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Gesteuerter Gegenzylinder, dessen in Förderrichtung wirkende Kolbenstangenseite
dauernd unter Überdruck gegenüber der Außenluft steht Es ist bei gesteuerten Gegenzylindern,
für Schüttelrutschen bekannt, auf die in Förderrichtung wirkende Kolbenseite dauernd
frische Druckluft zu leiten und gegen Ende des in Förderrichtung zurückgelegten
Hubes beide Kolbenseiten durch einen Überströrgkanal zu verbinden, damit die beiderseitigen
Kolbenkräfte sich etwa aufheben und hierdurch den Hauptmotor entlasten. Hierbei
ist jeweilig der durch den Arbeitskolben und den Zylinderdeckel bei Beendigung des
Überströmens abgegrenzte Zylinderraum auf vollen Druck gebracht, und bei der darauffolgenden
Entlüftung der Deckelseite strömt eine entsprechende Luftmenge mit -starkem Geräusch
ins Freie.
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Das Ziel' der Erfindung ist zunächst, den Luftverbrauch solcher mit
Überströmung arbeitender Gegenzylinder bei gleichzeitiger Verbesserung der Arbeitsweise
zu verringern, sodann das Auspuffgeräusch und die Auspuffenergie zu` vermindern
und ein durch die Überströmung verursachtes selbständiges doppelseitiges Arbeiten
des Gegenzylinders bei abgestelltem Hauptmotor zu verhüten. Das wird erfindungsgemäß
, durch folgende Arbeitsweise erreicht: Auf dem Hube in Förderrichtung werden vor
Beginn der Überströmung die Druckluftleitung zur Kolbenstangenseite-und der Auspuff
der Deckelseite abgesperrt. Hierauf werden die im jetzt vollkommen geschlossenen
Gegenzylinder vorhandenen Luftmengen durch die Überströmung auf beide Kolbenseiten
unter Druckausgleich verteilt. Dies führt zu einem erheblichen Druckabfall. Auf
dem Rückhube gelangt nach beendigter Überströmung eine dem geringeren Drück entsprechende
geringe Luftmenge aus dem deckelseitigen Zylinderraum in den Auspuff, während der
auf der Kolbenstangenseite befindliche Luftinhalt durch die Raumverkleinerung auf
dem Rückhube, von dem über dem Außendruck liegenden Ausgleichdruck ausgehend, wieder
höher verdichtet. wird. Der Verdichtungsdruck kann dann in bekannter Weise zum Öffnen
des gesteuerten Einlaßventils herangezogen werden.
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Diese Gegenzylinderarbeitsweise kann mit verschiedenen Mitteln verwirklicht
werden. Man kann z. durch den Arbeitskolben selbst den im Zylindermantel angeordneten
überströmkanal und die Auspufföffnungen für die übergeströmte Luft steuern lassen
und durch ein von der Kolbenstellung im Zylinder beeinflußtes Steuerventil die Frischluftzufuhr
absperren lassen.
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Man kann z. auch nur die Überströmung durch den Arbeitskolben und
durch den Steuerkörper den Frischlufteinlaß nach der Kolbenstangenseite und den
Auspuff der Deckelseite steuern lassen.
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Man . kann 3. endlich alle die Vorgänge durch einen einzigen Steuerkörper
bewirken
lassen, und zwar dadurch, daß durch diesen bei der Kolbenbewegung
in Förderrichtung der Frischlufteinlaß zur Kolbenstangenseito, und der Auspuff der
Deckelseite des Zylinders:-abgesperrt und darauf die Überströmung eingeleitet und
bei der Kolbenbewegung entgegen der Förderrichtung zunächst die Über- .. strömung
abgesperrt, sodann der F rischlufteinlaß zur Kolbenstangenseite und der Auspuff
der Deckelseite geöffnet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform' einer Anordnung der letztgenannten
Art ist die an sich. bekannte Steuerung des Steuerkörpers in der einen Richtung
zwangsläufig durch den Arbeitskolben, in der anderen Richtung kraftschlüssig durch
Druckluft.
