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Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Hilfsmaschinen von einer
Brennkraftmaschine aus Es ist bereits bekannt, zum Ingangsetzen von großen Brennkraftmaschinen
eine kleinere Brennkraftmaschine als Anlaßmaschine in der Weise zu benutzen, daß
während der Kompressionsperiode ein Teil des Gasgemisches der Anlaßmaschine in den
Arheitsraum der Hauptmaschine so lange gedrückt wird, bis deren Arbeitsraum in entsprechend
hoher Verdichtung mit Gemisch angefüllt ist und dieses,durch Zündung die Hauptmaschine
in Gang zu setzeii vermag.
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Davon unterscheidet sich das neue Verfahren grundsätzlich dadurch,
daß von einer Brennkraftmaschine als Hauptniaschine aus eine oder mehrere Hilfsmaschinen
in der-Weise angetrieben werden, daß im Verlaufe der Kompressionsperiode der Hauptmaschine
vor Erreichung des höchsten Druckes mittels selbsttätiger Abzapfventile ein regelbarer
Teil des Gasgen-iisches entnommen und den Arbeitsräumen der Hilfsmaschinen zugeführt
wird, in denen es Arbeit verrichtet.
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Die auf diese Weise ang etriebenen Hilfsmaschinen sind in der Lage,
ohne Schwungrad und Kurbelgetriebe unmittelbar auf eine belie.bige druckerzeugende
Einrichtung zu arbeiten, indem gleichachsig zu dem Zylinder der Hilfsmaschine ein
Arbeitszylinder angeordnet wird. Dieser Arbeitszyänder kann beispielsweise zur Förderung
von Flüssigkeiten oder zum Verdichten von Luft oder Gas Anwendung finden.
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Die Erfindung bezieht sich noch auf die zur Durchführung des Verfahrens
erforderlicUen Einrichtungen, die in einem entsprechend ausgebildeten Abzapfventil
und der entsprechend ausgebildeten Hilfsmaschine sowie der zur Regelung und Steuerung
dienenden Teile hestehen.
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Als Ausführungsbeispiel ist eine Hilfsmaschine angenommen, die zugleich
als Luftkompressor ausgebildet ist, urn beispielsweise bei motorisch betriebenen
Fahrzeugen Druckluft oder Druckflüssigkeit zu liefern.
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In Abb. i ist das Entnahmeventil im Schnitt dargestellt. Dieses Ventil
ist mittels des Stut. zens i dicht in den Motorzylinder eingeseitzt, so daß seine
Bohrung mit dem Arheitsraum des Motorzylinders unmittelbar in Verbindung steht.
Mit dem Stutzen i ist ein Fußstück 2 dicht verschraubt, das einen Sitz für einen
Ventilkörper 3 bildet und in einen Rohranschluß mit Rückschlagventil 4 mündet,
durch den die Druckentnahine stattfinden kann. Auf das Fußstück 2 ist mit konischem
Sitz mittels einer überwurfmutter 6 ein Konusstück S dicht aufgepreßt.
Auf dem Konus-Stück 5 ist dichtend ein Anischlußstück 7 mit der Mutter
8 aufgesetzt. In dern oberen, zylindrisch ausgebohrten Teil des Konusstühkes
5 ist mit konischem Sitz ein Führungsstüük io eingesetzt, das durch eine
Überwurfmutter 9 gehalten wird. Das Fühiungsstück io ist mit einem Innengewinde
versehen, in welchem sich eine Federrast 14 führt, die von einer Kappe i i aus mittels
eines Mitnehmers 13 mit Vierkantstift 12 verstellt werden
kann
und dadurch die Spannung einer Spiralfeder 15 regelt, die auf einen in dem
unteren Teil des Konusstückes 5 verschiebbar gelagerten Regulierkolben 16
wirkt. Zwischen Feder 15 und Kolben 16 ist ein in einer Bohrung des
Konusstückes sich dicht führender Federteller 17 angeordnet, der gleichzeitig
den Durchtritt der (durch. eine Bohrung 18 mit anschließender Verbindungsleitung
zugeführten Druckluft aus einem Windkessel nach dem Übrigen Innenraum des Entnahmeventils
verhindert.
