DE543677C - Steuerung fuer doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen - Google Patents

Steuerung fuer doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen

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DE543677C
DE543677C DET37559D DET0037559D DE543677C DE 543677 C DE543677 C DE 543677C DE T37559 D DET37559 D DE T37559D DE T0037559 D DET0037559 D DE T0037559D DE 543677 C DE543677 C DE 543677C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L15/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. with reciprocatory slide valves, other than provided for in groups F01L17/00 - F01L29/00
    • F01L15/08Valve-gear or valve arrangements, e.g. with reciprocatory slide valves, other than provided for in groups F01L17/00 - F01L29/00 with cylindrical, sleeve, or part-annularly-shaped valves; Such main valves combined with auxiliary valves

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Description

  • Steuerung für doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen Steuerungen für doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen, bei denen der als Differentialkolben ausgebildete Steuerschieber durch aus dem Arbeitszylinder entnommenes Treibmittel bewegt wird, sind bekannt.
  • Diese durch das Fehlen einer besonderen, vom Kolben des Arbeitszylinders betätigten Hilfssteuerung gekennzeichneten Schiebersteuerungen zeigen den Nachteil, daß der Steuerschieber bei niedrigem Treibmitteldruck leicht in der Mittelstellung liegenbleibt, wodurch ein unbeabsichtigtes Stehenbleiben der schwungradlosen Kolbenkraftmaschine bedingt ist.
  • Dieser allen bisher bekannten Steuerungen dieser Art anhaftende Übelstand hängt damit zusammen, daß der Steuerschieber selbsttätig vor Erreichung seiner Mittelstellung den Eintritt des Steuerdampfes in den großen Differentialsteuerraum unterbricht. Steht nur geringer Treibmitteldruck im Arbeitszylinder zur Bewegung des Schiebers zur Verfügung und sind besonders beim Artstellen der Kolbenkraftmaschine die Steuerräume des Schiebers noch kalt, dann ist nach Abschluß des Steuerraumes in diesem infolge 'von Kondensations- und Undichtigkeitsverlusten nicht mehr genügend Treibmitteldruck vorhanden, um die Umsteuerung durch Dehnung des eingeschlossenen Treibmittels zu beenden.
  • Erfahrungsgemäß setzt außerdem die Bewegung selbsttätig gesteuerter Schieber sofort ein, sobald die Umsteuerkräfte die Reibungswiderstände um ein geringes Maß überstiegen haben. Da leicht gehende Steuerschieber schon durch geringen, im Steuerraum wirkenden Treibmitteldruck schnell beschleunigt werden und demzufolge den Zutritt des Treibmittels in die Steuerkammer rasch abschließen, wird in dieser nicht immer der erforderliche volle Druck des dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels zur Wirkung gelangen können, um stets ein sicheres Überschreiten der Schiebermittelstellung zu gewährleisten.
  • Wie aus der in Abb. r veranschaulichten Mittelstellung eines Steuerschiebers der gekennzeichneten Art hervorgeht, ist es nicht möglich, die Verbindung des die Schieberbewegung einleitenden großen Umsteuerraumes mit dem Arbeitszylinder bis nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers aufrechtzuerhalten, da bei der erforderlichen symmetrischen Ausbildung des Steuerschiebers und der Anordnung der Steuerkanäle auch eine frühere, der jeweiligen Bewegung des Schiebers aber entgegenwirkende Beaufschlagung des entsprechenden Umsteuerraumes der anderen Seite mit Treibmittel von gleichem Druck erfolgen würde.
  • Eine Umsteuerung dieser vorsteuerungslosen Schieber kann nur unter bestimmten Verhältnissen, z. B. höherem Druck, dadurch erzwungen werden, daß der Steuerdampfzutritt in die Differentialkammer schon beträchtlich vor der Mittelstellung des Schiebers abgeschlossen wird, und daß durch Anordnung eines verhältnisn.äßig großen Volumens der Steuerkammer für einen nur geringen Druckabfall des Druckmittels in der Kammer nach Abschluß derselben Sorge getragen ist.
  • Der frühere Abschluß der jeweils arbeitenden Differentiahimsteuerkammer hat auch eine entsprechend spätere und hinter der Mittelstellung des Schiebers liegende Verbindung der anderen Steuerkammer mit dem. Arbeitszylinder zur Folge, wodurch aber andererseits das in der betreffenden Steuerkammer bereits abgeschlossene Steuermittel während eines längeren Schieberweges verdichtet wird.
  • Bei gut abschließenden Schieberringen wird dieser nur allmählich ansteigende Verdichtungsdruck die Bewegung des Schiebers günstig dämpfen. Tritt jedoch unter dem Einfluß zu starker Undichtigkeiten, die praktisch nicht zu vermeiden sind, ein höherer Druckanstieg in dem komprimierenden Umsteuerraum ein, so ist die Umlegung des Schiebers in Frage gestellt.
