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Druckluftmotor für Schüttelrutschen u. dgl. Die Erfindung betrifft
Druckluftmotoren für Schüttelrutschen und ähnliche Vorrichtungen. Bei solchen Motoren
-erfolgte- dieHauptarbeit der Druckluft bei dem dem langsamen Förderhub entgegengesetzten
schnellen Rückhub der Rutsche. Es sind aber auch Motoren für Schüttelrutschen bekannt,
bei denen während des Rückhubes auf der einen Kolbenseite Druckluft, auf der anderen
Kolbenseite Atmosphärendruck wirkt und bei denen während des Förderhubes die Druckluft
auf der einen Kolbenseite weiterwirkt und die andere Kolbenseite mit Vollfüllung
mit gedrosselter Druckluft beaufschlagt wird.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Arbeitsleistung der Treibluft an dem
Treibkolben lediglich während des Förderhubes, wobei von dem mit dem Treibkolben
vereinigten Pufferkolben das Luftpolster für den Rückhub gespannt wird. Der Vorteil
des neuen Motors besteht darin, daß man mit Hilfsmitteln von geringer Raumbeanspruchung
das Gleichgewicht der Schüttelrutsche bei wechselnder Belastung fortgesetzt sichern
kann.
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Auf den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Abb. i ist ein Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten
Motor. Abb.2 ist ein Querschnitt durch den Motor nach der gebrochenen Linie 3-3-3-3
in Abb.i. Abb.3 und 4 sind zwei Längsschnitte durch den Motor bei verschiedenen
Kolbenstellungen. Abb. 5 ist ein schematischer Schnitt der Gesamtanordnung und zeigt
die verschiedenen in dem System wirksamen Kräfte. Abb. 6 ist ein Längsschnitt durch
einen Teil des Motorzylinders bei einer anderen Betriebsstellung des Kolbens. Abb.7
ist ein axialer Längsschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Motors. Abb.
8 ist hierzu ein Längsschnitt durch die Steuerung der Druckluft auf den Motorkolben
in vergrößertem MaG-stabe. Abb.9 ist eine Einzelheit der Steuerung in einer besonderen
Stellung.
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Der in Abb. i und 2 dargestellte Motor besitzt einen Treibzylinder
io und einen Pufferzylinder i i, der einen größeren Durchmesser hat als der Treibzylinder.
Zwei Kolben 12 und 13 gleiten in den beiden Zylindern und sind miteinander durch
die Kolbenstange i ? verbunden. Diese Stange ist ihrerseits bei 15 an der Koppelstange
der Rutsche angelenkt. Der Kolben 13 trägt eine Gegenstange 16, die in einem Schleppschieber
17 gleitet und zu dessen Mitnahme zwei Anschlagbunde 18 und i 9 hat.
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Der Schleppschieber 17 steuert eine enge Öffnung 20 des Pufferzylinders
i i, die in eine Leitung 24. mündet, welche beispielsweise auf q. Atm. verdichtete
Druckluft enthält. Diese Leitung ist mit einem Luftzuführungshahn 21 und einem Rückschlagventil
22
versehen. Eine in die Außenluft mündende Öffnung 25 ist außerdem in dem Pufferzylinder
i i angeordnet.
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Der Treibzylinder io besitzt einen Drucklufteinlaß 28, der von einem
Zweig 241 der Leitung 24 ausgeht, und einen Auslaß 29 von großem Querschnitt, der
frei in die Außenluft mündet. Ein Hahn 38 dient zum Absperren der Zweigleitung 24i.
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Eine Buchse 30 kann in dem Treibzylinder io gleiten; sie besitzt
eine Öffnung 31, die mit der einen oder der anderen Öffnung 28 oder 29 zur Deckung
kommen kann. Federn 341 und 342 sind in Ausnehmungen 351, 352
der Buchse 3o
angeordnet und können entweder in das Innere der Buchse 30 zurück-@veichen
oder in Ausnehmungen 361, 362 des Zylinders io treten. Abb. i und 2 zeigen
die Feder 341, während sie in die Buchse 3o hineinragt, wogegen die Feder 342 in
die Ausnehmung 362 des Zylinders io versenkt ist.
