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Einfachwirkender, durch Preßluft oder anderes Preßgas betriebener
lnotor mit selbsttätiger Regelung von Einströmung, Expansion und Hub Es sind bereits
einfachwirkende Preßluftmotoren bekannt, deren Steuerung mechanisch (z. B. mittels
Daumen, Hebel o. dgl.), halbmechanisch oder pneumatisch erfolgt. Ferner ist es bekannt,
die Auspufföffnungen in ein und derselben Kreislinie der Zylinderwandung bzw. in
der der Einströmung gegenüberliegenden Zylinderwand in Längsrichtung hintereinander
anzuordnen. Schließlich sind Preßluftmotoren bekannt, welche mehrere wahlweise verschließbare
Auspufföffnungen besitzen. Diese Preßluftmotoren weisen den Nachteil auf, daß es
nicht möglich ist, zur Regelung des Kolbenhubes einen plötzlichen Auspuff der Preßluft
an den jeweils gewünschten Stellen der Zylinderwandung zu erzielen. Außerdem erfordern
die bekanntenPreßluftmotoren eine besondere pneumatische oder mechanische Vorrichtung,
um nach erfolgtem Auspuff das Einströmventil zu öffnen.
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Durch die vorliegende Erfindung werden diese- Nachteile vermieden.
Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Preßluftmotor mehrere jeweils
auf ein und derselben Kreislinie des Zylindermantels liegende Gruppen von Auspufföffnungen
aufweist und zur Regelung des Kolbenhubes alle Auspufföffnungen innerhalb der einzelnen
Gruppen gleichzeitig geöffnet bzw. gleichzeitig geschlossen werden. Ferner wird
erfindungsgemäß das Ausströmventil durch die beim Auspuff eintretende Druckentlastung
- geöffnet, beim Kolbenrückgang nach Überdeckung der Ausströmöffnung durch die hierauf
im Zylinderkopf eintretende Kompression wieder geschlossen und durch die Kompression
gleichzeitig das Einströmveritil selbsttätig geöffnet.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.
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Abb. z ist ein durch die Zylinderachse und die senkrechten Achsen
der Steuerorgane gelegter Längsschnitt des Motors. Die Steuerorgane sind im geöffneten
Zustande während der Einströmung dargestellt.
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Abb. 2 zeigt einen Querschnitt der Maschine längs der Linie A-B in
Abb. x und veranschaulicht die Vorrichtung zum Regeln des Kolbenhubes.
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Der Zylinder x steht an der Kurbelseite durch den Kanal 2 mit der
Steuervorrichtung 3 für. die Einströmung in Verbindung.. Diese Steuervorrichtung
3 besteht aus einem senkrechten zylindrischen Hohlraum, der auf verschiedene Durchmesser
gebohrt ist und in welchem sich ein Kolbenschieber bewegt, der mit den verschiedenen
Durchmessern der Ausbohrung entsprechend bemessenen Kolbenflächen 4, 5, . 6 und-
7 ausgestattet ist.
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Am oberen und unteren Ende steht der Hohlraum der Steuervorrichtung
3 durch die
Bohrungen 8 und g mit der Außenluft in Verbindung. Diese
Boh_rtwgen besitzen geeigneten Durchmesser und sind an solcher Stelle angeordnet,
daß ein Luftpolste-V zur Dämpfung der Bewegung an den Hubenden des Schiebers entstehen
kann.
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Die Preßluft strömt bei =o -in die Steuervorrichtung 3 ein.
Der Austrittskanal aus dem vorderen Zylinderende weist eine Nebenöffnung auf, die
den von der Schieberfläche 6 begrenzten Raum der Steuervorrichtung mit dem Kanal
2 verbindet.
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Die Fläche 4 ist etwas größer als die Fläche 5, und die Fläche 6 ist
noch um so viel größer, als der Unterschied der beiden anderen beträgt. Die Fläche
7 ist um den Überschuß größer, um welchen die Fläche 6 den Unterschied der Flächen
¢ und 5 übertrifft. Wenn keine Preßluft mehr bei =o einströmt, stellt sich der Schieber
durch sein Eigengewicht auf die die Einströmung freigebende Stellung ein.
