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Mehrstufige Gleichstrommaschine Die Erfindung betrifft eine mehrstufige
Gleichstrommaschine, in welcher ein doppelwandiger Kolben mit einem doppelwandigen
Zylinder zusammenarbeitet, wobei zwischen den Außenwandungen von Kolben und Zylinder
ein Arbeitsraum besteht, während der zweite Arbeitsraum zwischen der Stirnfläche
des Tauchkolbens und der Innenwandung sowie dem Deckel des Zylinders gebildet ist.
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Der doppelwandige Kolben ist an der vom Kurbelkasten abgewandten Seite
und der Zylinder nach der Kurbelkastenseite hin offen. Der zwischen den aufeinander
arbeitenden Außenwandungen von Doppelkolben und Doppelzylinder bestehende Arbeitsraum
ist dabei dadurch entstanden, daß die genannten Außenwandungen an ihrem von der
Kurbelkastenseite abgewandten Ende einen größeren Durchmesser besitzen als an der
Kurbelkastenseite.
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Die Erfindung bezweckt, innerhalb desselben Raumbedarfes, wie er für
die Maschine gemäß dem Hauptpatent erforderlich ist, eine wesentlich höhere Krafterzeugung
zu ermöglichen, weiterhin eine neue Maschinenanlage zu schaffen, welche in bezug
auf ihreVerwendungsform einen erweiterten Arbeitsbereich aufweist, und zwar derart,
daß sie z. B. zugleich als Kraftmaschine und als Verdichter arbeiten kann, ohne
daß irgendwelche weiteren Antriebs- und Kupplungsmittel benötigt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß durch die Ausbildung der inneren
Zylinderwand des Doppelzylinders und der äußeren Kolbenwand des Doppelkolbens mit
in Achsrichtung wechselnden Durchmessern neben den beiden bestehenden Arbeitsräumen
ein dritter Arbeitsraum entsteht.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind zwei Ausführungsbeispiele auf der
Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die eine Hälfte einer mehrstufigen
Gleichstrom- oder auchDreifachentspannungs-Maschine und Abb. z einen axialen Schnitt
eines Zweitakt- doppelt wirkenden Dieselmotors. Die Maschine nach Abb. i kann auch
als mehrstufiger Verdichter Verwendung finden.
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Das untere Ende des doppelwandigen Tauchkolbens a, welches sich in
der Innenwandung oder denn Innenzylinder b eines doppelwandigen, nach der Kurbelkastenseite
zu offenen Zylinders bewegt, ist fest mit dem
Außen- oder Ringkolben
c verbunden. Die beiden Zylinderwandungen b und d sind fest miteinander
verbunden und die von ihnen umgebenen Räume nach oben durch den Dekkel D verschlossen.
Erfindungsgemäß sind nun die innere Zylinderwand b und die äußere Kolbenwand c mit
in Achsrichtung wechselnden Durchmessern versehen, d. h. die innere Zylinderwand
b besitzt einen unteren freien Teil b2 mit verringertem Durchmesser und die äußere
Kolbenwand c einen frei endigenden Teil c2 mit vergrößertem Durchmesser. Dementsprechend
entsteht auch zwischen den Wandungen ein dritter Arbeitsraum o. Weiterhin bestehen
die schon durch das Hauptpatent gegebenen Arbeitsräume h und f.
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Die Verbindung der einzelnen Räume erfolgt durch Ventile und Leitungen,
wie das nachstehend in Erläuterung der Betriebsweise einer derartigen Maschine näher
beschrieben wird.
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Der sich im Hochdruckraum h entspannende Dampf geht, wenn der Kolben
a in seiner unteren Totpunktlage ist, durch die Kanäle s und t in den Mitteldruckraum
f und verläßt diesen, wenn der Doppelkolben seinen oberen Totpunkt erreicht.
Das Treibmittel fließt hierbei durch die in der Zylinderwandung d vorgesehenen
Schlitze r, den Kanal n
und m, um in den Niederdruckraum o einzutreten, der
infolge der angegebenen Wandungsausgestaltung entstanden ist. Hat nunmehr der Kolben
wieder seine untere Totpunktlage erreicht, dann kann das Treibmittel durch den Kanal
ic zur Auspuffleitung w gelangen. Die Dampfwege sind durch die vollausgezogenen
Pfeile angedeutet.
