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Druckausgleichvorrichtung für einfach wirkende Kolbenmaschinen. Es
ist bereits bekannt, bei Verbundkompressoren mit Dampfantrieb den einfach wirkenden
Hochdruckkompressorzylinder senkrecht zu der den Dampf- und den N iederdruckkompressorkolben
verbindenden Kolbenstange anzuordnen und mit ihr durch einen Ellipsenlenker so zu
verbinden, daß eine Übertragung gleicher oder entgegengesetzt gerichteter Drucke
auf die beiden Lufthochdruckkolben möglich ist.
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Durch vorliegende Erfindung sollen die Nachteile, die sich bei einfach
wirkenden Kolbenkraftmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, die in bekannter
Weise eine paarweise Anordnung von Lenkerteilen zu beiden Seiten der Kolbenstange
des Arbeitskolbens aufweisen, um gleiche und entgegengesetzt gerichtete Drucke auf
senkrecht hierzu arbeitende Hilfskolben zu übertragen, durch die hohen Kompressionsdrücke
ergeben, gemildert oder aufgehoben werden. Dazu sind gemäß der Erfindung vier unabhängige
Kniegelenkteile mit ihren Enden in Lagern der zusammenarbeitenden Kolben
und
Hilfskolben so bewegbär angeordnet, daß sie in beiden Bewegungsrichtungen der Kolben
gleiche und entgegengesetzt gerichtete Drücke übertragen und beim Arbeitshube ihre
Winkelstellungen so ändern, daß sie eine Verminderung des Gegendruckes ermöglichen,
und zwar allmählich, um die dem Arbeitsdruck ausgesetzten Maschinenteile, wie Kolbenstange,
Pleuelstange, Kurbel, zu schonen. Hierbei kann noch die Abänderung getroffen sein,
daß der Arbeitskolben nur mittelbar durch eine Flüssigkeit auf die Vorrichtung einwirkt,
wobei die Flüssigkeit sich zwischen zwei entgegengesetzt zueinander bewegbaren,
gleichachsigen Kolben befindet, deren äußere Enden durch die Kniegelenkteile mit
den senkrecht hierzu arbeitenden Gegenkolben verbunden sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es veranschaulicht:
Abb. i einen senkrechten Schnitt durch einen Teil eines Dieselmotors, bei welchem
die Erfindung Anwendung gefunden hat, Abb. 2 die Teile in einer anderen Stellung,
Abb. 3 ein Diagramm der im Arbeitszylinder wie im Kniehebelgelenk auftretenden Drücke,
Abb.4 eine perspektivische -Darstellung der Kolben und Kniehebel und Abb. 5 eine
Bauart, bei der eine Flüssigkeitsübertragung zur Verwendung kommt. In der Zeichnung
ist i der Arbeitszylinder und 2 der in ihm arbeitende Kolben. Das die Antriebskraft
erzeugende Arbeitsspiel findet ausschließlich oberhalb des Kolbens 2 statt, und
bei demselben werden sehr hohe Gasdrucke erzeugt, wenn sich der Kolben im oberen
Teile seines Arbeitshubes befindet. Die Drucke oberhalb des Kolbens 2 werden gemäß
der Erfindung dadurch teilweise ausgeglichen, daß an der Unterseite des Kolbens
eine Kraft angreift, die durch das Ende eines @#iergliedrigen Kniegelenkes ausgeübt
wird, an dessen Gelenken gleiche und entgegengesetzte Kräfte wirken, die rechtwinklig
zu der abgeleiteten Kraft angreifen. Das Ende jedes Kniehebels bewegt sich derartig,
daß die Winkelstellung der Gelenke zur Richtung der aufgewendeten Kraft zunimmt,
während der Kolben sich aufwärts bewegt.
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Bei der in den Abb. i und 2 dargestellten Bauart "virkt auf die Kolben
3 in den Zylindern 4 Luftdruck. Die Kolben 3 bewegen sich in den Zylindern 4 in
der Richtung A, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Hauptkolbens :2 steht.