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Der Zylinder i weist längs einer Mantellinie Öffnungen 12, =3 und
14 auf, welche ihn durch den Kanal 15 mit der Fläche 7 des Einströmschiebers verbinden.
Diese Öffnungen können von einem zylindrischen, mit Kolben =2a, 13d und r4a versehenen
Schieber 16 zwecks Beendigung der Einströmung versperrt werden. Der Schieber steht
bei 17 unter Wirkung der Preßluft, welche durch den Kanal 18 eintritt. Ani anderen
Ende =g steht der Schieber einerseits unter der Wirkung einer Feder 2o und anderseits
unter dem Gegendruck der- Preßluft, welche in den Zylinder gelangt ist, mit welchem
der Schieberraum durch den Kanal 21 in Verbindung steht. Die von der Preßluft bei
-17 und =g beeinflußten Flächen und die Federkraft sind so berechnet, daß, i. wenn.
die Preßluft den Höchstdruck besitzt und die Schüttelrinnen normal belastet sind,
der Schieber 16 sich in der Weise nach links verschiebt, daß der Kolben 14a die
Öffnung 14 wieder bedeckt und der Kolben 13a die Öffnung 13 freigibt, 2. wenn die
Preßluft ihren Mindestdruck erreicht und die Rinnen am höchsten belastet sind, die
Öffnungen i2 und 13 durch die entsprechenden Kolben verschlossen sind und die Öffnung
14 offen ist. Wenn sich die Belastung der Rinnen so weit vermindert, daß der Motor
durchgeht, erzeugt die bereits im Einströmkanal beginnende Ausdehnung der Preßluft
eine gewisse Entspannung in dem Zylinder. Die auf die Fläche =g wirkende Kraft wird
alsdann geringer und der die Einströmung beendigende Schieber bewegt sich nach links,
bis die Zusammenpressung der Feder 2o aufs neue das Gleichgewicht herstellt. - in
diesem Augenblick wird die Einströmöffnung, welche bis dahin offen war, geschlossen,
und die vorangehende Öffnung öffnet sich. Die Einströmung ist ,also verringert und
infolgedessen auch die Kolbenkraft.
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Die Steuerung für die Ausströmung 22 weist einen senkrecht angeordneten
Kolbenschieber 23 auf, dessen Zylinder an seinem unteren Ende durch den Kanal 24
mit dem vorderen Ende des Maschinenzylinders verbunden ist, während das obere Ende
durch die Öffnung 25 mit der Außenluft verbunden ist. Wenn der Zylinder i ausläßt,
fällt der Schieber 23 unter seinem Eigengewicht zurück und gibt die Öffnung 26 des
Ausströmkanals 27 frei, welcher alsdann mit der Außenluft in Verbindung steht.
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Wenn gegen Ende des Rücklaufs des Maschinenkolbens 28 die Öffnung
29 des Kanals 27 wieder verschlossen ist, wirkt die zwischen dem vorderen Boden
des Zylinders und dem Maschinenkolben eingeschlossene Luft auf den Schieberunterteil23,
welcher alsdann die Öff-
nung 26 zu schließen beginnt.
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Die Öffnungen 42 und 41 verbinden den oberen und unteren Teil des
Schieberraumes mit der Außenluft, so daß sich ein Luftpolster zur Dämpfung der Schieberendbewegungen
bilden kann.
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Das Ende des Kolbenhubes ist durch mehrere Reihen von Öffnungen 30,
31 und 32 festgelegt, welche den Zylinder i unmittelbar mit der Atmosphäre verbinden.
Diese Öffnungen können nach Belieben derart gesteuert werden, daß nur eine bestimmte
Zahl von ihnen offen ist. An dieser Seite legt sich ein Halbring bildender Bügel
33 mit einem kupfernen Rand. gegen zwei Reihen der Öffnung, während die dritte Reihe
stets offen ist. Dieser Bügel 33 ist an einem Ende mittels der Schrauben
34 an einem Vorsprung des Zylinders und am anderen Ende mittels einer Schraube und
Flügelmutter 35 befestigt, welche ein sicheres Befestigen, aber auch schnelles Lösen
gestattet.