  • Besonders ungünstig beeinflussen die erwähnten Verhältnisse den Umsteuervorgang eines für eine Verbundkolbenkraftmaschine durchgebildeten Schiebers, dessen jeweils nicht arbeitende Differentialumsteuerräume mit Treibmittel von veränderlichem Aufnehmerdruck beaufschlagt sind. Zwecks Erzielung genügend starker Umsteuerkräfte erfordern diese in den Steuerkanunern stets über der Auspuffspannung liegenden Treibmitteldrücke nicht nur eine beträchtlich größere Bemessung der wirksamen Steuerflächen, sondern können auch durch sehr rasch ansteigende Verdichtung in den Umsteuerräumen die resultierende Umsteuerkraft herabmindern, wenn nicht gar aufheben.
  • Um alle diese Übelstände zu beseitigen, das heißt unter allen Betriebsverhältnissen mit Sicherheit ein Stehenbleiben des Schiebers in einer Zwischenstellung zu vermeiden, besteht die vorliegende Erfindung im wesentlichen darin, daß durch Anordnung von zum Hauptsteuerorgan relativ beweglichen Endsteuerkolben, welche von dem Hauptschieber durch Anschlag oder durch vom gleichen Hauptschieber gesteuertes Treibmittel bewegt werden, erst nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers einerseits die Zuleitung des aus dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels in den die Schieberbewegung einleitenden Umsteuerraum unterbrochen wird und andererseits später die die jeweilige Schieberbewegung bremsende Verbindung des entsprechenden Umsteuerraumes am anderen Schieberende mit dem Arbeitszylinder erfolgt.
  • Gemäß der Erfindung wirkt also bis über die Mittelstellung des Schiebers hinaus der volle Druck des jeweils im Arbeitszylinder befindlichen Treibmittels auf die das Steuerspiel einleitenden Differentialkolben. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Steuerungen dieser Art hat man es außerdem durch Wahl des Schieberhubes und Bemessung des Spieles zwischen Hauptschieber und Umsteuerkolben in der Hand, die aus dem Zusammenarbeiten der beiden Differentialkolben sich ergebende resultierende Umsteuerkraft bestimmter Größe beliebig weit über die Mittellage des Schiebers hinaus wirken zu lassen.
  • Wird der nicht beaufschlagte Differentialumsteuerraum durch eine in den relativ zum Hauptschieber beweglichen Umsteuerkolben angeordnete Entlüftungsmuschel bis zur erfolgten Umsteuerung der Kolbenkraftmaschine entlüftet, dann ist unter allen Betriebsverhältnissen ein stets sicheres Umlegen des vorliegenden vorsteuerungslosen Schiebers erreicht.
  • Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in der Möglichkeit einer Verkleinerung des Schieberdurchmessers, ohne im Vergleich zu .den bekannten Schiebern dieser Art eine wesentliche Verringerung der Umsteuerkräfte in Kauf nehmen zu müssen. Infolge der beweglich angeordneten Umsteuerkolben wird beim Eintritt des Steuerdampfes in den großen Umsteuerraum zu Beginn der Umsteuerungsbewegung fast der ganze den größten Schieberdurchmesser entsprechende Querschnitt zur Wirkung gelangen, während bei den bisherigen Schiebern der gekennzeichneten Bauweise nur eine um den Querschnitt der Umsteuerkolben geringere Fläche zur Beaufschlagung zur Verfügung steht.
  • Die Erfindung ist in den Abb. 2 bis 12 in mehreren Ausführungsbeispielen und in Anwendung auf verschiedene Arten von schwungradlosen Kolbenkraftmaschinen schematisch dargestellt.
  • Abb.2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei einer doppelt wirkenden Einzylindermaschine. Die an den Enden des Hauptschiebers beweglich vorgesehenen Endsteuerschieber sind als Schleppschieber durchgebildet.
  • Abb. 3, q. und 5 stellen entsprechende Stellungen einer gleichen Ausführungsform der Steuerung für eine doppelt wirkende Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine in Tandemanordnung dar.
  • Abb. 6, 7 und 8 veranschaulichen eine andere Ausführungsform des vorliegenden Erfindungsgegenstandes wiederum für eine doppelt wirkende Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine in Tandemanordnung. Die Endsteuerkolben sind an den Enden des Hauptschiebers fliegend angeordnet.
  • In den Ausführungen der Erfindung nach den Abb. g bis ix ist die Lage der in den Endsteuerkolben angeordneten Entlüftungsmuschel zum Zwecke der Entlüftung der großen Umsteuerräume in verschiedenen Stellungen ersichtlich; während zum Schluß Abb. 12 eine Ausbildung des Steuerschiebers zeigt, welche die in den vorangegangenen Abb. 2 bis 12 dargestellten Formen der Erfindung vereinigt.
  • In Abb. 2 bewegt sich in dem Arbeitszylinder a der Kolben b, dem das Treibmittel über das Schiebergehäuse c durch die EinlaBkanäle a3, a4 zugeführt wird. Der als Differentialkolben ausgebildete Steuerschieber d ist hohl und besteht aus den Kolbenteilen e1, dl, d2 und e2. Zwischen den Schieberkolbenteilen e1 und dl gelangt das Treibmittel durch die Zuführungsleitung E, das Schiebergehäuse c und durch im Schieber vorgesehene Schlitze a1 in das Innere des Hauptsteuerorgans.