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Die vier Kniehebelgelenke 5 sitzen mit ihren Kniegelenken 6 an den
Kolben 3. Das obere Ende 7 des Kniehebels ist unmittelbar an der Unterseite des
Arbeitskolbens :2 gelagert. Das untere Ende 8 des Kniehebels ruht auf dem ortsfesten
Sitze g. Um den Gelenken 6 zu ermöglichen, die nötige senkrechte Bewegung mit der
halben Hublänge des Kolbens 2 auszuführen, können die Zylinder q. frei senkrecht
in festen Führungen io gleiten, und die Druckluft wird ihnen vom Druckluftbehälter
i i durch die beweglichen Rohre 12 zugeführt. Die Enden der Kniehebel sind so breit,
daß die erforderliche Lagerfläche vorhanden ist, die dem zu ühertragenden Druck
- zu widerstehen vermag. Wenn der Arbeitskolben :2 aus der Stellung in Abl>. i heruntergeht
in die Stellung nach Abb. 2, so werden die Kolben 3 nach auswärts getrieben, entgegen
dem Luftdruck in den Zylindern q.. Wenn der Arbeitskolben nach oben geht, wird sein
Aufstieg durch die Kolben 3 unterstützt.
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Der durch ein in der beschriebenen Weise angeordnetes Kniehebelgelenk
ausgeübte resultierende Druck verändert sich analog zum Gasdruck.
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Das Diagramm in Abb. 3, in welchem die Ordinaten Drücke und die Abszissen
die Bewegung des Kolbens 2 darstellen, zeigt, daß ein hoher Druck b, o durch das
Kniegelenk auf den Kolben 2 ausgeübt wird, wenn dieser sich am oberen Ende seiner
Bahn befindet, während ein niedriger Druck e, g auf den Kolben 2 wirkt, wenn dieser
sich am unteren Ende seines Hubes befindet. Die in den Kniegelenken wirkenden Drücke
werden durch die Linie b, c, d, e dargestellt. Da diese Linie eine Kurve
ist, ähnlich der Kurven h, i, k der Gasexpansion und der Kurve
1, m, a der Gaskompression, so ist es klar, daß durch eine geeignete
Anordnung des Kniegelenkes die Werte des Kniehebeldruckes so geregelt werden können,
daß die Linie b, c, d, e in l@ezug auf die Kurven h.- i, k und
1; 112, a eine solche Lage wie die dargestellte einnimmt,bei der der größte
Unterschied zwischen dem Gasdruck über dem Kolben 2 und dem Kniegelenkdruck unter
dem Kolben 2, die in dem Diagramm durch den abwärts gerichteten Druck h, c und den
aufwärts gerichteten Druck na, d dargestellt sind, ein Minimum wird, wobei
dieser Unterschied die unausgeglichene Kraft darstellt, welche noch durch die Kolbenstange
13, die Pleuelstange 14, die Kurbel 15 und die Zylindersäule 16 übertragen
werden muß.
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Bei der Anordnung des viergliedrigen Kniehebelgelenkes gemäß der Beschreibung
tritt seitlicher Schub bei der Übertragung des Ausgleichsdruckes auf den Kolben
2 nicht auf.
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Bei der in Abb.5 dargestellten Bauart wird der Kniehebeldruck durch
flüssige Mittel auf den Kolben 2 übertragen. Ein Gehäuse 1.7 ist an das untere,
offene Ende des
Zylinders i angeschlossen und enthält Öl oder eine
andere geeignete Flüssigkeit 18. Die Zylinder i9 und iga, in welchem sich die gegenüberstehenden
Kolben 2o und 20a bewegen, stehen mit dem Innern des Gehäuses i; in Verbindung.
Die Kolben 2o und 20a sind durch ihre Kolbenstangen 21 und Zia mit den entgegengesetzten
Enden 8 und 7 des Kniehebelgelenkes verbunden. Da beide Enden des Gelenkes in dieser
Weise sich um denselben Betrag bewegen, sind die Zylinder 4. in diesem Falle ortsfest.