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Endlich verbindet eine Reihe von Öffnungen 36 das nicht der Wirkung
der Preßluft unterworfene Zylinderende mit der Außenluft.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende Es ist angenommen, daß
die Kolbenstange mit Förderrinnen verbunden ist. Während des Ausströmens führt das
Gewicht der Schüttelrinnen den Kolben nach dem vorderen Zylinderböden zurück, da
der Einströmschieber mit Beginn der Expansion den Zustrom von Preßluft gesperrt
hat. Während dieser Bewegung versperrt der Kolben die Öffnung 2g und komprimiert
alsdann die von ihm zurückgeschobene, zwischen Kolben und Zylinderdeckel befindliche
Luft.
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Die zusammengepreßte Luft wirkt einesteils durch den Kanal 24 auf
das untere Ende des Schiebers 23 und treibt den Schieber in die den Auslaß schließende
Stellung (Abb. i). Anderenteils wirkt die komprimierte Luft durch den Kanal =i auf
die Fläche 6 und bewirkt so eine
Verschiebung des Einlaßschiebers
3 von oben nach unten. Sobald die Öffnung des Kanals 2 durch den Schieber freigegeben
wird, schiebt die auf die Fläche 6 drückende Preßluft den Schieber in seine untere
Öffnungsstellung und hält ihn in dieser Stellung fest.
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(Wenn keine Preßluft mehr bei io einströmt, ist der Steuerschieber
3 infolge seines Eigengewichtes in die die Einströmung freigebende Stellung zurückgefallen.
Hierbei ist auch der die Endpunkte der Einströmung bestimmende Schieber bis zum
Anstoßen gegen den Anschlag 37 nach rechts zurückbewegt.) Die bei io eingelassene
Preßluft dringt durch den Kanal 2 in den Zylinder und treibt den Kolben 28 nach
rechts. Zur gleichen Zeit hält die Preßluft den Schieber 23 in seiner das Abströmen
sperrenden Stellung und führt den Schieber 16 in seine Gleichgewichtslage, in welcher
die den Endpunkt der Einströmung bestimmende Öffnung einer angemessenen Einströmung
und Expansion entspricht. Während der Einströmperiode wirkt die Preßluft auf die
Flächen 4, 5 und 6 des Einströmschiebers sowie unter den das Ausschieben steuernden
Schieber und hält beide Schieber in der die Einströmung öffnenden und die Ausströmung
schließenden Stellung. Wenn der Kolben diejenige der Öffnungen 12, 13 und
14 freigibt, welche in Verbindung mit dem Kanal 15 steht, wirkt die in diesem Kanal
eindringende Luft auf die Fläche 7 und führt den Einströmschieber in seine obere,
die Einströmung sperrende Stellung zurück. Der Kolben 28 setzt hierbei seine nach
rechts gerichtete Bewegung unter dem Einfluß der Expansion der Preßluft so lange
fort, bis er diejenige Reihe der Öffnungen 30, 31 und 32 freigibt, welche den Zylinder
i mit der Außenluft verbindet. Nun vollzieht sich die Entspannung unmittelbar in
die Außenluft, und der Kolben 28 wird in. seinem nach rechts gerichteten Lauf, sei
es durch die von den Förderrinnen herrührende Gegenkraft, sei es durch die beim
Verschließen der Öffnungen 36 infolge der Zusammenpressung der Luft entstehende
Dämpfung, angehalten.
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Von der Beendigung der Einströmung an bis zum Beginn der nächsten
Einströmung ist die Fläche ig des Schiebers 16 nunmehr der Wirkung der entspannten
Luft und hierauf dem Druck der Außenluft ausgesetzt. Infolgedessen bewegt sich der
Schieber i6 durch die Einwirkung des Betriebsstoffes auf die Fläche 17 nach links,
bis er, von einem Luftpolster abgefangen, gegen einen Anschlag 38 anschlägt. Das
Luftpolster bildet sich nach dem Vorbeigehen des Schiebers 12a an der Öffnung 40,
welche die Verbindung mit der Außenluft herstellt.