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Für einen mehrstufigen Verdichter sind die Luftwege umgekehrt wie
die Dampfwege. Die Luft tritt durch ein, passendes Filter über die Leitung w ein
und wird durch die zweckmäßig mit Zwischenkühlung versehenen Stufen o und f vorverdichtet,
geht dann nach dem dritten Verdichtungsraum da, um gegebenenfalls über eine
vierte Verdichtungsstufe x nach einem Hochdruckbehälter zu gelangen. Im einzelnen
ergibt sich folgendes Arbeitsspiel für die Verdichtungsstufen. Die Luft tritt dann,
wenn der Doppelkolben in seinen unteren Totpunkt gelangt ist, durch w und ii in
den Raum o, die Niederdruckstufe des Verdichters ist vollendet, wenn der Doppelkolben
sein oberes Hubende erreicht hat. Die verdichtete Luft geht dann durch die Leitungen
w, n, r in den Raum f und kommt von hier aus in der zweiten unteren
Lage des Doppelkolbens über die Kanäle t und s in die Hochdruckstufe k. Für die
obenerwähnte vierte Verdichtungsstufe ist der Kolben unmittelbar durch eine Kolbenstange
x' mit dem Tauchkolben a verbunden, während der Zylinder z auf den Maschinendeckel
D aufgesetzt ist. Aus der Stufe x kann die Luft durch eine Leitung z' in
den Hochdruckbehälter eintreten (vgl. auch den Pfeil y für den Übertritt des Fördermittels
von der dritten Stufe h nach der vierten Stufe x).
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, welches einen doppelt wirkenden
Dieselmotor vorstellt, ist die Anordnung der Arbeitsräume die gleiche, nur sind
zur Schaffung von Kühlräumen b1 und dl die Zylinderwandungen doppelt ausgeführt.
Zu dem Arbeitsraum h gehört die Brennstoffdüse g, während die Auspuffschlitze zu
ihm mit i bezeichnet sind; sie führen über den dritten Arbeitsraum o in den Auspuff
k für den Arbeitsraum f. .Die Auspuffschlitze sind derart angebracht, daß, wenn
der Doppelkolben seine untere Totpunktlage erreicht hat, die Auspuffgase sowie die
nachfolgende Spülluft durch die Schlitze i mit hoher Geschwindigkeit den Raum o
passieren und unmittelbar durch die Schlitze k in den Auspuff entweichen können.
Hierbei entsteht auch in dem Raum o ein leichter Unterdruck.
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Um einen nach Möglichkeit bestimmten Weg der Gase vom Arbeitsraum
h beim Auspuff zu erlangen, sind die Schlitze i auf die Schlitze k mit ihrer Achse
hin gerichtet, und ihr Ouerschnitt ist düsenförmig nach dem Ausgang verengt. Demgegenüber
sind die Schlitze k umgekehrt in ihrer Querschnittgestaltung, d. h. sie sind nach
außen erweitert. Am Ende der oberen Totpunktlage des Doppelkolbens werden, die Schlitze
von der Außenwandung c2 freigegeben, wodurch die Gase aus dem Arbeitsraum f austreten
können.
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Der dritte Arbeitsraum o wird zweckmäßig als Verdichter zur Luftverdichtung
benutzt, indem man ihn mit selbsttätig arbeitenden Saug- und Mischventilen p, p1
versieht und die Ringwandung c2 so verlängert, daß eine genügende Überdeckung für
die Auspuffschlitze k entsteht. Die verdichtete Luft von etwa q. bis io Atm. kann
unmittelbar als Spülluft in die Arbeitsräume h und f durch die Düsen q und
q' eingeführt werden und kann auch als Vorladeluft zur günstigen Einwirkung auf
den Wirkungsgrad der Maschine Verwendung finden. Es ist weiterhin möglich, die untere
Seite des Doppelkolbens zusammen mit dem Kurbelkastenraum e, in welchem sich ein
Olabscheider e1 sowie die Saug- und Druckventile r1 befinden, als Niederdruckv erdichter
zu benutzen und diese durch Rohrleitungen dem Saugventil p des Verdichterraumes
o zuzuführen. Es entsteht auf diese Weise ein zweistufiger Verdichter mit einem
doppelt wirkenden Dieselmotor oder aber mit einer Gleichstromverbundmaschine als
einheitliche
Maschinenanlage von gedrungener Bauart. Die Dieselmaschine
einer derartigen Anlage kann gegebenenfalls abwechselnd einfach oder doppelt wirkend
arbeiten.
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Der blabscheider e1 besteht aus einem abgestumpften Kegelmantel mit
einem Flansch, der zwischen Zylinder und Kurbelkasten greift; er erfüllt einen doppelten
Zweck, indem er den Ölaufschlag auf die Zylinderwandung dämpft und verhindert, daß
etwa unverbrauchter Brennstoff, der durch die Kolbenringe dringt, in den Kurbelkasten
fließt.