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Der Motor wirkt in folgender Weise. In der Totpunktlage am Ende eines
Rückhubes der Rutsche nehmen der Pufferkolben 13 und der Schleppschieber
17 die in Abb. 3 angegebenen Stellungen ein. Der Schieber 17 läßt die enge Öffnung
2o für den Einlaß der Druckluft frei. Die Druckluft der Leitung 24 strömt durch
die Öffnung 2o hindurch, in welcher sie gedrosselt wird. Die Kammer 4o füllt sich
so mit Luft an, deren Druck allmählich. wächst, bis der von, dieser Luftmasse auf
die Fläche 131 des Kolbens 13
ausgeübte Druck der Summe der Kräfte, die von,
der Komponente des Gewichts der Rinne und_ der darin befindlichen Kohl=e in Richtung
der Neigung der Rinne und von dem durch die Außenluft auf die Fläche 132 dieses
Kolbens ausgeübten Druck herrühren, das Gleichgewicht hält (Abb,5).
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Sobald der von der Luftmasse in der Kammez 40 ausgeübte Druck das
übergewicht erhält, verschiebt sich der Kolben 13 in Richtung des Pfeiles 41 (Abb.3),
wobei er den Treibkolben 12 und die Rinne i mitnimmt. An dem Ende dieser
Bewegung kommt die Gegenstange 16 mit ihrem Bund i9 zum Anschlag an den Schieber
17 und nimmt ihn in Richtung des Pfeiles 41 mit, so daß die Öffnung 2o für
den Einlaß der Druckluft geschlossen wird. Von jetzt an befindet sich in der Kammer
4o eine Luftmasse zwischen der Fläche 131 des Pufferkolbens und dem Boden
des Zylinders i i_ vollkommen dicht eingeschlossen; sie bildet so ein elastisches
Kissen, welches die pneumatische Stützung der Rinne sichert.
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Um die vQllkommen im Gleichgewicht befindliche Gesamtheit der beweglichen
Teile (Motor und Rutsche) in der Förderrichtung zu bewegen, genügt eine sehr geringe
Arbeit. Diese Arbeit hat der einfachwirkende Treibkolben 12 zu leisten, auf dessen
Fläche die Druckluft bei voll geöffnetem Einlaß.einwirkt. Die Förderbewegung vollzieht
sich in folgender Weise. Wenn man annimmt, daß die Rinne zunächst einen Rückhub
bis zur Totpunktlage ausgeführt hat, und daß die verschiedenen Teile des Motors
die in Abb.4 gezeigten Stellungen einnehmen, so kommt die Öffnung 3 i der Buchse
30 mit der öffnung 28 des Treibzylinders io zur Deckung. Die Buchse wird
durch die Feder 341 in ihrer Stellung festgehalten, die in der Ausnehmung
361 des Zylinders i o sich befindet. Der Hahn 38 ist offen, so daß die Druckluft
aus der Leitung 241 durch die Öffnungen 28 und 31
strömt und den Treibkolben
12 in der Förderrichtung (Pfeil 45) bewegt.
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Die ganze Vorrichtung ist alsdann folgenden Kräften unterworfen (Abb.
5): Der Komponente PH des Gewichts P der Rutsche i in Richtung der Neigung;
der treibenden Kraft F", des Motors, die auf den Treibkolben i2 wirkt; dem DruckPA,
der von der Außenluft herrührt und im wesentlichen während des ganzen Hubes im Sinne
der Förderrichtung des Gutes auf den Kolben 13 einwirkt, also die beiden
Kolben 1,2, 13 im Sinne des Pfeiles 45 zu verschieben sucht. Andererseits übt die
in der Kammer 40 unter dem Kolben 13 eingeschlossene Luftmasse auf diesen
Kolben einen Druck aus, welcher seiner Verschiebung in Richtung des Pfeiles 45 entgegenwirkt.