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Im oberen Teil des zylindrisch ausgebohrten Fußstückes -- ist
ein Kolben 19 gelagert, der auf dem Schaft des Ventils3 mittels einer Mutt-er2o
hefestigt ist, und der dazu dient, das Venti13 in dem gegebenen Augenblick zu schließen.
Dieser Schließkolben steht unter dem Einfluß einer Spiralfeder 21, die ihr Gegenlager
an dein vorerwähnten Regulierkolben 16 hat und die den Schließkolben ig in die tiefste
Stellung zu drücken sucht, wodurch das Venti13 geöffnet ist. Der hohle kolbenstangenartige
Schaft 22 des Regulierkolbens 16 führt sich hierbei in dem hohlen Ventilschäft und
dient daher gleich als steuernder Rohrschieber. Er besorgt das Öffnen und Schließen
der Bohrungen 23 und 24, von denen bei offenstehendem Ventildie Bohrungen23
den Innenraum des Rohrschiebers mit dem Entnahmeraum und die Bohrungen24 mit dem
Räume zwischen den beiden Kolben 16 und ig in Verbindung setzen. Durch die Bohrung
2 5 im Stuitzen i ist die Verbindung nach dem Innenraum des Motorzylindexs
hergestellt. Die Bohrungenz6 in dem Fußstück2 führen zu dem Entnahmeanschluß4. Die
BOJInMg27 im Fußstück2 läßt den Druck im Motorzylinder auch auf die untere Fläche
des SchUeßkolbens ig zur Wirkung kommen. Die BohrUng 28 verbindet
den Raum über dem Regulierkolben 16 mit der Außenluft.
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Die Entiahmeleitul#g 4 des Entnahmeventils führt unter Zwischenschaltung
eines selbsttätigen EinlaßventilS29 zu dem Arbeitsräum 3 o einer Hilfsmaschine,
die in Abb. 2 und 3 näher dargestellt ist. Diese Hilfsmaschine besteht in
vorliegendem Fall aus einem Arbeitszylinder 3 1 und einem Pumpenzylinder
3 2, die gleichachsi,- in einem ZwischenstÜck 33 eingesetzt sind,
das gleich als Befestigungsflansch der Hilfsmaschine ausgebildet sein kann. Der
Arheitskolben 34 und der Pumpenkolben 35 sind durcli eine hohle Kolbenstange
36 verbunden, die das ZwischenstÜck 33 durchsetzt. Es können jedoch
beide Kolben auch zu. einem Diffetentialkolben vereinigt sein. Der Arheitszylinder
34 steht unter der Gegenkraft einer Feder 37, die ihn nach oben drückt. In
vorliegendem Fall ist der Pump.enzylinde-T 32 als ein Luftkompressor gedacht.
Zu diesem Zweck ist er mit einem Ansaugventil38 und einem Au-slaßventil39 bekannter
Bauart, nötigenfalls auch noch mit einem Regulierventil oder Sicherheftsventil ausgerüstet.
Der Raum 40 hinter dem Kolben 3 4 steht durch öffnungen 4 1 mit dem Innenra-um
42 der hohlen Kolbenstange 3 6 in Verbindung. Weitere Öffnungen 43 in der
Kolhenstange 3 6 verbinden deren Außenraum 42 mit dem Raum 44 hinter dem
Pumpenkolben 35, weinn beim Niedergang der Kolbenstange ,diese Öffnungen
durch (die Führung 45 im Zwischenstück 33 freig#l#egt werden. E.s hat dann
auch mittlerweile der Pumpenkolben35 eine Öffnung 46 in dem Pumpenzylinder
32
fneigegeben und dadurch den Raum 44 mit der Außenluft in Verbindung gebracht.
