DE482C - Hydraulisches Gesperre für atmosphärische Gaskraftmaschinen - Google Patents

Description

1877.

Klasse 46.

GASMOTOREN-FABRIK DEUTZ in DEUTZ. Hydraulisches Gesperre für atmosphärische Gaskraftmaschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 9. September 1877 ab. /οΛ^ J Längste Dauer: 5. December 1890. * (fiONlGL

HOCHSCHULE

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Bei den atmosphärischen Gaskraftmaschinen, sowohl den Maschinen mit einem Kolben (Langen & Otto), als den Maschinen mit zwei Kolben (System Otto, Wenham, Sederström und andere) wird der durch die Explosion in dem Cylinder fortgeschleuderte Kolben entweder durch ein Reibungs-Schalt- oder Sperrwerk (Langen & Otto,' Wenham, Sederström) oder durch ein Luftsperrwerk (Otto's Patent) an den Enden seines Fluges festgehalten. Bei der Einkolbenmaschine (Langen & Otto) ist der Fliegekolben gleichzeitig Arbeitskolben, und seine Kolbenstange überträgt die durch den Kolben bei seinem Rückgang verrichtete Arbeit direct auf die Schwungradaxe, wobei die gradlinige Bewegung der Kolbenstange durch einen Zahnkranz oder schwingende Kurbel mit Schaltwerk in eine rotirende Bewegung verwandelt wird, wogegen bei der Zweikolbenmaschine der Fliegekolben nach vollzogenem Flug seinen Ort nicht verändert, bis der ihm folgende Arbeitskolben die in dem Vacuum des Cylinders angesammelte Kraft gewissermafsen aufgesaugt und mittelst Kurbel und Lenkerstange auf die Schwungradaxe übertragen hat.

Das Schaltwerk bei der Einkolbenmaschine, das Sperrwerk bei der Zweikolbenmaschine ist nun derjenige Mechanismus, welcher der Mechanik die gröfsten Schwierigkeiten bereitet. — Reibungs-Schalt- oder Sperrwerke zu construiren, wie sie in den Gliedern selbst von nur kleinen Kraftmaschinen vorkommen, ist für den Ingenieur eine nicht leicht zu lösende Aufgabe. Dieser Umstand, sowie der Wunsch, atmosphärische Gaskraftmaschinen auch über die bisherige Kraftgrenze von zwei höchstens drei Pferdekraft hinaus zu bauen, war für die Gasmotorenfabrik Deutz die Anregung, ein hydraulisches Schalt- bezw. Sperrwerk zu construiren, welcher Gedankengang gleichzeitig hinleitete zur Construction einer direct wirkenden Gaspumpe.

Die beiliegenden Zeichnungen, Blatt I und II, stellen in Fig. 1—5 verschiedene Gruppirungen des hydraulischen Schalt- bezw. Sperrwerks, sowie dessen Anwendung als Pumpwerk dar. Die verschiedenen Variationen sind dargestellt, weil die Gasmotorenfabrik noch unschlüssig ist, welche Disposition der Maschine sie dauernd wählen, und weil die Neuheit der Construction des hydraulischen Schalt- bezw. Sperrwerks davon nicht berührt wird. Längere Erfahrung und vergleichende Versuche werden für gegebene Verhältnisse und Maschinengröfsen die Wahl lenken. . Die Figuren auf Blatt III, 7, η^Ά und 8^a zeigen zwei verschiedene Modificationen des Schaltbezw. Sperrwerks im Detail.

Die nachfolgende Beschreibung der Zeichnungen auf Blatt I, Π und ΙΠ wird das dem hydraulischen Sperrwerk zu Grunde liegende Princip darstellen.

In der Zeichnung, Fig. 1, ist A der Arbeitskolben, B der Fliegekolben einer Zweikolbenmaschine. Der Kolben A ist durch Pleuelstangen und Kurbel mit der Schwungradaxe verbunden. Der Fliegekolben B hat eine lange Kolbenstange, welche den Zusammenhang mit dem hydraulischen Sperr- und Schaltwerk vermittelt. Auf dieser Kolbenstange ist nämlich ein zweiter, viel kleinerer Kolben C befestigt, der sich dicht schliefsend in dem Cylinder D bewegen kann. Der Cylinder D mit dem, seine beiden Enden mit einander verbindenden Rohre oder Kanal F, ist mit einer Flüssigkeit (Wasser oder OeI) vollständig angefüllt. — Wenn nun in der Stellung, Fig. 1 der Fliegekolben B und mit ihm der Kolben C durch die Explosion des Gasgemenges im Arbeitscylinder voran geschleudert werden, so wird die vor dem Kolben Cbefindliche Flüssigkeit durch den Kanal F und das sich selbsttätig öffnende Ventil E hinter den Kolben gedrückt; dieser bewegt sich also vollständig frei und hat nur die Reibungswiderstände der Flüssigkeit in den Röhren und dem Ventil zu überwinden.