  • Die Beaufschlagung der unteren Kolbenseite mit Druckmittel erfolgt durch Bohrungen a2, welche im Schieberkörper zwischen den Schieberteilen d'-' und e° angeordnet sind. Die Schieberkolbenteile dl, d2 und e= haben gleiche Durchmesser, während der Steuerkolben e1 im Durchmesser kleiner ausgeführt ist, um durch Bildung einer Differentialfläche, auf welche frisches Treibmittel wirkt, zu erreichen, daß der Verteilungsschieber zwecks sicheren Ansprin&ens der Maschine beim Anstellen des Treibmittels stets in eine Öffnungsstellung gelangt.
  • Die einander zugekehrten Innenflächen der Kolben ah und d'2 steuern den Austritt des verbrauchten Treibmittels aus dem Arbeitszylinder über die Auspuffleitung k ins Freie.
  • Die Enden des Hauptschiebers d laufen in stangenförmige Ansätze e4 und e' aus, welche auf ihnen beweglich angebrachte Steuerschiebere und e3 tragen. Auf den Ansätzen e1 und el sind mittels Konus, Gewinde und Mutter, kleine Anschlagkolben e5 und e$ befestigt, die sich in entsprechenden Führungen der Steuerkolben e, e3 dampfdicht bewegen und durch Anordnung in diesen ein bestimmtes, zwischen Hauptschieberkörper und Endsteuerkolben axiales Bewegungsspiel von ungefährer Schieberhubhälfte festlegen.
  • Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, werden die Endsteuerkolben in der einen Bewegungsrichtung des Hauptsteuerorgans durch Treibmittelkräfte an dieses herangedrückt und von ihm mitgenommen, während in der anderen Richtung der Anschlagkolben entsprechend dem Spiel ungefähr in der Mittelstellung des Hauptschiebers dessen Bewegung zwangsläufig auf die Endsteuerkolben e, e3 überträgt.
  • In bekannter Weise sind die Umsteuerräume F, F3 durch Leitungen aa, aal mit den entsprechenden Haupteinlaßkanälen a3, a4 nach dem Zylinder verbunden, und zwar münden die Leitungen at, aal in die Steuerkammern F, F3 derart ein, daß sie zwecks Pufferung der Schieberbewegung in der Endstellung der Steuerkolben von diesen überdeckt werden.
  • Zur Entnahme des Steuertreibmittels aus dem Arbeitszylinder dienen die Fülleitungen na, nal, welche vom Arbeitskolben gesteuert werden und an die großen Umsteuerräume F1, F2 angeschlossen sind. Diese letzten Räume F1, F= werden durch die mit der Auspuffleitung k verbundenen Kanäle o1, o2 entlüftet, welche der Hauptschieber im Verlaufe seiner Bewegung freigibt. Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: In der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform der Steuerung für eine doppelt wirkende Einzylindermaschine befindet sich der Arbeitskolben am Ende seiner Arbeitsbewegung im unteren Totpunkt und hat die Fülleitung m; freigelegt. Der Differentialkolbenschieber d ist in der Mittellage gezeichnet, da er durch Beaufschlagung des linken Umsteuerraumes F2 mit Treibmittel aus dem Arbeitszylinder a bereits den Zutritt des Frischdampfes über Kanal aß in den Zylinder ca unterbrochen haben muß.
  • Die Steuerkammer F steht auch jetzt noch durch die mit dem Einlaßkanal a3 verbundene Leitung n unter dem Druck des noch im Arbeitszylinder befindlichen Treibmittels und bedingt hierdurch ein festes Anliegen des Endsteuerkolbens e an den Hauptschieberkolben ei, zumal bei Beginn der Schieberbewegung der Raum F1 über Leitung o1 mit dem Auspuff k in Verbindung gestanden hat.
  • Während also der rechte Endsteuerkolben e durch die Treibmittelbeaufschlagung im Verlaufe der Schieberbewegung von der linken Endstellung heraus bis in die Mittellage mitgeführt worden ist, wird jedoch der linke Endsteuerkolben e3 ebenfalls durch Treibmittelbeaufschlagung so lange in der Endlage verharren, bis ihn der Anschlagkolben des Hauptschiebers zwangsläufig mitnimmt.
  • Beträgt das in der Endstellung des Hauptschiebers zwischen dem Anschlagkolben e$ und dem Endsteuerkolben e3 axiale Spiel wie in der nach Abb.2 veranschaulichten Ausbildungsform den halben Schieberhub, so findet auch noch nach Überschreiten der Mittelstellung des Schiebers eine Beaufschlagung des linken Umsteuerraumes F2 mit Treibmittel aus dem Arbeitszylinder statt, bis der vom Hauptschieber mitgenommene Endsteuerkolben e3 den Zuführungskanal ml überdeckt.