Die Öffnungen 44 43 und 45 sind so verteilt, daß sie kurz vor den Endstellungen
der Kolhen die in der Bewegungsrichtung vor diesen Kolben liegenden Räume abschließen
und dadurch bremsende Luftkissen erzeugen.
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Die Schmierung für den Arbeitskolben 34 ist als Eintauchschmierung
gedacht, indem in den ringfärmigen Napf 47 durch eine nicht gezeigte ölleitung
01 eingefüllt wird. Hierbei kann die ölhaltige Luft des Raumes 4o durch.
die hohle Kolbenstange auch in den Raum 44 « gelangen und dzdurch die Arheitsflä.che
des Pumpenkolbens schmieren.
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Die Abgase werden aus dem Arbeitszylinder 3o durch einen Stutzen 5o
unter Regelung des Austritts durch ein nahezu entlastetes Schiebervenfil
5 1 abgeleitet. Zweckmäßig ist dieses hohl und für Luftkühlung eingerichbet.
Der Schaft §2 dieses Ventils trägt einen Kolben 53, der in einer zylindrischen
Bohrung des Gehäuses läuft:. D#r Raum 54 über dem Kolben 53 steht durch eine
Rohrleitung 5 5 (S - Abb - 3) mit dem Raum 44 hinter dem Pumpenkolben35
in Verbindung. Das Schieberventil 5 1 wird durch eine Belastungsfeder
56 geschlossen gehalten.- Das öffnen - des Auslaßventils
5, erfolgt dadurch, daß vor dem Hubende des Kolbens 34 die infolge überdeckung
der öffnungen 41 abgeschlossene komprimierte Luft durch die Öffnung
57
auf das Ventil 58 einwirkt, dieses anheb t und nun durch eine-
Bollrung 59 und einen Kanal 6o in den Raum 6 1 'vor dem Kolben
53
treten kann und diesen anhebt. Das Ventil 58 stellt unter dem Einfluß
einer Schließ. Hder 62, Üeren Spannung durch die verdrehbare Kappe
63 und einer damit -in Eingriff stehenden Stellmutter 64 verändert werden
kann.
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Befindet sich der angezapfte Motorzylinzler in seinem Kompressionshube,
so. drückt er, vom AtmosphÄrehdruck begimend, bis zu einem einstellbaren Höchstdruck
durch das-
Entnahmeventil eine kleine Alenge, explosiblen Gases
über das Rückschlagventil 4 und die Verbindungsleitung nach dem Arbeitsrautri 3o
der Hilfsmaschine, und zwar jedesmal so -viel, wie zur Aufladung eines Teiles des
Hubvolumens des Arbeitszylinders 3 1 erforderlich ist. Diese Gasmenge ist
so klein, daß durch ihre Entnahme der Arbeitsvorgang in dem angezapften Motorzylinder
kaum merklich beeinflußt wird. Die Verbindungsleitung bleibt mit ihrem kleinen Inhalt
aufgeladen.
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Im Entnahmeventil findet dabei folgender Vorgang statt: Der Druck
vom Motorzylinder wirkt durch die Bohrungen 25, 26, 27 von unten auf den
Schließkolben ig. Gleichzeitig wird explosibles Gas über das Rückschlagventil 4
und die Verbindungsleitung nachdem Arbeitsraum 3o der Hilfsmaschine gepreßt.
