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Zweizylindrische Wassersäulenmaschine mit senkrecht auf und ab gehenden
Kolben, deren Pleuelstangen über eine Schwinge in nachgiebiger Verbindung miteinander
stehen Es sind zweizylindrische Wassersäulenmaschinen mit senkrecht auf und ab gehenden
Kolben bekannt, deren Pleuelstangen über eine Schwinge durch feste Gelenke miteinander
in Verbindung stehen. Tritt ein Kleminen der Kolben durch zu stark angezogene Stopfbuchsen
auf oder ist ein Ventil nicht betriebsfähig, so sind bei diesen bekannten Wassersäulenmaschinen
Beschädigungen der C'bertragungsteile, z. B. der Schwinge, der Pleuelstangen, der
Zapfen und Lager, kaum zu vermeiden. Erfindungsgemäß sind daher in den Pleuelstangen
Kulissen vorgesehen, deren jede mindestens die Länge eines Kolbenhubes aufweist,
und in denen an der Schwinge angelenkte Kulissensteine auf und ab gleiten können.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dargestellt.
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Abb. i und 2 stellen Vorderansichten einer doppeltwirkenden Wassersäulenmaschine
in verschiedenen Betriebsstellungen dar.
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Abb. 3 zeigt eine Seitenansicht.
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Abb.4 bis 6 zeigen Einzelheiten der Kulissenverbindung.
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Die Wassersäulenmaschine gemäß der Erfindung wird einerseits durch
Druckwasser angetrieben und pumpt andererseits einen Teil dieses Druckwassers in
einen hochgelegenen Behälter. Die Maschine besteht im wesentlichen aus einer Zwillingskolbenpumpe,
deren einzelne Kolbensätze von einer gemeinsamen Steuerung hin und her bewegt werden
und deren Zusammenarbeit durch eine mit einer Sicherheitsvorrichtung versehene Schwinge
geregelt wird. In den Arbeitszylindern T und 45 gleiten die Arbeitskolben 5 und
38, die durch die Stopfbuchsen 36 und 4.o abgedichtet sind. Fest verschraubt mit
den Arbeitskolben 5 und 38 sind die Förderkolben c@ und 39, die ihrerseits in den
Förderzylindern; und .fC) gleiten und durch die Stopfbuchsen 34. und 4.1 abgedichtet
sind. An die Förderzylinder; und .t6 schließen sich je ein Gehäuse mit den Rückschlagventilen
8 und g bzw. 56 und 5; an, welche mit den Förderleitungen 14 und 29 und dem Wasserzuflußrohr
i durch die Umgehungsleitungen. io und 47 verbunden sind. An den Förderkolben
6 und 39 schwenkbar gelagert sind die Pleuelstangen 1-2 und 30, in deren Kulissen
die Steine 35 und .4- mit Gleitsitz gelagert sind, jedoch im normalen Betrieb dauernd
gegen die Kulissenabschlußplatte 55 (Abb. 4) anliegen. Die Kulissensteine 35 und
4.2 drehen sich um die Bolzen 58 und 54., welche fest in den zwei Wänden der Schwinge
13 gelagert sind. Die Schwinge 13 dreht sich um die Welle i5 derart, daß der eine
Kolbensatz seinen oberen Totpunkt erreicht hat, während der andere im Totpunkt unten
steht. Auf der
Welle 15 ist der Zahnbogen 2o aufgekeilt, der das
mit dem Anschlag 22 versehene Zahnrad 2i antreibt, welches .auf der Welle 16 drehbar
gelagert ist. Auf der Welle 16 sitzt fest die mit den Anschlägen 18 und i9 versehene
Hülse i7, die sowohl mit dem Zahnrad 21 als auch mit dem Zahnrad 24 durch die Anschläge
i8 und ig gekuppelt werden kann. Ferner ist der Hebel 13 mit dem Umschlaggewicht
25 mit der Welle 16 starr verbunden. Andererseits sitzt wieder das Zahnrad 24 mit
seinem Anschlag 23 drehbar auf der Welle 16. Das Zahnrad 24 greift in die an jedem
Ende mit dachförmigen Nocken versehene Zahnstange 28 ein. Die Nocken rufen die sinngemäße
Bewegung der Ventilrahmen 5o, 5i, 26, 31 und der daran befestigten Ventil-5tangen
4.3, 52, 27, 32 mit ihren Ventiltellern 4.8, il, 2, 3 hervor. Das Druckwasser
wird durch das Wasserzuflußrohr i eingeführt, während das .geförderte Wasser die
Maschine # durch die Förderleitungen 14 und 29 verläßt.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Das zum Antrieb erforderliche
Druckwasser wird durch das Wasserzuflußrohr i zugeführt und bewegt sich in der eingezeichneten
Pfeilrichtung. Das geöffnete Einlaßventi12 gestattet einen freien Durchlauf zum
Antriebszylinder .4, in dem der Kolben 5 gehoben wird. Mit dem Kolben 5 ist der
Förderkolben 6 fest zu einem Kolbensatz verbunden. Bei der Aufwärtsbewegung des
Kolbensatzes 5-6 verdrängt der Förderkolben 6 das im Förderzylinder 7 befindliche
Wasser und drückt es nach dem Durchlaufen des Rückschlagventils 8 in die Förderleitung
i.l. Hat der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, %so wird mit Hilfe der Nocken
der Zahnstange 28 die Steuerung umgeschaltet, und das Einlaßventil 2 wird geschlossen,
während das Auslaßventil3 angehoben wird. Gleichzeitig wird das Auslaßventil 48
geschlossen und das Einlaßventil i i geöffnet. Ein Teil des Triebwassers wird vor
dem Einlaßventi12 durch die Umgehungsleitung io abgezweigt und fließt unter dem
Druck des Triebwassers durch das Rückschlagventil9 in den Förderzylinder 7 und drückt,
unterstützt durch das Gewicht des Kolbensatzes bis 6, diesen nach unten, wobei das
unter dem Kolben 5 befindliche Triebwasser durch das geöffnete Auslaßventil 3 abfließt.