  • In dieser Stellung hat aber bereits der Hauptschieber einerseits den Kanal a3 nach dem Auspuff geöffnet, andererseits ist auch der Zutritt von frischem Treibmittel unter den Arbeitskolben d freigegeben, so daß hierdurch die Aufwärtsbewegung des letzteren beginnen kann. Das unter dem Kolben b strömende frische Treibmittel gelangt durch Leitung n1 in den Umsteuerraum F3 und beendet die Umsteuerbewegung des Schiebers, da in dieser Schieberstellung der entsprechende Umsteuerraum F über Leitung n und den Zylinderkanal a3 unter Auspuffspannung steht. Erst kurz vor Erreichung der rechten Schieberendlage wird die nach dem Zylinder a führende Steuerleitung nz vom Endkolben e freigelegt und damit der Umsteuerraum F1 mit aus dem Arbeitszylinder bereits nach dem Auspuff abströmendem Treibmittel beaufschlagt.
  • Das Absinken des Treibmitteldrucks im Umsteuerraum F2 hat während des geschilderten Steuervorganges bewirkt, daß der linke Endsteuerkolben e3 unter Einwirkung des auf ihn lastenden frischen Treibmittels an den Schieberkolbenteil e2 gedrückt worden ist, um in dieser kraftschlüssigen Verbindung mit dem Hauptschieber dessen Bewegungen beim Steuerspiele in entgegengesetzter Richtung mitzumachen.
  • Sowohl das Mitnehmen der Endsteuerkolben durch die Anschlagkolben zu Beginn der Schieberbewegung als auch das Anlegen der Endsteuerkolben gn den Hauptschieber am Schluß der Schieberbewegung erfolgt ohne harten Schlag, der durch beim Aufeinandertreffen der Teile gebildete Treibmittelpuffer vermieden wird. Zu diesem Zweck greifen vorstehende Ringansätze des Schieberkörpers in entsprechende Aussparungen der Endsteuerkolben hinein, in welchen Treibmittel verdichtet wird.
  • Durch entsprechende Bemessung des zwischen den Endsteuerkolben und den Anschlagkolben angeordneten Verschiebungsspieles läßt sich die Beaufschlagung des die Schieberbewegung einleitenden Umsteuerraumes beliebig weit über die Mittelstellung des Schiebers hinaus unter Vermeidung einer zu- frühen, die Schieberbewegung nur hemmenden Verbindung des entsprechenden Umsteuerraumes der anderen Seite mit dem Arbeitszylinder durchführen. Um unter allen Umständen - ein sanftes Arbeiten zwischen Anschlagkolben und Endsteuerkolben zu erreichen, wird ein Spiel zweckmäßig sein, welches größer ist als der halbe Schieberhub, damit zwecks Entlastung der Endsteuerkolben schon vor dem Auftreffen der Anschlagkolben mit Frischdampf beaufschlagt ist. Das Steuermittel gelangt zu diesem Zweck z. B. durch kleine, angeordnete Zweigleitungen m', ml' der Steuerleitungen n, n1 in die Steuerkammer (vgl. Abb. 6).
  • Bei der in den Abb. 3 bis g veranschaulichten Verwendung der neuen Steuerung an einer doppelt wirkenden Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine in Tandemanordnung dient in an sich bekannter Weise zur Vermittlung der Überströmung des Treibmittels vom Hochdruckzum Niederdruckzylinder und zur Steuerung des Treibmittelauslasses ein in der Mitte des Schiebers angeordneter Steuerkolben d". Die Durchbildung der anderen Teile der Steuerung ist die gleiche, wie oben beschrieben, bis auf die Anordnung der Entlüftungsleitungen o1 und o2. Um ein Umsteuern des Schiebers zu ermöglichen, müssen die großen Umsteuerräume F1, F2, deren Treibmittelinhalt an der Dehnung des Treibmittels teilnimmt, mit den Arbeitsräumen des Niederdruckzylinders a,N derart verbunden werden, wie es aus den Abbildungen ersichtlich ist. In der in Abb. 3 dargestellten Lage von Arbeitskolben und Steuerschiebern tritt frisches Treibmittel über den Hochdruckkolben bH, während das im unteren Raum des Hochdruckzylinders bereits ausgenutzte Treibmittel über den Hauptschieber nach dem oberen Arbeitsraum des Niederdruckzylinders expandiert und das verbrauchte Treibmittel unterhalb des Niederdruckkolbens über den Kanal as nach dem, Auspuff k entweicht.
  • Der Hauptschieber wird mit den beweglich angeordneten Endsteuerkolben in der gezeichneten Stellung durch das Treibmittel selbst festgehalten, welches durch die Leitung m in den Umsteuerraum F gelangt. Im unteren Totpunkt gibt der Hochdruckkolben bH die Leitung ml frei und beaufschlagt den linken Umsteuerraum F2 mit Treibmittel. Der entsprechende Umsteuerraum F1 steht dann unter dem Druck des bereits expandierten Treibmittels, welches gleichfalls durch die Verbindungsleitung ml hinter dem Endsteuerkolben e3 wirkt. ' . Nach Eintritt des Treibmittels in den Umsteuerraum F2 wird in bekannter Weise der Hauptschieber nach rechts getrieben, während der Treibmittelunterschied in den Steuerkammern. F2 und F3 den Endsteuerkolben es in der linken Endstellung festhält.