Da aber die Summe der drei ersten Kräfte größer ist, so verschieben sich die Kolben
in Richtung des Pfeiles 45 und verdichten die in der Kammer 4o befindliche Luftmasse.
Da nun diese Verdichtung praktisch sehr rasch erfolgt und die Berührungsfläche zwischen
der Wandung des Pufferzylinders. ii und der eingeschlossenen Luft gering ist, so
erfolgt die Verdichtung dieser Luftmasse fast adiabatisch. Der Drucklufteinlaß 31
inn der Zylinderbuchse 3o bleibt offen, bis der Kolben 12 die Stellung 121 (Abb.4)
einnimmt und auf die Feder 342 trifft. Die Buchse 30 verschiebt sich daher
mit dem Kolben 12 in; Richtung des Pfeiles 45. Infolgedessen deckt sich die öffnung
31 nicht mehr mit der Öffnung 28, der Eimaß der Druckluft wird unterbrochen, und
die Öffnung 31 kommt zur Deckung mit der Öffnung 29, wodurch der Auslaß, der treibenden
Luft aus dem Arbeitszylinder veranlaßt wird (Abb.6). Gleichzeitig tritt die Feder
342 in die Ausnehmung 362 des Zylinders io ein und hält die Buchse 30 in
der Äuslaßstellung- fest.
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In diesem Augenblick entspannt sich die in der Kammer 40 eingeschlossene
Luftmasse, die während der Abwärtsbewegung,
d. h. des Förderhubes
der Rutsche, verdichtet wurde und so eine gewisse Energie aufgespeichert hatte;
sie treibt plötzlich die Kolben 12 und 13 entgegengesetzt zur Richtung des
Pfeiles 45 zurück, so daß die Rutsche i den schnellen Rückhub, ausführt.
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Am Ende des Rückhubes trifft der Kolben 12 auf die Feder 341, wie
dies in Abb. i dargestellt ist, und führt die Buchse 30 in ihre entgegengesetzte
(linke) Endstellung zurück (Abb. 4), bei welcher die Öffnungen 31 und 28 zur Deckung
kommen und von neuem den Zulaß von Druckluft in den Treibzylinder io sichern. Das
Spiel der Bewegungen erfolgt nun von neuem.
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Die Rutsche führt auf diese Weise Schwingungen aus, bei welchen der
Förderhub (abwärts) ziemlich langsam erfolgt, während die Entspannung der in der
Kammer 40 eingeschlossenen Luftmasse sehr schnell vor sich geht und einen raschen
Rückhub (aufwärts') veranlaßt, da die treibende Luft sehr rasch durch die große
Öffnung 29 entweicht. Die Rutschenbewegungen sind also für die regelrechte Vorwärtsbewegung
des Gutes geeignet.
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Man kann die auf den Treibkolben 12 ausgeübten Treibkräfte und infolgedessen
die Eigenschaften der Schwingungen der Rutsche entsprechend ihrer Länge und ihrer
Belastung nach Belieben regeln, indem man den Hahn 38 mehr oder weniger öffnet.
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Wenn ein überschuß, an Druckluft in der Kammer 4o eingeschlossen ist,
so gibt der entgegengesetzt zur Richtung des Pfeilres 45 (Abb.4 und 5) sich bewegende
Kolben 13 die Öffnung 25 frei, so daß der überschuß an Luft in die Außenluft entweicht.
Wenn dagegen die Ladung der Rutsche für die in der Kammer 40 eingeschlossene Luftmasse
zu groß ist, so wird beim Fördern der Abwärtshub des Kolbens 13 in Richtung des
Pfeiles 45 größer. Der Schieber 17 wird durch den Kolben 13 weiter
(nach rechts) mitgenommen und gibt die Öffnung 2o frei (Abb.3). Er läßt mithin einen
Zuschuß an Druckluft eintreten, der aus der Leitung 24 herkommt.