Die Bewegung des Fliegekolbens hört auf, wenn durch die Condensation ein luftverdünnter Raum im Cylinder geschaffen wird. Er kann aber infolge des dann wirksamen Luftdruckes nicht zurückgehen, weil der Kolben C durch seinen Druck auf die Flüssigkeit in dieser Richtung das Ventil E im Rohre F schliefst und die Circulation der Flüssigkeit unmöglich macht.

Es wird daher nun der Arbeitskolben A durch den Luftdruck auf den feststehenden Fliegekolben B zu bewegt, und er überträgt hierbei die Arbeitsleistung, welche er empfängt, auf die Schwungradwelle.

In dem Falle, dafs der Fliegekolben nicht bis an das Ende des Cylinders geschleudert war, wird er durch den Arbeitskolben, der infolge seiner Verbindung mit der Schwungradwelle gezwungen ist, den ganzen Hub zu machen, nebst den zwischen beiden Kolben befindlichen Producten der Explosionsgase voran geschoben. Sobald dabei der Fliegekolben die Ausblase-Oeffhung ο am Ende des Cylinders überschritten hat, entweichen die Gasrückstände, und der Kolben A legt sich an den Kolben B an.

Die Ausblaseöffnung ist mit einem Rückventil versehen. Wenn durch die fortdauernde Wirkung der Trägheit des Schwungrades der Arbeitskolben A wieder zurückgeht, so schliefst sich das Rückventil. Wird dann gleichzeitig die Wirkung der Sperrvorrichtung aufgehoben, so folgt der Kolben B, dem Kolben A, weil sich sonst zwischen diesen beiden Kolben ein luftleerer Raum bilden würde. Um die Sperrvorrichtung aufser Thätigkeit zu setzen, ist aber nur nöthig, das Ventil E zu öffnen und offen zu halten.

Die Art und Weise, wie dies erreicht werden kann, ist aus der Detailzeichnung Fig. 8 ersichtlich. Der vorstehende Theil K der Scheibe auf der Schwungradwelle drückt den Hebel h seitwärts und hebt durch Uebertragung mit Stange f und Winkelhebel g das Ventil E in die Höhe. Dasselbe bleibt so lange offen, bis der vorstehende Theil k der Scheibe den Hebel Λ passirt hat und fallt dann durch sein eigenes Gewicht und den Druck der Feder i auf den Hebel plötzlich zu. In diesem Augenblicke hört auch die Rückbewegung des Fliegekolbens auf, während der Arbeitskolben seinen Hub vollendet.

Die Einrichtung wird so getroffen, dafs der Fliegekolben seine Bewegung beendigt hat, wenn er an der Eintrittsöffnung / für die explosiblen Gase angekommen ist. Beim Weitergehen saugt dann der Kolben A diese Gase in der abgemessenen Menge für die folgende Explosion ein.

Eine Modification der Sperrvorrichtung, bei welcher die Bewegung der Ventile selbstthätig erfolgt, zeigt Fig. 7, 7^a in zwei Stellungen. Der Sperrkolben C ist durchbohrt und mit Ventil b versehen. Wenn der Fliegekolben B durch die Explosion vorwärts geschleudert wird, legt sich der Ring α der Kolbenstange gegen den Sperrkolben und öffnet dabei das Ventil b. Die Flüssigkeit kann dann ebensowohl frei durch den Sperrkolben, als durch das Ventil E treten, so däfs der Flug frei erfolgt.