  • Dieses anfängliche Liegenbleiben des Endsteuerkolbens es ergibt eine nicht unwesentliche Vergrößerung der wirksamen Steuerfläche und damit der Umsteuerkraft, deren hoher Betrag gerade zu Beginn der Schieberbewegung gegenüber den bekannten Differentialkolbenschiebern von gleich großen Durchmessern als Vorteil anzusehen ist.
  • Abb. q. zeigt die Stellung des Schiebers, in welcher einerseits gerade die Zuleitung des Steuermittels nach dem Umsteuerraum F1 durch den vom Anschlagkolben e8 mitgenommenen Endsteuerkolben e3 unterbrochen wird, andererseits jedoch eine Umsteuerung der Haupteinlaßkanäle nach dem Zylinder schon stattgefunden, hat, so daß die Arbeitskolben bereits aufwärts getrieben werden können. Vernachlässigt man die Massenkräfte des Schiebers, so werden im ersten Augenblick der Bewegungsumkehr der Arbeitskolben die Steuerungskanäle vom Schieber noch nicht ganz freigelegt sein, da beide Umsteuerräume F1, F2 im weiteren Verlauf der Schieberbewegung mit dem oberhalb des Hochdruckzylinders befindlichen Treibmittel gefüllt werden. Auch die Umsteuerräume der Endsteuerkolben stehen noch in diesem Augenblick unter fast gleichem Treibmitteldruck, der jedoch in dem Umsteuerraum F sofort beim Eintritt der Bewegung der Arbeitskolben infolge der damit verbundenen Dehnung des Treibmittels sinkt.
  • Entsprechend dem Gange der Kolbenkraftmaschine wird also der Schieber früher oder später durch eine von der Dehnung des Treibmittels bestimmte Umsteuerkraft endgültig in die betreffende Endstellung getrieben. Die hierdurch bedingte anfängliche und dann abnehmende Drosselung des in den Hochdruckzylinder eintretenden und des nach dem Niederdruckzylinder überströmenden Treibmittels erzielt nicht nur einen stoßfreien Hubwechsel, sondern auch einen ruhigen, nach der Hubmitte hinzu durch Freigabe größerer Kanalquerschnitte hervorgerufenen beschleunigten Gang der Kolbenkraftmaschine. Diese allmählich zunehmende und gegen Hubende wieder abnehmende Geschwindigkeit der Arbeitskolben wird sich z. B. günstig auf die Arbeitsweise von Pumpenventilen auswirken.
  • Auch ist durch die geschilderte Wirkungsweise des Steuerschiebers, dessen Triebkräfte gleichermaßen vor Erreichung der Endstellung gering werden, den bekannten harten Anschlägen dieser Schieber vorgebeugt, besonders noch, wenn die Endsteuerkolben frühzeitig die Steuerkanäle n, n1 überschleifen und Treibmittel von schon verhältnismäßig hohem Anfangsdruck verdichten.
  • Der linke Endsteuerkolben e3 wird mit sinkendem Treibmitteldruck im Umsteuerraum F2 infolge der Dehnung des aus dem Hochdruckzylinder nach dem Niederdruckzylinder strömenden Treibmittels allmählich durch den im Umsteuerraum F3 wirksamen Druck frischen Treibmittels an den Hauptschieberkörper e2 getrieben, wie es Abb. 5 darstellt. Diese Abb. 5 zeigt den Hauptschieber mit den Endsteuerkolben in der rechten Endlage des Schiebers, aus welcher im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens der beschriebene Steuervorgang in entgegengesetzter Richtung von neuem beginnt.
  • Während bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Abb. 2 bis 5 die beweglichen Endsteuerkolben nach Überschreiten der Mittelstellung des Hauptschiebers von diesem zwangsläufig mitgenommen werden, veranschaulichen die Abb. 6 bis 8 eine andere Ausbildungsform des Erfindungsgedankens, die sich im wesentlichen durch eine allein kraftschlüssige Steuerung der Endsteuerkolben kennzeichnet. Die ebenfalls an den Enden des Hauptschiebers angeordneten Endsteuerkolben sind als Differentialkolben ausgebildet und werden durch vom Hauptschieber gesteuertes Treibmittel aus der einen Endlage in die andere bewegt. Der sonst wie oben durchgebildete Hauptschieber d trägt an seinen Enden stangenförmige Verlängerungen e1°, e1'=, welche in entsprechende Bohrungen der fliegend angeordneten Endsteuerkolben e, e3 greifen. Letztere sind aus zwei verschieden großen Kolben zusammengesetzt, von denen die außenliegenden, e11, e13, den größeren Durchmesser aufweisen. Die hierdurch gebildeten Differentialräume stehen durch Leitungen o3, o4 dauernd mit dem Auspuffkanal k in Verbindung. Von den an die Hochdruckzylindereinlaßkanäle a3, ct4 angeschlossenen Steuerleitungen st, n1 führen zwei Kanäle n', n1' geringeren Querschnittes hinter die Endsteuerkolben e, e3, wie es die Abbildungen veranschaulichen.
