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Einrichtung zur übertragung von Druckkräften von festen Körpern auf
Flude oder umgekehrt Als Mittel zur Übertragung von Druck auf Flude oder der Aufnahme
des Druckes von Fluden werden eine verschiebbare Wandung bildende Kolben verwendet.
Gewöhnlich ist ein solcher vom die Bewegung zu- oder ableitenden Koppelglied weg
bis zur vom Flud beaufschlagten Stirnfläche, abgesehen von etwa zur Verbesserung
der Abdichtung angeordneten Kolbenringen, aus einem einzigen Stück gebildet, wobei
die Anlenkung entweder formschlüssig oder mittels einer zwischen den Kolben und
einen beispielsweise an der Zylinderwandung befindlichen Anschlag eingesetzten Druckfeder
nur kraftschlüssig gestaltet ist. Nebst diesen einteiligen Kolben sind aber auch
mehrteilige Ausführungen bekannt, welche aus gegeneinander innerhalb durch Anschlag-
bestimmter Grenzen verschiebbaren Teilen bestehen, zwischen denen eine Druckfeder
entweder durch den Arbeitsdruck oder durch die Zugbeanspruchung beim Saugen belastbar
eingesetzt ist. Bei einer weiteren Ausführung sind zwei Druckfedern, einander entgegengesetzt
wirkend, so eingesetzt, daß die eine beim Saugen und die andere beim Drücken mehr
gespannt wird. An der Bewegung solcher Kolben sind alle beteiligten Teile im Zwangslauf
miteinander verbunden.
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Die Erfindung betrifft nun eine Art mehrteiliger Kolben, bei der die
Zusammenwirkung der einzelnen Teile in die Abhängigkeit des Druckzustandes des Fludes
gesetzt ist. Dieser getroffenen Maßnahme liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:
Bei Fludtrieben, beispielsweise Flüssigkeitsgetrieben, ist das Abreißen der Flüssigkeitssäule
eine gefürchtete Erscheinung, welche durch das Ansaugen von Luft in den Flüssigkeitskreislauf
verursacht werden kann. Es ist zwar möglich und iIbereits bekannt, durch Anordnung
einer besonderen Füllpumpe den Kreislauf unter einen gewissen Überdruck zu setzen.
Dadurch aber, daß die Kolben des Getriebes schon in Betrieb gesetzt werden, bevor
der Überdruck wirklich vorhanden ist, kann in dieser Zeit infolge der Saugwirkung
bereits Luft in den Kreislauf eingedrungen und das Übel damit verursacht sein. In
der Eigenschaft der bisherigen ein- oder mehrteiligen
Kolben im
Wechsel des Arbeitstaktes drückend oder saugend zu wirken, liegt überdies die hauptsächliche
Ursache schneller Abnutzung der Gelenkverbindungeh sowohl bei Fludtrieben aller
Art als--auch bei Verbrennungsmotoren, bei denen Kolheii zur Anwendung kommen. Dies
ist in erhöhtem Maß bei iin Viertakt arbeitenden der Fall. Bei diesen ist es so,
daß iin Saugtakt, währ, rend die Kolbenstange bei senkrecht stehendem Zylinder eine
abwärts ziehende Bewegung ausführt, der Kolben infolge der Saugwirkung das Bestreben
hat, in der Bewegung zurückzubleiben, somit befindet sich zwischen der Lagerfläche
des Kolbens und dem diesen mit dem Koppelglied verbindenden Teil, beispielsweise
einem Kolbenbolzen, der Spielspalt über dein Kolbenbolzen, während er in den übrigen
drei Takten, wo das Koppelglied den Kolben oder umgekehrt der Kolben das Koppelglied
vor sich her schiebt, sich unter dem Kolbenbolzen befindet. Wie bei der Verbindung
des Koppelgliedes mit dem Kolben -erhält es sich mit der Lage des Spielspaltes auch
bei der Verbindung des Koppelgliedes mit der Kurbel oder einem diese ersetzenden.
Teil. Jede Spielspaltverlegung ist je nach dein vorhandenen Lagerspiel naturgemäß
finit einem mehr oder weniger starken Schlag verbunden und sind bei den fortgesetzten
Schlägen, wie die Erfahrung zeigt, Ausquetschungen von Lagermaterial oder Brüche
von Verbindungs- oder Wälztörperoberflächen finit Ausbröckelungen und öfters auch
Brüchen ganzer Teile die unausbleibliche Folge. Es besteht zwar auch bei Verbrennungsmotoren
die Möglichkeit, durch Anwendung von besonderen Kompressoren oder Ladepumpen, welche
bei Fahr- und Flugzeugmotoren zur Erhöhung oder Erhaltung der Leistung bereits verwendet
werden, die Verbrennungsluft dem Verbrennungsraum (Zylinder) unter einem Druck zuzuführen,
welcher den `'Wechsel des Spielspaltes von einer Stelle zur anderen verhindert.