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Während der ganzen Zeit, in welcher die Flächen 6 und 7 des Einlaßschiebers
unter der Einwirkung der entspannten, auf die Flächen 4 und 5 wirkenden Preßluft
stehen, wird der Schieber von dem Treibgas fest in seiner die Einströmung sperrenden
Stellung gehalten.
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Während der Ausströmung fällt der das Ausschieben steuernde Schieber,
da er nur mehr unter atmosphärischem Druck steht, durch sein Eigengewicht oder eine
Gegenfeder in seine alte Stellung zurück und verbindet den Kanal 25 mit der Öffnung
29.
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Der Kolben bewegt sich nun unter dem Gewichte der Förderrinne nach
dem vorderen Boden des Zylinders zurück.
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Nachdem der Kolben an der offenen Reihe der Ausströmöffnung vorbeigegangen
ist, entweicht die von dem Kolben zurückgedrängte Luft durch den Kanal 27. Wenn
der Kolben die Öffnung 29 verdeckt, wird die zurückgedrängte Luft zusammengepreßt
und beginnt durch die Kanäle 21 und 2 auf die Fläche ig des Schiebers 16 und auf
die Fläche 6 des Steuerorgans 3 zu wirken.
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Kurz vor Beendigung des Kolbenrücklaufs ist der Druck genügend hoch,
um ein allmähliches Anheben des das Ausschieben steuernden Schiebers und den Verschluß
der Öffnung 26 in der Weise, daß der Schieber 22 in die das Ausschieben sperrende
Stellung gebracht wird, sowie die Abwärtsbewegung des Einströmschiebers zu bewirken.
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Sobald die Öffnung des Kanals 2 freigegeben ist, beginnt die Preßluft,
welche durch -die Öffnung io eintritt, auf die Fläche 6 zu wirken, um den Schieber
nach unten zu treiben und ihn dort festzuhalten (Abb. _).
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Die Einströmung erfolgt also schnell und vollständig. Sobald sie vor
sich geht, wirkt das Treibgas, welches durch den Kanal 21 eindringt, auf die Fläche
ig und stellt das Gleichgewicht zwischen den auf den Schieber wirkenden Kräften
her. Dies hat zur Folge, daß die dem Druck des Treibgases entsprechende Öffnung
der Öffnungen 12, 13 und 14 freigegeben wird.
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Nun wiederholt sich der Arbeitsvorgang in derselben Weise von neuem.
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Die Beschreibung der Maschine und ihrer Wirkungsweise lassen folgendes
erkennen: Erstens, daß der Durchgang der Preßluft in nur einer Richtung erfolgt,
wobei die Steuerorgane auch soweit wie möglich von den Auslaßöffnungen 30,
31, 32 entfernt sein können, was die allmähliche Abkühlung der Einströmöffnungen
verhindert. Außerdem erfolgt der Austritt des Treibmittels in die Außenluft durch
in einer dünnen Wand vorgesehene Öffnungen großen Querschnitts. Einer Abkühlung
unterworfene Flächen des Zylinders sind also nur sehr wenige vorhanden, so daß keinerlei
Vereisung der Motorteile zu befürchten ist.
Man -könrite"aueh im-
Rahmen- der Erffridurig die zur Dämpfung der Endbewegung der zu den Steuerorganen
gehörigen -Schieber beispielsweise vorgesehene Anordnung auch durch elastische Mittel,
wie Federn, ersetzen. -Naturgemäß kann das Ausführungsbeispiel in seinen Einzelteilen:
geändert werden; so ist z. B. die Zahl der das Ende der@-Einströmurig bestimmenden
Öffnungen dem Druck der Preßluft und den verschiedenen Belastungen entsprechend
zu bestimmen, welche auf den Kolben 28 wirken können. Die Zahl und die Anordnung
der das Ende der Einströmung bestimmenden Öffnungen sowie der Ausströmöffnüngen
ändert sich entsprechend den Mittelstellungen; welche man erhalten will.