  • Die Wirkungsweise dieser Ausbildungsform der Erfindung ergibt sich wie folgt: Beim Einlassen des Treibmittels in das Schiebergehäuse c wird der auf die von den Steuerkolben dl und ei gebildeten Differentialfläche wirkende Überdruck den Schieber in die in Abb. 6 dargestellte Lage drücken. Der Zylinderraum oberhalb des Hochdruckkolbens erhält durch den freigelegten Einlaßkanal a3 frisches Treibmittel, welches gleichzeitig über den Steuerkanal n nach dem Umsteuerraum F11 gelangt und den rechten Endsteuerkolben an den Hauptschieberkörper herantreibt. Da der Treibmitteldruck in dem Umsteuerraum F11 im Verlaufe des ganzen Arbeitshubes die gleiche Höhe behält, muß der Endsteuerkolben e während dieser Zeit die Bewegungen des Hauptschiebers zwangsläufig mitmachen.
  • Das Treibmittel unterhalb des Hochdruckkolbens bH strömt wieder expandierend über den Schieber nach dem Niederdruckzylinder av. Im unteren Totpunkt angekommen, gibt der Hochdruckkolben, wie bekannt, die Steuerleitung ntl frei und beaufschlagt den linken Differentialumsteuerraum F2 mit frischem Treibmittel. Zur selben Zeit steht der entsprechende Umsteuerraum F1 unter Aufnehmertreibmittel, dessen Druck infolge verrichteter Arbeitsleistung im Niederdruckzylinder fast der Atmosphärenspannung gleichkommt. Das in dem Umsteuerraum F2 auf den ganzen Steuerschieberquerschnitt wirkende frische Treibmittel überwindet die anderen mit Treibmittel von Verbinder- und Eintrittsspannung beaufschlagten Schiebeflächen, so daß eine Bewegung des Schiebers nach rechts erfolgt. Der linke Endsteuerkolben e3 bleibt hierbei so lange in der linken Endlage, durch Treibmittelkräfte festgehalten, liegen, bis der Hauptschieber die Mittellage überschritten hat und durch Beaufschlagung der Steuerleitung n1 mit frischem Treibmittel die Bewegung des Endsteuerschiebers nach rechts einleitet. Infolge der ständigen Entlüftung der durch die Kolben e13 und e3 gebildeten Differentialfläche ist nach der von dem Hauptschieber selbst überwachten Beaufschlagung des Endsteuerkolbens mit frischem Treibmittel ein Abschluß des UmsteuerraumesF2 nach dem Zylinder während des Steuervorganges gewährleistet. Gestattet der Schieber, wie in Abb. .7 dargestellt ist, schon nach Überschreiten der Mittellage durch die freigelegte Entlüftungsleitung o2 ein Überströmen von Hochdruckzylindertreibmittel nach dem Niederdruckzylinder, so ist dieses belanglos, da in dieser Schieberstellung der Hochdruckeinlaßkanal a3 ebenfalls schon mit der betreffenden Arbeitsseite des Niederdruckzylinders in Verbindung steht. Nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers ist die Umsteuerung der Kolben gesichert, bis der Schieber, wie bei der Ausführung nach Abb. 3 bis 5, den Rest seiner Bewegung durch den auf die Endsteuerkolben wirkenden frischen Treibmitteldruck zwecks Freigabe der ganzen Steuerquerschnitte vollendet.
  • Durch entsprechende Vergrößerung des Schieberhubes und Wahl des in der Mittelstellung des Schiebers zwischen letzterem und dem Endsteuerkolben befindlichen Spieles hat man ein Mittel in der Hand, die Verbindung des jeweils nicht arbeitenden Umsteuerraumes mit dem Arbeitszylinder erst nach Freilegung der vollen Steuerquerschnitte herzustellen. Auf diese Weise würde bis zur Vollendung des wichtigsten Teiles der Schieberbewegung eine Umsteuerkraft zur Verfügung stehen, welche den ihr bei der Einleitung des Steuerspieles erteilten Höchstbetrag ungefähr beibehält.
  • Abb.8 zeigt den Steuerschieber mit den Endkolben in der rechten Endlage. Der Arbeitskolbensatz bewegt sich nach oben, und zwar schon mit großer Geschwindigkeit, da die Steuerkanäle ganz geöffnet sind.
  • Neben einer billigen Herstellung hat diese Bauart gegenüber der nach den Abb. 3 bis 5 den Vorteil, daß durch die Undichtigkeit der größeren Kolben ei', e13 der Endsteuerkolben durch Vorschaltung der Entlüftungen o3, o¢ kein Druckanstieg in den Umsteuerräumen eintreten kann, welcher der Bewegung des Schiebers entgegenwirkt.
  • Die Abb. 9 bis 12 stellen weitere Ausbildungsformen des vorliegenden Erfindungsgegenstandes dar, durch welche die wiederum beweglich angeordneten Endsteuerkolben auch die. Entlüftung der gerade nicht arbeitenden Schieberumsteuerräume überwachen und regeln.
  • Die in Abb.7 wiedergegebene Stellung des Steuerschiebers läßt nämlich erkennen, daß das im Umsteuerraum F1 befindliche Treibmittel nach Überdeckung der Entlüftungsleitung o1 durch den Schieberkolben e1 verdichtet wird. Übersteigen die Undichtigkeiten des Schiebers ein gewisses Maß, so erfolgt ein rascher Druckanstieg des eingeschlossenen Treibmittels, der die Umsteuerbewegung hindert.