Am Ende des Fluges hört die Bewegung des Fliegekolbens fast plötzlich auf. Das Ventil b bleibt also fast plötzlich stehen, während der Kolbenkörper des Sperrkolbens, infolge der beim Fluge erlangten grofsen Geschwindigkeit noch fliegt, sich gegen das Ventil b anlegt, und damit den Durchgang durch den Kolben schliefst. Ist das Ventil b einmal geschlossen, so kann kein Rückgang des Sperrkolbens bezw. Fliegekolbens mehr erfolgen, weil derselbe durch einen Druck, welcher dem Druck der Luft auf den Fliegekolben entspricht, immer fester gegen das Ventil angeprefst, und damit das Ausweichen der Flüssigkeit nach allen Seiten hin verändert wird. Der Arbeitskolben A setzt sich nun in Bewegung, und schiebt, am Fliegekolben angekommen, diesen bis an das Ende des Cylinders. Dabei öffnet sich das Ventil b wieder und bleibt durch den Druck der Feder f auch beim Rückgang des Fliegekolbens offen, so dafs dieser Rückgang ungehindert erfolgen kann.

Der Druck der Feder f kann ziemlich stark sein, da derselbe bei der grofsen Fluggeschwindigkeit doch durch das erlangte Moment des Sperrkolbens am Ende des Fluges überwunden wird, die Schliefsung des Ventils b also sicher erfolgt, und damit die Sperrvorrichtung in Wirksamkeit tritt.

Der Rückgang des Fliegekolbens wird hier nicht durch die Sperrvorrichtung begrenzt, wie bei der Einrichtung Fig. 8, sondern durch eine mechanische Vorrichtung irgend welcher Art.

Die Stöfse der Flüssigkeit gegen den Sperrkolben beim Beginn des Fluges können bei den beschriebenen und den nachfolgenden hydraulischen Sp err vorrichtungen durch elastische Zwischenmittel, etwa feste oder mit Luft gefüllte Gummibuffer, auf dem Sperrkolben oder am Ende des Sperrcylinders vermieden werden.

Beide vorbeschriebene hydraulische Sperrvorrichtungen können, in einfacher Weise abgeändert, direct als Pumpe benutzt werden. Wird, wie Fig. 2 zeigt, an die Sperrvorrichtung ein Saugrohr mit Saugventil b und ein Druckrohr mit Verschlufs, wozu im vorliegenden Falle das Ventil d dient, angebracht, so läfst sich durch Regulirung des Hubes der Ventile c und d die Menge der geförderten und durch das Ventil c tretenden Flüssigkeit so bemessen, dafs der Arbeitskolben genügende Kraft behält, um die todten Widerstände zu überwinden. Bei gänzlichem Verschlufs des Ventils d wird die Pumpe wieder zur einfachen hydraulischen Sperrvorrichtung.

Ein drittes, etwas abgeändertes hydraulisches Sperr- bezw. Schaltwerk ist in Fig. 3 in Verbindung mit einer Zweikolbenmaschine dargestellt.

Die Flüssigkeit wird beim Flug des Fliegekolbens durch den Sperrkolben C aus einem Reservoir gesaugt. Ein Rückgang des Fliegekolbens nach vollendetem Fluge kann nicht erfolgen, weil sich dann das Saugventil E schliefst und die Flüssigkeit und damit den Kolben C, der durch den einseitig schwingenden Hebel H mit dem Fliegekolben B fest verbunden ist, an der Rückbewegung verhindert.

Der Arbeitskolben A ist durch den Hebel K und durch eine Pleuelstange mit der Schwungradwelle in fester Verbindung und derselbe functionirt in gleicher Weise, wie bei der Maschine Fig. ι und 2. .

Der Fliegekolben wird bis an das Ende des Cylinders geschoben, die Verbrennungsgase durch die Oeffnung 0 herausgedrückt, und b.eide Kolben gehen gemeinschaftlich zurück, weil gleichzeitig

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durch den Hebel b das Ventil E gehoben, also die Sperrung aufgelöst wird.

Die vorbeschriebene Disposition gewährt den Vorzug, die Abmessungen des Sperrwerks und der Kraftübertragungsmechanismen bei gegebener Gröfse des Arbeitscylinders zu vermindern und ' wird besonders bei . gröfseren Maschinen Anwendung finden. ■

Die durch die Fig: ι bis 3 dargestellten Maschinen zeigten die Anordnung und Benutzung des hydraulischen Schalt- bezw. Sperrwerks bei Zweikolbenmaschinen. Die Anwendung bei Einkolbenmaschinen, und zwar in zwei verschiedenen Arten, ist aus Fig. 4 und 5 ersichtlich.