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Wenn die Ladung der Rutsche gar so groß ist, daß der Druck der in
der Kammer 4o eingeschlossenen Luftmasse am Ende des Förderhubes höher ist als der
Druck in der Leitung 24, so wird jede Rückkehr von Luft in diese Leitung 24 durch
das Rückschlagventil 22 verhindert, bis infolge der erneuten Verschiebung des Kolbens
13 entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 45 der Druck der in der Kammer 4o befindlichen
Luftmasse geringer wird als der Druck in der Leitung 24, und der Einlaß einer Zusatzluftmenge
ermöglicht wird. Diese Zusatzluftmengen gleichen die unvermeidlichen Undichtigkeitsverluste
aus, die an dem Umfang des Kolbells 13 auftreten. Man erreicht also eine selbsttätige
Regelung des Druckes der in der Kammer 40 'befindlichen Luftmasse je nach dem Eigengewicht
der Rutsche und ihrer Ladung.
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Die in dem Raum 40 eingeschlossene Luftmenge, welche dem Gewicht der
Rinne das Gleichgewicht hält und ständig von der Druckluftleitung 24 und der Außenluft
bei dem gewöhnlichen Betrieb des Motors abgeschlossen ist, erleidet theoretisch
keinen Verlust. Jeder Hinundherbewegung der Rutsche entspricht nur der Verbrauch
der Füllung des Treibzylinders i o, die für den langsamen Förderhub der Rutsche
nötig ist.
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Der in Abb. i bis 6 dargestellte Motor hat im wesentlichen gleichbleibenden
Hub. Es ist aber zweckmäßig, einen Motor zu schaffen, dessen Hub nach Belieben geregelt
werden kann. Es ist nämlich von Vorteil, daß derselbe Motor für Rutschen von sehr
verschiedener Neigung verwendet werden kann. Eine Rutsche mit starker Neigung erfordert
rasche Stöße und geringe Ausschläge, d. h. einen Motor von geringem Hub, während
eine Rutsche von geringer Neigung vorteilhaft mit langsamen Stößen und großen Ausschlägen
arbeitet, d. h. einen Motor mit großem Hub erfordert.
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Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf Druckluftmotoren,
bei denen eine selbsttätige Änderung des Motorhubes möglich ist. Ein Ausführungsbeispiel
eines solchen Motors ist in Abb. 7 bis 9 dargestellt. Zwischen dem Treibkolben 12
und dem Pufferkolben 13 ist ein Hilfszylinder 51 angeordnet, in dem ein entlasteter
Steuerkolben 5o verschiebbar ist. Die Stange 52 dieses Steuerkolbens endigt außen
in einem Bügel 53, in welchem ein Keil 54 mit zwei Schrägflächen 541, 542 angeordnet
ist. Eine bei 56 an dem Hilfszylinder 51 befestigte Blattfeder. 55 greift mit ihrem
freien Ende in eine Ausnehmung 57 des Keiles 54 ein. Der Keil 54 kann mit einem
Anschlag 64 zum Eingriff kommen, der in dem Treibzylinder io befestigt ist.
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Der Steuerkolben 5o steuert zwei Leitungen 6o, 61, von denen die eine,
6o, in der Kammer 4o der eingeschlossenen Luftmasse, die andere, 61, in dem freien
Raum zwischen den beiden Kolben 12, 13 mündet, wo der Druck der Außenluft herrscht.
Eine Leitung 66 mündet in dem Raum 67 zwischen den beiden Innenflächen des Kolbenschiebers
5o; das andere Ende dieser Leitung steht mittels eines biegsamen Rohres 68 mit einem
Hauptsteuerzylinder 70 in Verbindung, der den Einlaß der Druckluft in den
Treibzylinder io regelt. Der Steuerzylinder 7o enthält zwei fest miteinander verbundene
Kolben 7o1 uxxd
7o2, die von einer Feder 71 belastet werden.
Der Kolben 702 steuert einen Kanal 72 für den Einlaß 'der Druckluft,
einen Kanal ; 3 für den Auslaß, und einen Kanal 74, der in den Treibzylinder i o
mündet. Der Kolben 701- schließt das mit der Leitung 68 verbundene Zylinderende
78 ab.