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Es' sind zwar auch bereits Gegenzylinder mit auf der Kolbenstangenseite
kraftschlüssig gesteuertem Lufteinlaß und mit einem Steuerkörper im Überströmkanal
bekannt. Diese Gegenzylinder haben jedoch keinen während der Überströmung dauernd
geschlossenen Deckelraum; so daß die auf die andere Kolbenseite überströmende Luft
bis auf den .äußeren Luftdruck gedehnt wird und die Kolbenstangenseite nach begndigtem
Überströmen vom _ äußeren Luftdruck ausgehend . neu aufgefüllt werden muß.
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Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens,
und zwar zeigen die Abb. i einen Gegenzylinder der ersten Art im Schnitt mit darunter
gezeichnetem Druckschaubild, die . Abb. 2 einen Gegenzylinder der zweiten Art mit
den Druckschaubildern Abb. `3 a und 3 b, die Abb. q: a, d b, q.,c einen Gegenzylinder
der dritten Art in drei Arbeitsstellungen.
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In der Abb. i wird im Gegenzylinder b der Raum g rechts vom Kolben
a unmittelbar mit _Frischluft über den Steuerkörper k, 1, m von
i
aus gespeist, während der linke Raum d nur dann durch den überströmkanal
u aus ,dem Zylinderraum g Druckluft erhält, wenn sich der Arbeitskolben a zwischen
den Einmündungen p und q des überströmkanals in dem Zylinder befindet:. Die
Auspufföffnungen e werden nur von der linken Kolbenkante auf g dem Wege des Kolbens
a nach rechts (Rückhub) nach Abschluß des überströmkanals freigelegt, wodurch der
Zylinderraum d entlüftet wird.
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Der Steuerkörper k, 1, m, n befindet sich in einem an dem Gegenzylinder
seitlich angeordneten Schieberkasten und ist an seinem rechten Ende als Stufenkolben
ausgebildet, welcher durch den Kanal 1a mit dem Zylinderinnern ständig in Verbindung
steht, während die volle linke Stirnfläche des Körpers k durch den Kanal c je nach
der Stellung des Arbeitskolbens mit dem Zylinderraum g oder d in Verbindung steht
oder durch den Arbeitskolben. von beiden abgeschnitten ist. Durch die Eindrehung
l zwischen k und m strömt . Frischluft aus .i durch,
den Kanal f in den Zylinderraum g, wenn sich der Steuerkolben, wie dargestellt,
in der linken Endstellung befindet. .
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Begibt sich der Arbeitskolben unter dem Frischluftdruck aus der rnit
aa gestrichelt gezeichneten Stellung seiner rechten Kante nach links, dann legt
seine rechte Kolbenkante zunächst den Kanal c frei. Der Stufenkolben k-n steht somit
an seinen beiden Enden unter gleichem spezifischen Druck, die Stirnfläche bei k
ist größer als die Ringfläche m-aa, folglich bewegt sich der Steuerkolben nach rechts
und sperrt die Frischluftzufuhr bei i-l- f ab. Die in g befindliche Luft
dehnt sich bei der weiteren Kolbenbewegung nach links aus und strömt durch den Kanal
u unter Druckabfall zum Teil auf die andere Zylinderseite d, sobald der Kolben
a die Öffnung p freigegeben hat. Auch 'ohne den Zug des Hauptmotors würde sich nunmehr
der Arbeitskolben infolge des größeren Druckes der kolbenstangenfreien Kolbenfläche
zurück nach rechts bewegen. Er wird hierbei zunächst die überströrriung bei p abschließen
und die Rechtsbewegung nur so lange fortsetzen, bis der infolge der Raumverkleinerung
in g steigende Druck der kolbenstangenseitigen Kolbenfläche (Stufenseite) das Gleichgewicht
mit der deckelseitigen Fläche hat, was sehr bald eintritt, da gleichzeitig auch
durch die Raumvergrößerung in d der Druck auf die linke Kolbenfläche gefallen ist.