In Fig. 4 sind A A zwei kleine Cylinder zur Seite des Arbeitscylinders D, in welchem sich die beiden massiven Schalt- bezw. Sperrkolben dicht schliefsend bewegen Die Kolbenstangen der Schalt-bezw. Sperrkolben sind mit der Kolbenstange, des Arbeitskolbens durch den Kreuzkopf fest verbunden.

Die beiden Cylinder A A stehen durch Röhren an ihrem Fufsende mit einem gröfseren Cylinder B in Verbindung. In dem Cylinder B bewegt sich ein massiver Kolben, der durch Pleuelstange und Kurbel mit der Schwungradwelle verbunden ist. Ein Reservoir C communicirt mit den Cylindern A A und B.

Wenn durch die Explosion der Arbeitskolben und mit ihm die Schalt- bezw. Sperrkolben vorwärts geschleudert werden, so folgt.die Flüssigkeit aus. dem Behälter C, durch das daran befindliche Saugventil nach. Beim Rückgang des Arbeitskolbens durch den Luftdruck schliefsen die Sperr- bezw. Schaltkolben das Saugventil am Behälter C. Die Flüssigkeit wird also in den Cylinder B gedrückt, hebt hier den Kolben und überträgt damit die Arbeitsleistung auf die Kurbel und Schwungradwelle. Wenn der Arbeitskolben nicht so hoch geflogen war, dafs die Füllung der Cylinder A ausreichte, um den Kolben im Cylinder B den ganzen Hub machen zu lassen, so bewirkt das Schwungrad die Vollendung dieses Hubes, aufserdem aber auch den Rückgang, wenn gleichzeitig dabei das Saugventil am Behälter C geöffnet und offen gehalten wird. Dieses Oeffhen kann in gleicher oder ähnlicher Weise geschehen, wie bei den anderen Maschinen beschrieben. -

Das Ventil mufs wieder geschlossen werden, ehe der Kolben im Cylinder B ganz unten angekommen ist. Es werden dann, weil der Kolben infolge der Schwungradwirkung seinen Hub vollendet, die Sperr- bezw. Schaltkolben in A A und damit der Arbeitskolben gehoben, und letzterer saugt dabei die explosiblen Gase für die folgende Entzündung an. — Bei Anordnung der Fig. 5 wird die in dem hydraulischen Schaltwerk befindliche Flüssigkeit in eine Kapselrad-Pumpe getrieben und diese dadurch in rotirende Bewegung gebracht. Beim Fluge des Arbeitskolbens Offnet sich das Ventil α selbstthätig. Die Flüssigkeit, die vor dem Sperrkolben verdrängt wird, tritt frei hinter diesen Kolben und überträgt beim Rückgange des Kolbens den auf dem Arbeitskolben ruhenden, atmosphärischen Druck auf die Axen der Kapselräder, deren eine das Schwungrad trägt.

Um die Maschine als Pumpe zu benutzen, ist oberhalb des Ventils α an den Verbindungskanal ein Saugrohr mit Saugventil, und in gleicher Weise an das Rohr b oberhalb der Käpselradpumpe ein Druckrohr anzuschliefsen. Ferner mufs das Rohr b oberhalb letzteren Anschlusses noch mit einem Absperrhahn oder Ventil versehen sein. Die Vorrichtung wirkt dann in ähnlicher Weise wie die in Fig. 2 beschriebene Einrichtung.

Die Maschinen mit der beschriebenen hydraulischen Sperr- bezw. Schaltvorrichtung können ebensowohl doppelt- als einfachwirkend, horizontal als vertical oder geneigt liegend, oder auch als Rotationsmaschinen ausgeführt werden, ohne dafs das der Sperrvorichtung zu Grunde liegende Princip dadurch berührt wird.

Claims (2)

Pate nt-An Sprüche:

1. Die Anwendung von Flüssigkeiten zum Arretiren, sowie zum Ein- und Ausschalten der durch Gasexplosion bewegten Kolben atmosphärischer Gaskraftmaschinen, bezw. der mit diesem Kolben verbundenen Kraft- und Bewegungsmechanismen.

2. Die direct wirkende, atmosphärische Gasflüssigkeitspumpe der beschriebenen Constructionen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.