In der unteren Totpunktlage des Kolbensatzes 5-6 schaltet die Steuerung wieder um,
so daß der oben beschriebene und in A.bb. i dargestellte Zustand wieder eintritt.
Die Arbeitsweise beider Pumpenseiten ist absolut gleich, und die beiden Kolbenpaare
sind über die Pleuelstangen 12 und 30 und die Schwinge 13 derart miteinander
verbunden, daß eine Pumpenseite fördert, d. h. die Kolben sich nach oben bewegen,
während die andere die Füllung des Förderzylinders erneuert, d. h. die Kolben nach
unten gehen.
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Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: Geht man wiederum von
der rechten Maschinenhälfte aus, so ist in Abb. i der untere Totpunkt nach dem Umschalten
darg°-stellt; denn für den beabsichtigten Aufwärtsgang ist das Einlaßventil 2 geöffnet.
Der Kolben 5 wird angehoben, und der Zahnbogen 2o dreht sich im entgegengesetzten
Sinne des Uhrzeigers und nimmt das im gleichen Sinne sich drehende Zahnradei mit.
Der Anschlag 22 am Zahnradei legt sich gegen den Anschlag 18 der Hülse
17 und dreht die Welle 16 und mit ihr das Umschlaggewicht 25 so lange im
entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers herum, :bis das Umschlaggewicht 25 die höchste
Stellung in dem von ihm beschriebenen Kreisbogen erreicht hat. Es nimmt dann die
Hülse 17 mit, deren Anschlag ig sich gegen den Anschlag 23 des Zahnrades 24. legt
und dieses im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers herumdreht. Dadurch verschiebt
sich die Zahnstange 28 nach rechts und läßt den zum Einlaßventil2 gehörenden Rahmen
26 von der linken Dachfläche abgleiten, während sich die rechte Dachfläche unter
den Rahmen 31 des Auslaßventils 3 schiebt und dieses anhebt. Der gleiche Vorgang
vollzieht sich bei der Umschaltung im zweiten Totpunkt unten, nur mit dem Unterschied,
daß hier die Drehung des Zahnbogens 2o im Sinne des Uhrzeigers und damit ein Verschieben
der Zahnstange 28 nach links erfolgt. Beide Pumpenhälften mit im ganzen vier Ventilen
werden von der Zahnstange 28 gesteuert, die demnach bei j-edem Hubwechsel ein Finlaß-
und ein Auslaßventil zu öffnen und zu schließen hat. Die Steuerung ist durch die
einstellbare Anordnung der Anschläge 18 und i9 so eingestellt, daß der Hebel
33 mit seinem Umschlaggewicht 25 im Totpunkt der Kolben auch den höchsten
Punkt sei.12r Kreisbahn erreicht hat und dann die Ventile umschaltet.
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Um Beschädigungen der Übertragungsteile, d. h. der Schwinge
13, der Pleuelstangen 12 und 30 sowie deren Lager und Zapfen bei etwaigen
Störungen zu vermeiden, sind die Pleuelstangen 12 und 30 mit je einer Kulisse
versehen, in welcher die Kulissensteine 35 und .42 gleiten können, so daß die Schwinge
13, die dazugehörige Welle 15 mit ihrem Lager 37 und die Pleuelstangen 12
und 30 nur auf Zug, aber nie auf Druck beansprucht «-erden können.