  • Um auch diesen Nachteil zu vermeiden, münden bei den Ausführungsarten der Erfindung nach den Abb. 9 bis i2 die Entlüftungsleitungen t1, t' an den Enden des Schiebergehäuses c in die Umsteuerräume und führen über Kreuz zu dem Steuergehäuse des auf der anderen Schieberseite befindlichen Endsteuerkolbens.
  • Die Endsteuerkolben e, e3 sind mit Ringnuten y1, r2 versehen, welche in den Endstellungen dieser Kolben die Entlüftungsleitungen t1, t2 mit nach dem Niederdruckzylinder führenden Leitungen s1, s2 verbinden sollen. Aus Abb. 9 ist ersichtlich, daß der rechte Umsteuerraum F1 durch Leitung t1 über die Ringnut r2 des Endsteuerkolbens e3 sowie durch die Leitung s1 mit dem oberen Zylindereinlaßkanal a5 des Niederdruckzylinders in Verbindung steht, während die Entlüftungsleitung t2 in der rechten Endstellung des Endsteuerkolbens e durch die Ringnut.vl, die Leitung s=, den linken Umsteuerraum F2 mit dem Raum unterhalb des Niederdruckkolbens verbindet (vgl. Abb. ix).
  • Die Wirkungsweise der Steuerung mit dem zur Entlüftung dienenden Ringnuten y1, 1,2 der Umsteuerkolben ist folgende: In der in Abb. 9 veranschaulichten linken Stellung der Schieber tritt das Treibmittel durch den Kanal a3 über den Hochdruckkolben bH und hält das gesamte Schiebersystem in bekannter Weise durch Beaufschlagung des rechten Endsteuerkolbens e kraftschlüssig fest. Wie bereits beschrieben, steht der rechte Umsteuerraum F1 über Leitung t1, Ringnut y2, Leitung s1 mit dem Niederdruckzylinder in Verbindung und hat somit im Totpunkt der Kolben einen Treibmitteldruck in Höhe der Expansionsendspannung.
  • Setzt die Bewegung des Steuerschiebers bei dem Eintritt des aus dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels in den UmsteuerraumF'= ein, dann bleibt die Verbindung des rechten Umsteuerraumes F1 mit dem Niederdruckzylinder so lange aufrechterhalten, bis auf bekannte Art der Hauptschieber nach Überschreiten der Mittellage die Abschlußbewegung des linken Endsteuerkolbens bewirkt hat. Da sofort nach Durchsteuern der Mittellage des Schiebers der Einlaßkanal a5 des Niederdruckzylinders nach dem Auspuff k geöffnet wird, wie es Abb. io zeigt, findet gleichzeitig eine Entlastung des Umsteuerraumes Fl statt, die eine unbedingt sichere Vollendung der Schieberbewegung zur Folge hat. Schließt der Endsteuerkolben e3 durch seine Bewegung die Kanäle il und in' ab, dann wird nicht nur die Verbindung des Umsteuerraumes F1 mit dem Auspuff unterbrochen, sondern auch die zwischen dem UmsteuerraumF2 mit dem Hochdruckzylinder befindliche aufgehoben, so daß durch den Endsteuerkolben gleichzeitig in einer Bewegung die wichtigsten Funktionen der Hauptumsteuerräume F1, F2 überwacht und gesichert werden.
  • Läßt man die die Schlußbewegung der Endkolben bewirkenden Leitungen -it, n1 besonders vom Hauptschieber steuern, dann kann die Beaufschlagung und Entlüftung in jeder Weise beliebig durchgeführt werden. Um einen Treibmittelverlust zu vermeiden, muß aber die Leitung s1 vom Endsteuerkolben e3 bereits abgedeckt sein, wenn die Leitung na nach dem Umsteuerraum F1 freigelegt wird. Das den Umsteuerraum F1 kurz vor der Endlage des Schiebers auffüllende Treibmittel vermindert wieder die Umsteuerkraft des Schiebers, da-sich in den Hauptumsteuerräumen die gleichen Treibmitteldrücke befinden und der Schieber nur durch die kleinen Differentialkolben weiterbewegt wird. Die restlose Dämpfung der Schieberbewegung wird wie bei den Ausführungsformen. nach den vorangegangenen Abbildungen durch Kompression von Treibmittel erreicht.
  • Abb. =i gibt die Lage der Schieber zueinander wieder, nachdem die Umsteuerbewegung restlos durchgeführt ist. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens und der im oberen Totpunkt eingeleiteten Linksbewegung des Schiebers wird entsprechend dem bisher beschriebenen Steuervorgang der Schieberraum F2 über die Leitung t2, Ringnut A und Leitung s2 nach dem Niederdruckzylinder entlüftet.
  • Die zur Regelung der Entlüftung der Umsteuerräume F1 und F2 dienenden Ringnuten r1, r2 können selbstverständlich auch mit gleichem Erfolg in der eingangs der Erfindung beschriebenen Schleppschieberausführung vorgesehen werden.