Es können Vorkehrungen getroffen werden, um das Spiel des Gelenkdruckes zu ändern
und sich Änderungen des Druckspiels über dem Kolben 2 anzupassen. Bei einem gegebenen
Huhe des Arl:eitskolbens 2 kann eine Änderung des Gelenkdruckspiels auf zwei Arten
herbeigeführt werden. Zum Beispiel kann gemäß Abb. i eine Einstellung erfolgen,
indem man den Sitz g senkrecht verstellbar macht vermittels senkrechter Führungsstifte
22 und eines Stützkeiles 23, der durch eine Spindel 24 und eine Handraclmutter 25
einstellbar ist; indem man den Sitz 9 anhebt, wird die mittlere Winkelstellung der
Kniegelenkglieder verändert. Eine Erniedrigung des Sitzes g hat die entgegengesetzte
Wirkung.
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In der Flüssigkeitsübertragungseinrichtung nach Abb.5 ist zu demselben
Zweck ein Flüssigkeit enthaltender Behälter 26 vorgesehen. welcher vermittels Luftdrucks
in seinem oberen Teil auf einem Druck zwischen den Grenzdrücken, denen die Flüssigkeit
ausgesetzt ist, gehalten wird. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 17 und dem Behälter
26 ist l7ei normalem Betriebe durch einen Zweiweg hahn 27 geschlossen, der gedreht
«-erden kann, um die Verbindung herzustellen über eines der Rückschlagventile 28
oder 29, die sich in entgegengesetzter Richtung öffnen.
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Wenn die Verbindung mittels des Rückschlagventils 28 hergestellt wird,
das sich aus dein Behälter nach auswärts öffnet, so wird das Ergebnis erzielt, daß
jedesmal. wenn der Druck der Flüssigkeit 18 auf einen niedrigen Druck heruntergeht,
etwas Flüssigkeit aus dem Behälter 26 in das Gehäuse 17 gelangt. Dies verursacht
eine Verschiebung der MitteIstellung der Kolben 20 und 20a nach außen und eine Veränderung
der mittleren Winkelstellung der Gelenkglieder mit demselben Ergebnis wie in dem
Beispiel nach Abb. i. Anderseits geht, wenn man den Hahn 27 dreht, um das Ventil
i9 zur Wirkung zu bringen, Flüssigkeit aus dem Behälter 17 in den Behälter 26 bei
jedem Spitzendruck der Flüssigkeit 18, was die mittlere Winkelstellung des Kniegelenkes
im entgegengesetzten Sinne verändert. Die zweite Weise, in welcher das Spiel des
Kniegelenkdruckes verändert werden kann, ist die, daß der Druck der Flüssigkeit
in dem Behälter i i verändert wird, wodurch der senkrechte Maßstab der Linie b,
c-, d, e verändert wird, um einer anhaltenden Änderung des mittleren Druckes
über dem Kolben :z zu entsprechen. Das geschieht, indem man entweder mehr Luft durch
den Zweiweghahn 3o einströmen läßt von einer Druckquelle 31 oder indem man Luft
aus dem Behälter i i durch den Hahn 30 ins Freie entweichen läßt. Ein Manometer
32 zeigt den Druck in dem Behälter an.
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Wenn die Kraftmaschine im Viertakt arl:eitet, so sind Vorkehrungen
getroffen, um zu verhindern, daß der Kniehebeldruck während des Spül- und Saughubes
zur Wirkung kommt. Bei der veranschaulichten Bauart wird dies durch ein Steuerventil
33 für den Zylinder 4 erzielt. Dieses Ventil 33 setzt gewöhnlich die Zylinder
4 in Verbindung mit dem Druckluftbehälter i i. Ein Nocken 34, der von der Maschinenwelle
35 angetrieben wird, verschiebt während des Spül- und Saughubes des Motors das Ventil
33, so daß die Zylinder 4 mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt werden.