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Da die offenen Bohrungen 23 und 24 des Rohrschiebers 22 den
gleichen Druck auch auf die obexe Fläche des Schließkolbeds ig einwirken lassen,
so bleibt dieser vorerst in Ruhe. Der Druck im Motorzylinder wirkt hierbei gleichzeitig
auf die untere Fläche des Regulierkolbens 16, während (dieser von oben her unter
dem Einfluß der von außen einstellbaren Feder 15 und dem im Windkessel der Pumpenleitung
heiischenden Druck, der durch die Bohrung 18 auf den kolhenartigen Federteller 17
einwirkt, steht. überschreitet der Druck im Motorzylinder ein bestimmtes Maß, so
wird der Regulierkolben 16 und mit ihm der Rohrsthieber 2 2 gehoben, wodurch
sich die Bohrung 23 schließt. Der noch höher steig-ende Druck im Motorzylinder
kann nur noch auf die Unterseite des ScU#ßkolben& ig wirk-en, drückt diesen
entgegen der Kraft der Feder 2 1 nach oben und schließt dadurch das Ventil
3. Damit ist dex Innenraum des Entnahmeventils vom Motorzylinder abgesperrt.
Es bleibt auch je
nach der vorherigen Einstellung von einer bestimmten Druckhöhe
an während des Teiles der Kompressionsp:eriode mit höherem Druck und während der
Expansionsperiocle verschlossen und demzufolge vor Einwirkungen von Hitze und Schmutz
verscliont. Bei Unterschreitung eines bestimmt-en Druckes, z. B. während der Auspuffperiode
oder Ansaugperiode im Motorzylinder, ist das Ventil 3
von außen entlastet.
Die Feder 2 1 drückt dann den Schließkolben ig nach unten und öffhet damit das Ventil
3. Gleichzeitig drückt auch die Feder ig den Regulierkolhen 16 in seine tiefste
Stellung zurück. Das Entnahmeventil ist dann wieder in der zuerst beschriebenen
Stellung befähigt, bei der nächsten Kompressionsperiode im Motorzylinder wieder
explosibles Gas abzuleiten.
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Das durch das Entnahmeventil dem Motorzylinder mit gering-er Vorspannung
während der Kompressionsperiode entnonmiene explosible Gas gelangt durch eine Verbindungsleitung
nach dem ' Arbeitsraum 30 der Hilfsmaschine. Durch einen Druck öffnet
es das selbsttätige Einlaßventil 29 und füllt den Raum30 über dem Kolben34 aus.
Es
scMeht diesen noch so weit nach unten, bis Gleichgewicht zwischen dem Druck
auf die wirksame Fläche des Kolbens34 und der Gegenkraft der Feder37 zuzüglich des
vom Pumpenkolben35 herrührenden Gegendruckes ist. Kurz vorher hat sich das selbsttätige
Einlaßventi129 geschlossen. Es wird also das in dem Arbeitsraum der Hilfsmaschine
eingeschlossene Gasgetniscli, imwesentliclien den Bedingungen ausgesetzt wie in
dem zugehGrigen Motorzylinder. Demzufolge wird auch die Zündung im Motorzylinder
und in. dem Zylinderder Hilfsmaschine zu gleicher Zeit bewirkt. Durch den in dem
Verbrennungsraum 3o der Hilfsmaschine erzeugten hohen Druck werden die beiden Kolben
34 und 35 unter Zusammenpressung der Feder 36 nach unten gedrückt,
wobei die unterhalb des Kolbens 34 befindliche Luft durch die Bohrungen 41, die
hohle Kolbenstange 3 6 und die Bohrungen 43 in -den Raum 44 über dem
Kolben 3 5 gelangen kann. Da die Luft leicht ölhaltig ist, dient sie zur
Schmierung des Pumpenzylinders 32. Nach überdeckung der Bohrungen 4 1 durch
die Führun. 9 4 5 ist die Luft hinter dem Kolben 34 abgeschlossen.
Beim weiteren Vorgehen des Kolbens wird (das eingeschlossene Luftkissen verdichtet
und die Bewegung des Kolbens gegen das Hubende hin abgebremst. überschreitet die
Spannung des Luftkissens den mittels Kappe 63 und Feder 62 veränderlich
einstellbaren Druck des Ventils 58, so äffnet dieses und läßt die Luftpressung
durch die Bohrung 57 und das durch Anschlag des Schließkolbens
53 offengehaltene Ventil 6g auf den Schließkolben 53
einwirken.