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Tritt z. B. ein Klemmen des Kolbens 38 durch ungleichmäßiges Anziehen
der Stopfbüchse 4.o ein (das gleiche gilt auch für die Stopfbüchsen 4, 36 und 3q.),
so daß er an
beliebiger Stelle seines Hubweges festsitzt. und wird
dann das Triebwasser auf ,die Pumpe gelassen, so hebt sich bei der in Abb. r gezeichneten
Ventilstellung der Kolbensatz 5-6, ohne daß der Kolbensatz 38-39 in Bewegung kommt.
Die einseitige Bewegung xird ausgeglichen durch das Gleiten der Kulissensteine 35
und .12 in den entsprechenden Kulissen der Pleuelstangen 12 und 3o. D2rnit wird
bei den vorerwähnten C'bertragungsteilen jede Cberlastung vermieden; denn jede Kulisse
ist etwas länger als der ganze Kolbenhub. Der sich bewegende Kolbensatz 5-(3 setzt
sich mit der der Maschine eigenen sehr kleinen Kolbengeschwindigkeit auf den eigens
zu diesem Zweck verstärkten Zylinderdeckel des Förderzylinders 7 auf, und die Pumpe
bleibt, da die Uristeuerung infolge des verminderten Schwingenweges nicht erfolgt,
stehen. Dementsprechend bekommt der Kolbensatz 38-39 kein Druckwasser, so' daß auch
nicht unmittelbar durch den Wasserdruck eine Zerstörung des Kolbens 38, der Stopfbüchse
.4o sowie des Antriebszylinders ,45 eintritt. Der von oben auf den Förderkolben
39 ausgeübte Wasserdruck. herrührend aus der Umgehungsleitung 4.7, die mit dem Drucke,
in unmittelbarer Verbindung steht, zuzüglich dem Eigengewicht des Kolbensatzes 38-39,
genügen bei weitem nicht, um eine Abwärtsbewegung der Kolben entgegen der vergrößerten
Stopfbuchsenreibung zu veranlassen.
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in gleicher Weise erfüllt die Vorrichtung ihren "Zweck, wenn z. B.
das Auslaßventil 48 aus irgendeinem Grunde nicht mehr betriebsfähig ist. Das -,#.uslaßventil
4.8 ist in seiner Tätigkeit behindert, wenn a) ein im Triebwasser mitgeführter Fremdkörper
sich zwischen Ventilteller und Ventilgehäusedeckel klemmt, b) die Stopfbuchse 4.9
des Ventilschaftes .13 zu fest angezogen ist und die Hubbewegung des Ventils behindert
und c i wenn der Teller vom Ventilschaft .13 abreißt oder ein Bruch im Ventilschaft
d.7 oder Rahmen 5o eintritt. Die gleichen Störungsmöglichkeiten kommen natürlich
auch beim Auslaßventil3 in Frage. Macht beim Eintreten eines dieser Fälle der Kolbensatz
5-6 seine Aufwärtsbewegung, würde im Falle einer starren Verbindung das Wasser im
Arbeitszylinder 45 unter Druck gesetzt, und zwar durch drei Kräfte: erstens den
auf den Kolben 5 ausgeübten Wasserdruck, zweitens den auf den Förderkolben 39 ausgeübten
Wasserdruck und drittens den Druck, herrührend vom Eigengewicht des Kolbensatzes
38-39 Auf diese Weise würde ein Widerstand herbeigeführt, der zum Bruch eines Übertragungsteiles
Veranlassung geben müßte. Auch in diesem Falle führen die Kulissensteine wieder
ihre Bewegungen aus und lassen die Pumpe nicht zum Umsteuern kommen.
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Treten in der Schwinge 13 Störungen auf, so daß sie nicht mehr
schwingt, dann hebt sich der Kolbensatz 5-6 bis zu seinem oberen Totpunkt, weil
die Kulissensteine 35 und 4.2 in den Kulissen der Pleuelstange 12 und 30 gleiten.
Der Förderkolben 6 setzt sich auf den Boden des Förderzylinders 7 auf, und die Maschine
bleibt in dieser Stellung stehen, denn die Steuerung wird nicht beeinflußt. Ein
iNTachströmen des Wassers erfolgt nach Erreichen des oberen Totpunktes nicht mehr;
so daß kein Wasserverlust eintritt. Die Schwingen und die Pleuelstangen sind so
durchgebildet, daß der Zug, herrührend vom Kolbensatz 38-39, ohne weiteres aufgenommen
werden kann; denn im- normalen Betrieb besteht die Aufgabe der Schwinge
13 darin, nur das Gewicht des sich senkenden Kolbensatzes, vermehrt um den
von dem nachströmenden Wasser auf den Förderkolben erzeugten Druck, auf die andere,
die fördernde Seite zu übertragen.