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Die Vorrichtung nach Abb.7 bis 9 wirkt in folgender Weise. In der
Totpunktlage nach beendetem Rückhub der Rutsche nimmt der Steuerkolben 5o die in
Abb. 8 dargestellte Lage ein. Der Druck der in dem Raum 40 eingeschlossenen Luftmasse
wirkt durch die Leitung 6o, die Kammer 67 und die Leitung 66, 68 auf die obere Fläche
des Kolbens 7o1 ein. Dieser Kolben verschiebt sich also in Richtung des Pfeiles
75 in dem Zylinder 70, wobei der mit ihm verbundene Kolben 7o2 die Feder 71 zusammendrückt
und die Kanäle 72, 74 miteinander in Verbindung setzt. Dadurch wird Druckluft aus
der Leitung 241 auf den Treibkolben 12 geleitet, dieser in Richtung des Pfeiles
7 6 verschoben und so der Rutsche -ein Förderhub erteilt.
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Die in dem Raum 40 eingeschlossene Luftmasse wird adiabatisch verdichtet,
und ihr Druck nimmt schließlich einen solchen Wert an, daß, er die Abwärtsbewegung
der beiden Kolben 12, 13 und der Rinne i unterbricht. In diesem Augenblick verschiebt
sich der Steuerkolben 5o infolge seiner Trägheit in seinem Zylinder 51 in Richtung
des Pfeiles 77 (Abb.8). Er schließt hierbei die Leitung 6o ab und öffnet die Leitung
61. Diese Bewegung wird durch den Keil 54 nicht behindert, der durch die Blattfeder
5 5 niedergehalten wird, die ständig diesen Keil nach unten drückt (Abb.9). Der
Raum 67 in dem Doppelkolben 5o, die Leitung 66, 68 und die obere Kammer 78 des Zylinders
70 werden also mit der Außenluft in Verbindung gesetzt. Die Spannung der
Feder 71 wird daher groß genug, die Kolben 701, 7o2 entgegengesetzt zur Richtung
des Pfeiles 75 zu verschieben und die Kanäle 74 und 73 miteinander in Verbindung
zu setzen. Aus dem Treibzylinder io kann daher das Druckmittel entweichen. Die in
dem Raum 4o eingeschlossene und verdichtete Luftmenge entspannt sich plötzlich und
treibt entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 76 (F;jrderrichtung) die beiden
Kolben 12, 13 und die Rinne i in ihre Endstellung am Rückhube.
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Der Kolbenschieber 5o und sein Keil 54 nehmen an dieser Bewegung entgegengesetzt
zur Richtung des Pfeiles 76 teil. Am Ende des Hubes trifft der Keil 54 mit seiner
geneigten Fläche 542 auf den festen Anschlag 64 (Abb.9). Dieser Keil gleitet also
senkrecht gemäß der Richtung des Pfeiles 79 in dem Bügel 53 aufwärts und bewegt
den Steuerkolben 5o entgegengesetzt zur Sichtung des Pfeiles 77. Der Steuerkolben
lehrt also selbsttätig in die in Abb.8 dargestellte Lage zurück und sichert von
neuem die Wirkung des Druckes der in dem Raum 4o eingeschlossenen Luftmenge auf
den Kolben 701. Es erfolgt von neuem ein Einlassen von Druckluft in den Treibzylinder
io, und das Spiel der oben beschriebenen Bewegungen beginnt von neuem.
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Man sieht, daß, der Drucklufteinlaß zu dem Treibzylinder i o von der
Rückwirkung der in dem Raum 4o eingeschlossenen Luftmenge abhängt, welche einen
Luftpuffer bildet: Infolgedessen ändert sich die Länge des- Motorhubes mit der Belastung.
Für eine gegebene Rutschenlänge wird der Hub kürzer sein (io oder 12 cm), wenn die
Rutschenneigung steigt; der Hub wird dagegen größer sein (bis zu 2o und 25 cm),
wenn die Neigung der Rutsche gering ist. Die Rutsche kann also von selbst kurze
und rasche SchwinZun.-gen für starke Neigungen, lange und langsame Schwingungen
für schwache Neigungen annehmen.