzes des Steuerschiebers
a wiederum =n. Die Endfläche e des Steuerschiebers steht während des Betriebes der
Maschine ständig unter dem Druck frischen Treibmittels.
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Bei der in Abb. i gezeigten Stellung ist der Arbeitskolben auf der
durch den Pfeil angedeuteten Bewegung von links nach rechts begriffen. Der Steuerschieber
steht in der rechten Endlage. Das Treibmittel tritt am rechten Ende des hohlen Steuerschiebers
in diesen .ein und wird durch die in der zylindrischen 'Wandung des linken kolbenförmigen
Schiebermittelteils befindlichen Öffnungen dem Arbeitszylinder über den Einströmkanal
i zugeleitet. Es wirken von rechts nach links auf den Steuerschieber außer -dem
auf die rechte Endfläche e ausgeübten Treibinitteldruck der sich der rechtsseitigen
Kreisringfläche d durch den Einströmkanal i und den daran anschließenden Steuerkanal
6 und 6a mitteilende Treibmitteldruck. Von links nach rechts wirkt der der linksseitigen
Ringfläche b der anderen Schieberhälfte durch den Steuerkanal 7 zufließende Druck
frischen Treibmittels. Die rechtsseitige Ringfläche c ist durch den Steuerkanal
.1 mit der Ausputtseite des Arbeitszylinders und somit über die Kanäle 2 und i o
mit der Auspufföffnung A verbunden. Auch die linksseitige Endflächea steht unter
Auspuffdruck über den Steuerkanal 5 und die vorerwähnten Kanäle 2 und io. Die den
Steuerschieber in der rechten Endlage haltende Kraft ist gleich dem Druck frischen
Treibmittels auf eine Fläche b - (d +,9), das ist unter Berücksichtigung der vorerwähnten
Flächenabmessungen eine Fläche von der Größe 3 n - (n + n) = n. Ist der Arbeitskolben
an seinem rechten Hubende angelangt, so überschleift @er den Steuerkanal .i, so
daß das Hochdrucktreibmittel, das bereits Arbeit geleistet hat, durch diesen Kanal
auf die. rechtsseitige Kreisringfläche c= 2n wirksam wird. Damit wird für die Umsteuerbewegung
des Steuerschiebers nach links eine Kraft wirksam gleich dem Druck frischen Treibmittels
auf eine Fläche = e + d + c - b
=n-Ln@-2n-3n=n, und diese Kraft bleibt
erhalten, bis der Steuerschieber in die in Abb. 3 abgebildete Mittellage gelangt.
Beim Überschreiten dieser eröffnet er dem links vom Arbeitskolben befindlichen Treibmittel
den Weg über die Kanäle i, ic, 9 und i o zur Ausströmöffnung A und ermöglicht nach
dem Verschließen des Steuerkanals 7 .dem die Ringfläche b belastenden Treibmittel
das Entweichen über die Kanäle 3, i, ic und 9 zur Ausstrflmöffnung A. Auch der auf
der rechtsseitigen kleineren Ringfläche d lastende Druck kann über die Kanäle 6,
6a, i, 9 und io durch die Ausla:f3-öffnung A entweichen. Die linke Endfläche
tt bleibt zunächst unter Auspuffdruck, die rechtsseitige Ringfläche c bleibt unter
Treibmittelhochdruck, weil dieser nach Absperrung des Steuerkanals .l durch den
Kanal 8 Zutritt zu dieser Fläche findet. Für die Weiterbewegung des Steuerschiebers
nach Überschreiten der Mittellage steht also eine Kraft zur Verfügung, die gleich
ist dem Druck frischen Treibmittels auf eine Fläche =e+c = n -(- 2 n = 3 n. Diese
Triebkraft bleibt erhalten, bis der Kanal 2 für den Durchgang frischen Treibmittels
freigegeben wird. Dieses strömt dann durch den Kanal 5 zur linken Endfläche a des
Steuerschiebers, so daß sich die für dessen Bewegung in seine linke Endlage wirksame
Kraft ermäßigt auf den Druck frischen Treibmittels auf eine Fläche = e + c - a -
n + 2 n - n = 2 n. Diese Kraft hält den Steuerschieber in der linken, in Abb. 2
dargestellten Endlage fest, während der Arbeitskolben unter dem Einfluß des -durch
den Kanal 2 dem Arbeitszylinder zufließenden Treibmittels seine Bewegung nach links
ausführt. Überschl.eift .der Arbeitskolben bei Annäherung an seine linke Endlage
den Steuerkanal 3, so gelangt Hochdrucktreibmittel auf die linksseitige Ringfläche
b des Steuerschiebers, und dieser tritt seine Umsteuerbew egung nach rechts an unter
dem Treibmittel.hochdruck = b + a - (c+e) =3n+n-(2n+n)=n. Mit
.dem überschreiten der :Mittellage wird der Kanal 2 freigelegt, und das rechts vom
Arbeitskolben im Arbeitszylinder befindliche Treibmittel entweicht .durch die Kanäle
2, 2c und i o zur Ausströmöffnung A. Damit entweicht auch der auf 'der linken Endfläche
a lastende Druck durch die Kanäle 5 und 2, und der auf der rechtsseitigen Ringfläche
c lastende Druck entweicht .durch den Steuerkanal l und die Kanäle 2 und
2c, während der auf die linksseitige Ringfläche b ausgeübte Treibmittelhochdruck
dadurch erhalten bleibt, daß dieser Fläche durch -den Steuerkaxial 7 frisches Treibmittel
zugeführt wird, sobald die Durchbrechunge n in .der zylindrischen Wand des linken
kolbenförmigen Mittelteils des Steuerschiebers über die Mündung des Kanals 7 hinweggleiten.