Wenn dagegen die Kolbenstange von der Rutsche nach rechts bewegt wird, werden von
der linken Kolbenkante zunächst die Auspufföffnungen e und dann die Kanalöffnung
c freigelegt. Dadurch wird die linke Steuerkolbenfläche von k entlüftet. Der in
g herrschende Überdruck genügt, um den Steuerkolben, der bei ja ständig mit dem
Druck von g beaufschlagt ist, nach links gegen den jetzt bei c wirkenden Außendruck
zu bewegen und damit den Frischlufteinlaß bei i zu öffnen. Auch wenn in g zu Beginn
der Kolbenbewegung gar kein Überdruck vorhanden ist, wird ein solcher durch den
Verdichtungsvorgang rechts vom Arbeitskolben in genügender Stärke beim Einlassen
des Hauptmotors erzeugt, so daß auch der Gegenzylinder ordnungsgemäß anspringt.
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Die Abb. 2 stimmt mit der Abb. i überein bezüglich der Anordnung der
Kanäle i, f, h, p, q, u und c. In dem Kanal c ist ein Drosselhahn
z eingebaut. Abweichend ist die Anordnung-eines Auspuffkanals v, welcher links vom
Kolben a in den Zylinder einmündet und von dem Steuerkörper r-n mit dessen Eindrehung
bei s mit dem Auspuff o verbunden bzw. mit dessen Kolbenteil r abgesperrt wird.
Der
Steuerkörper in Abb.2 hat demgemäß ein Kolbenteil und eine Eindrehung mehr als der
Steuerkolben in Abb. i.
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Die Wirkungsweise erkennt man leicht bei Betrachtung der unter Abb.2
gezeichneten Schaubilder Abb. 3 a und 3 b. In Abb. 3 a ist die senkrecht schraffierte
Fläche der Zylinderseite g, die waagerecht schraffierte Fläche der Zylinderseite
d zugeordnet. Die einzelnen mit Ziffern bezeichneten Punkte i bis 8 entsprechen
der Stellung der rechten Kolbenkante im Zylinder.
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Im Punkt i beginnt der Kolben aus seiner rechten Totpunktlage den
Förderhub nach links. Der Steuerkörper r-n befindet sich in seiner linken Endlage
und hat den Frischlufteinlaß nach g und den Auspuff v-o aus dem Zylinderraum d geöffnet.
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Im Punkt z gibt die rechte Kolbenkante den Kanal c frei, dessen Drosselhahn
z ganz geöffnet sei. Der Steuerkörper geht unter dem tberdruck auf der größeren
linken Stirnfläche nach rechts und versperrt den Frischlufteinlaß f und den Auspuff
o, der Kolben geht weiter nach links unter Ausdehnung der in g. eingeschlossenen
und unter Verdichtung der in d eingeschlossenen Luft zunächst bis Punkt 3, wo der
Kolben den Eintritt der Luft in den Überströmkanal u bei p freigibt. Es stellt sich
Druckgleichheit rechts und links vom Arbeitskolben ein; infolge der Kolbenstangendifferenz
mit der Wirkung, daß die nach rechts wirkende Kolbenkraft stärker ist- und den Kolben
langsam nach rechts beschleunigt, sofern er nicht von dem Hauptmotor (und der Rutsche)
rascher nach rechts 'gezogen wird. Sobald in Punkt 6 die Überströmung durch Abdecken
des Kanals p beendet wird, steigt bei der weiteren Bewegung nach rechts der Druck
vor dem Kolben im Raum g an, während er im Zylinderraum d fällt. Bei abgestelltem
Hauptmotor ist dadurch die Kolbenkraft auf der Kolbenstangenseite bereits nach wenigen
Millimetern Hubweg größer als die Kolbenkraft der Dekkelseite, so daß der Kolben
a selbständig nicht bis zum Punkt 7 gelangen kann, in welchem sonst der Kanal c
von der linken Kolbenkante freigegeben wird, so daß die rechts vom Kolben verdichtete
Luft nunmehr auch stärker auf die Ringstufe m-n des Steuerkörpers drückt als die
verdünnte Druckluft auf die Stirnfläche von r. Der Steuerkörper geht in seine linke
Endstellung und gibt damit die Frischlufteinströmung nach g und die Ausströmung
aus dem Raum d frei (Punkt 8). Das Schaubild 3 b zeigt unter Vernachlässigung der
durch den Kolbenstangenquerschnitt bedingten kleinen Druckunterschiede das resultierende
Kolbenkraftschaubild des Gegenzylinders nach Abb. 2. Wenn der Kanal c durch den
Hahn z verengt wird, verspätet sich der Umsteuervorgang bei z und 7. Der Punkt z
rückt in den Schaubildern nach links, der Punkt 8 nach rechts, die Arbeitsfläche
wird größer, ebenso der Luftdruck auf der Zylinderseite d.