Dieser wird dadurch. gehoben und ,öffhet damit das nahezu entlastete Doppelsitzauslaßventil
51, wodurch der Arbeitskol. ben 34 vom Druck entlastet wird. Nach kurzem Hub wird
das Ventil 65 durch den Schließkolben53 frei gegeben und schließt den Kana16o
ab, Der Kolben34 gelangt dadurch zur Ruhe. In seiner unteren Totlage taucht er in
das in dem ringforrnigen 01-napf 49 befindliche Schmier-öl und schmiert beim Hochgang
seinen Zylinder31. Während des Niedergangs der beiden Kolben 34 und 35 wird
durch, letzteren die in seinem Zylinder 32 befindliche Luft zusammengepreßt
und - durch das Auslaßventü 39 und Anschlußleitung in einen Vorratsraum
bzw. Windkessel gepreßt.
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Den Rückgang des oben entlasteten Kolbens
34 bewixkt:
die Feder37.* Gleichzeitig saugt der hoc4gehende Pumpenkolb en 3 5 über das
Ansa-ugventil38 das Fördermirtel (Luft, Gas oder Flüssigkeit) an. Währenddes Hochgehens
des KolbeAs 35 steht zunächst der Raum 44 durch die Bohrlm,9 46 mit -der
Außenluft in. Verbindung. Sobald diese Bohrung46 durch den Kolben 35 und die Bohrungell
43 in der Kolbenstange durch die Führung 45 überdeckt sind, wird ein bremsendes
Luftkissen erzeugt. Der Druck desselben wirkt durch die Verbindungsleitung
55
auf die ohere» Fläche des Schließkolbens 53,
drückt ihn nach unten
uidd schließt damit wieder das Auslaßveatil 5 1. Infolgedessen ist der Raum
über dem Arbeitskolben.34 im Arbeitszylinder 3 1 nach außen abgeschlossen,
und es wird bierin ein weiteres bremsendes Luftkissen erzeugt, wodurch die beiden
Kolben g4 und 35 sanft zum Stillstand kommen. Wahrend der nächsten Kompressionsperioide
im Motorzylinder wiederholt sich in -der Hilfsmaschine der beschriebene Arbeitsvorgang.
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Durch Einstellung der Ventilfeder 62 Mittels der --Kappe
63 wird der Zeitpunkt der Eröffnung des Auslaßventils 5 1 eingestellt
und damit der Weg der Kolben 34 und 3 5 sowie deren untere Totlage bestimmt.
Beim Aufwärtsgang dient die Wirkung der Luftkissen zur sicheren Bremsung der Kolben,
um einen Anschlag, selbst bei verschiedenen Drücken, aüszusc#hNeßen. Druck und Menge
des zu fördernden Mediums werden durch entsprechende'Ahmessungen der Kolben und,
Zylinder bestimmt.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen, er11ält die Hilfsmaschine
bei jedem _ Kompr essionshub der Hauptmaschine eine Ladung, die, zur Ziiiidung
gebracht, in ,er Hilfsmaschine Arbeit verrichtet. Is ist daher bei mehrzylindrigen
'Hauptmaschuien ohne weiteres möglich, dieselbe Hilfsmaschine auch noch von einem
zweiten der I Zylinder der Hauptmaschine aus zu laden, 'so daß die Hilfsmaschine
bei jedem Vollhub Arbeitsimpulse erfährt -und daher gleichmäßig arbeitet.
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I Auch ist es"mÖglich, an ein und dieg#lb#e mehrzylindrige-Hauptmaschine
mehrere Hilfsmaschinen anzuschließen, . Die Hilfsmaschinen ihrerseits können
beliebige Einrichtungen antreiben. Hierbei bauen sich diese Hilfsmaschinen. äußerst
einfach und klein, daSie ohne'Schwungraid und .ohne # jedes. Kurbelgetriebe
arbeiten können.