Die rechtsseitige Ringfläched steht zunächst noch unter Auspuffdruck. Der Steuerschieber
setzt also seine Bewegung nach rechts fort unter dem Einflu,ß des Treibmittelhoch-drucks
auf eine Fläche b - le = 3 n - n = 2n. Diese Triebkraft bleibt erhalten, bis der
Kanal i für den Durchtritt frischen Treibmittels freigelegt ist. Sobald dies geschehen.
ist, wird die rechtsseitige Ringfläche d mit
frischem Treibmitteldruck
beaufschlagt, der aus .dem Kanal i durch den Kanal 6 dorthin gelangt, und der Steuerschieber
geht in seine rechtsseitige Endlage durch den Tre ibmittelhochdruck auf die verringerte
Fläche b--(e-,'-dj=3n-(n+n)=n und wird mit dieser Kraft in dieser Lagegehalten.
Der Arbeitskolben tritt seinen Weg nach rechts an, und die Vorgänge wiederholen
sich.
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Für das Anlassen der Maschine ist es gleichgültig, welche Stellung
der Arbeitskolben und der jeweils einnehmen. Steht letzterer in der Mittellage,
und sind nach einer Betriebspause die Räume des Steuergehäuses druckfrei, so erfolgt
beim Einströmen frischen Treibmittels in den Steuerschieber ohne weiteres dessen
Verschiebung nach links. Steht der Steuerschieber beim Anlassen der Maschine .etwas
links von der Mittellage, so gelangt außer auf die rechte Endflächee noch Treibmittelhochdruck
auf die rechtsseitige Ringfläche c durch den Steuerkanal 8, so daß der Steuerschieber
durch den auf die Flächen e und c = n -a- 2 n = 3 n wirkenden Treibmitteldruck in
die linke Endlage verschoben wird, und der Arbeitskolben bewegt sich unter dem Druck
des dem Arbeitszylinder durch Kanal 2 bzw. 2e- zufließenden frischen Treibmittels
aus jeder Anfangsstellung in die linke Endstellung.
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Steht der Stewerschfeber beim Anlassen der 1Iaschine ,etwas rechts
von seiner Mittelstellung, so daß das einströmende Treibmittel durch den Steuerkanal
7 zur linksseitigen Ringfläche b gelangt, so leitet der auf diese Fläche wirkende
Treibmittel'h ochdruck die Bewegung des Steuerschiebers nach rechts ein, wobei der
auf die rechte Endfläche e wirkende Treibmitteldruck dieser Bewegung entgegenwirkt;
es steht also anfänglich für die Rechtsbewegung des Steuerschiebers eine Kraft zur
Verfügung gleich dem Treibmitteldruck auf der Fläche = b -e= 3n: - n = 2n. Sobald
der Steuerschieber den Einströmkanal i freigelegt hat, gelangt das Treibmittel.
durch den an diesen Kanal i anschließenden Steuerkanal 6 zur rechtsseitigen Ringfläche
d, so daß nunmehr insgesamt eine Fläche - b -- (e + d) = 3 n - (n
-f- n) = n unter Treibmittelhochdruck steht: mit dem dieser Fläche entsprechenden
Druck wird der Steuerschieber in die rechte Endlage getrieben und in dieser gehalten,
und der Arbeitskolben wird aus seiner jeweiligen Stellung in die rechte Endlage
getrieben. Der ordnungsmäßige Betrieb der Maschine ist damit eingeleitet. Durch
die in den Abbildungen punktiert angedeuteten engen Zweigkanäle ic und 2C der Ein-
und Ausströmkanäle i und 2 wird eine Drasselung des abströmenden verbrauchten Treibmittels
und damit eine Verzögerung der Kolbenbewegung bei Annäherung des Arbeitskolbens
an seine Endlagen erzielt. Entsprechende Drosselkanäle sind an den Enden des Steuergehäuses
vorgesehen und mit 5a und 6a bezeichnet. Durch. sie wird der Austritt des Treibmittels
bei Annäherung des Steuerschiebers an seine Endlage verzögert und damit das heftige
Aufschlagen des Schiebers an den Hubbegrenzungen verhindert.