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Auch in dem Überströmkanal u kann eine ähnliche Drosselvorrichtung
eingebaut sein. In den Abb.4a bis :Ic ist ein Gegenzylinder mit Überströmung dargestellt,
dessen Steuerkolben in an sich bekannter Weise in der einen Richtung zwangsläufig
vom Arbeitskolben, in der anderen Richtung durch vom Kolben gesteuerte Preßluftbohrungen
betätigt wird. Im einzelnen ist die Wirkungsweise folgende: Der Steuerkolben k besteht
aus den Kolbenteilen k1, kg, k5, den Eindrehungen k@, 1z4 und der Stoßstange k,
Diese ragt in der rechten Endlage (Abb. :Ia) des Steuerkörpers in den Zylinderraum
hinein, -wobei die Eindrehung k4 den Deckelraum d über den Kanal u2 mit dem Auspuff
v und die Eindrehung k2 den Kanal f zur rechten Zylinderseite mit dem Frischlufteinlaß
e verbindet. An seiner dauernd mit dem Auslaß v verbundenen Ringfläche k,-k, sowie
an der anderen Stirnfläche k1 (durch die Bohrung y im Steuerkolben) ist der Steuerkörper
mit der Außenluft in Verbindung. Der Arbeitskolben a bewegt sich unter dem in g
herrschenden Frischluftdruck nach links, überdeckt mit seiner linken Kante die Bohrung
i zum Kanal 1a, gibt darauf die Zylindermündung des Kanals u, frei und stößt
schließlich den Steuerkolben nach links (Abb. q.b). Dabei wird nacheinander die
Frischluftzufuhr bei f durch kg, der Auspuff durch k5 abgesperrt und darauf erst
die Uberströmung von u1 in u2 und den Zylinderraum d durch k4 hergestellt (Abb.
4c).
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Wenn der Arbeitskolben noch weiter nach links geht, wird die Überströmung
auch noch bei u2 durch k5 geschlossen, so daß alles geschlossen bleibt. Der Arbeitskolben
wird alsdann von dem Hauptmotor wieder nach rechts gezogen oder geht bei abgestelltem
Hauptmotor nur so weit nach rechts zurück, bis der in g ansteigende Drück auf den
Kolben a das Übergewicht über den in d fallenden und auf den Kolben
a von links wirkenden Druck gewinnt. Der Steuerkolben bleibt liegen, weil der Raum
links von den Kolbenflächen nach dem Auspuff v langsam entlüftet wird. Wenn der
Arbeitskolben a bei seinem weiteren Rückwege nach rechts die Öffnung i freigibt,
gelangt Druckluft aus d auf die Stirnseite k1 des Steuerkolbens und drückt ihn nach
rechts. Zuerst wird vorübergehendüberströmung, nach derenAbschluß die Frischluftzufuhr
nach g und die Entlüftung des - Raumes d nach v bewirkt.
Durch eine
Drosselvorrichtung z im Kanal h
läßt sich der Zeitpunkt für die Steuerkörperbewegung
nach rechts verzögern, so daß die Entlastung des Arbeitskolbens a für einen größeren
Teil des Rückhubes andauern kann.
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Dem Raum links von der Steuerkolbenfläche k, kann über ein Druckventil
p auch aus dem Kanal f Druckluft zugeführt werden. Dies geschieht, wenn beim Anfahren
der Gegenzylinder mit in linker Endstellung befindlichem Steuerkolben ohne Druckluft
in Raum d ist und , durch Verdichtung erst Druckluft im Raum g geschaffen werden
muß. Die Verdichtung muß so hoch steigen, daß die Druckluft durch das Ventil p wie
durch ein Sicherheitsventil nach dem Raum w überströmen kann. Die Mündung j des
Kanals h ist mit einem Rückschlagv entil versehen, damit der Druck in w wirksam
werden kann.