  • Abb. 12 ist zum Schluß eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, welcher die Bauarten der bisher beschriebenen Formen der neuen Steuerung zusammenfaBt. Die Endsteuerkolben sind als Differentialkolben ausgebildet und stehen durch Entlüftungsleitungen 04, 03 mit dem Abdampf in Verbindung. Die weitere Ausbildung des Endsteuerkolbens als Schleppschieber bedingt den Vorteil, daß infolge des zwangsläufigen Abschlusses der Kanäle s1, s2 durch die vom Hauptschieber mitgenommenen Endsteuerkolben kein Treibmittelverlust stattfinden kann, da der Umsteuerraum F1 nicht mehr mit dem Auspuffkanal in Verbindung steht, sobald durch die Schieberbewegung der Kanal m von dem Steuerkolben e freigegeben wird.
  • Bei der Ausbildung des Steuerschiebers als Schleppschieber ist zu beachten, daß das etwa in dem Steuerkolben angesammelte Kondenswasser nicht beim Steuervorgang komprimiert werden kann, damit nicht der Endsteuerkolben zu früh vom. Hauptschieber mitgenommen wird. Ein reichliches Spiel zwischen der Schieberstange e1°, e12 einerseits und den Steuerkolben e, e3 andererseits oder eine besonders angeordnete Entwässerungsnut wird diesem Mangel abhelfen.
  • Gegenüber den Ausführungen der Erfindung nach den Abb. 3 bis g wird es zweckmäßig sein, die Endsteuerkolben durch dichtende Abschlußdeckel v1, v2 zu schließen, wodurch es ermöglicht wird, die Anschlagkolben von verhältnismäßig kleinem Durchmesser ohne Ringe auszuführen. Der nach den Umsteuerräumen eventuell strömende Undichtigkeitsdampf wird auf diese Weise noch weiter beträchtlich vermindert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Steuerung für doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen mit Differentialkolbensteuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Hauptsteuerorgans (d) relativ zu ihm beweglich entweder durch Anschlag oder durch Treibmittel oder durch beides bewegte Steuerkolben (e, e3) in der Weise angeordnet sind, daB nach Überschreiten der Mittellage des Hauptschiebers (d) einerseits die Zuleitung des aus dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels in den die Schieberbewegung einleitenden Umsteuerraum (F1, F2) unterbrochen wird und andererseits später die die jeweilige Schieberbewegung bremsende Verbindung des entsprechenden Umsteuerraumes am anderen Schieberende mit dem Arbeitszylinder erfolgt.
  2. 2. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Endsteuerkolben (e, e3) von dem in dem Umsteuerraum (F1, F2) wirkenden Treibmittel in ihrer Endstellung kraftschlüssig so lange festgehalten werden, bis sie nach Überschreiten der Mittellage des Hauptschiebers (d) von diesem durch Anschläge mitgenommen werden und hierdurch die Verbindung des betreffenden Umsteuerraumes (F1, F2) mit dem Arbeitszylinder unterbrechen (Abb. 2).
  3. 3. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Endsteuerkolben (e, e3) als Differentialkolben ausgebildet sind, die nur durch von dem Hauptsteuerschieber (d) gesteuertes Treibmittel bewegt werden (Abb. 6).
  4. 4. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Endsteuerkolben (e, e3) die Entlüftung der jeweils nicht arbeitenden Umsteuerräume (F1, F2) derart regeln, daß sie diese Räume bis kurz vor der Endstellung des Hauptschiebers (d) durch Entlüftungsleitungen (t1, t2) bei Einzylindermaschinen mit dem Auspuff und bei Verbundkolbenkraftmaschinen mit der jeweils arbeitenden Niederdruckzylinderseite verbinden, welche nach Überschreiten der Mittellage des Hauptschiebers (d) mit dem Auspuff (k) in Verbindung gebracht wird (Abb. g bis i2). g.
  5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der nicht arbeitenden Umsteuerräume mit dem Niederdruckzylinder bzw. dem Auspuff durch eine Eindrehung (r1 bzw. r2) in den Endsteuerkolben erfolgt, welche die Anschluß- Leitungen (il bzw. t= und s1 bzw. s2) nach dem Umsteuerraum bzw. nach dem Niederdruckzylinder oder Auspuff steuern.
  6. 6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (s1 bzw. s2) zwischen den Leitungen (t1 bzw. t2 und nt bzw. zttl) angeordnet sind, um in der Endstellung des Schiebers das durch Undichtigkeiten über die Endsteuerkolben entweichende Treibmittel über die Leitung (s1 bzw. s2) nach dem Auspuff abzuführen und dadurch einen vorzeitigen Druckanstieg in dem mit der Leitung (t1 bzw. 12) verbundenen Umsteuerraum (F1 bzw. F2) zu vermeiden (Abb. io).
  7. 7. Steuerung für Verbundmaschinen nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitungen der Umsteuerräume (F1 bzw: F2) über Kreuz mit den Niederdruckkanälen (a5 bzw. a6) verbunden sind und die Anschlußleitungen (A, t2) derart in die Umsteuerräume (FL, F2) münden, daß sie vom Hauptschieber (d) nicht überdeckt werden (Abb. io).
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