Da aber eine solche Anlage zum Betrieb selbst Kraft benötigt, wird sie dann, wenn
vom ;Motor keine Kraftabgabe verlangt wird, ausgeschaltet, womit bewirkt wird, daß
in der Zeit, während welcher die Alitriebsräder oder die I_ üftschraube durch ihre
rückwirkende Kraft die Motorkolben weiter betätigen, die Saugwirkung -wieder in
Erscheinung tritt. Abgesehen von unnützem Kraftftoffverbrauch aus der Leerlaufspeisedrüse
kann dadurch einesteils Auskühlung der den Verbrennungsraum, umgebenden Teile mit
Kondenswasserbildung, durch welche das Schmieröl in schädlicher Weise verdünnt wird,
verursacht oder auch Verölen oder Ku.rzschluß der Zündherzen bewirkt, andernteils
aber auch eine unerwünschte Bremswirkung verursacht werden.
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Erfindungsgemäß unterscheidet sich der Gegenstand der Erfindung von
den bisherigen Ausführungen dadurch, daß zwischen den einzelnen Teilen des Kolbens,
die ini nachfolgenden als Stützglied und als Druckglied bezeichnet sind, gar keine
zwangsläufige Verbindung vorhanden ist. - Als Stützglied ist derjenige Teil, welcher
mit dem Koppelglied in form- oder kraftschlüssiger Verbindung steht und als Druckglied
der vom Flud beauischlagte oder zu beaufschlagende Teil bezeichnet. Um ein Festsaugen
der beiden Teile aneinander zu verhindern, ist das Stützglied mit Ausnehmungen,
Nuten oder Offnungen, wie bereits bekannt, versehen, wodurch der vor und hinter
dem Stützglied befindliche Raum miteinander verbunden wird. Durch diese Anordnung
der gegeneinander beweglichen Teile des Kolbens ist die Tätigkeit des Druckgliedes
in die Abhängigkeit des Vorhandenseins von Druck auf der Seite der Flude gesetzt.
Ist ein solcher vorhanden, so legt sich das Druckglied am Stützglied an, und beide
Teile legen den Bewegungsweg gemeinsam zurück, während bei fehlendem Druck das Druckglied
zurückbleibt und das vom Koppelglied angetriebene Stützglied seine Bewegung allein
fortsetzt, so daß das Druckglied unmöglich eine Saugbewegung ausführen kann. Die
Kraftschlüssigkeit zwischen Koppelglied und Stützglied wird erfindungsgemäß hierbei
so durchgeführt, daß die Druckfeder, die natürlich auch mehrfach angeordnet sein
kann, zwischen das Stützglied und das Druckglied eingesetzt ist, wobei das letztere
bei mangelndem Druck der Flude gegen einen :Anschlag, der beispielsweise durch den
Boden des Zylinders gebildet sein kann, gehalten wird. Durch diese Anordnung der
Druckfeder wird gegenüber der bekannten Anordnung, bei der die letztere sich bei
jeder Bewegung des Kolbens spannen und entspannen muß, der große Vorteil erreicht,
daß bei gemeinsamer Tätigkeit des Stütz- und des Druckgliedes der Druckfeder das
Entspannen abgenommen ist. Diese macht somit die Bewegung des Kolbens in dauernd
gespanntem Zustand einfach mit. Um die Druckfeder vor Überlastung und Beschädigungen
zu schützen, ist in der Formgebung des Stütz- und des Druckgliedes Vorsorge getroffen,
daß der Arbeitsdruck diese nicht vollständig zusammendrücken kann bzw. die Übertragung
des Arbeitsdruckes vom einen zum anderen Teil durch vor der gänzlichen Zusaminendrückung
der Druckfeder erfolgende gegenseitige Anlegung in direkter Weise erfolgt.
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Die durch die besondere Anordnung der
Druckfeder gebotenen
Vorteile rechtfertigen auch die Anwendung der Druckfeder zwischen einem Stütz- und
einem Druckglied bei durch Druckluft, Dampf oder Druckflüssigkeit betriebenen Motoren,
ohne daß dabei an und für sich etwa saugwirkungsfreie Kolben notwendig wären. In
solchen Fällen liegt dann der Vorteil allein in der dadurch ermöglichten besonders
einfachen und trotzdem betriebssicheren Bauart der stets kraftschlüssigen Gelenke,
was besonders bei Ax,ialkolbenmaschinen mit Kugelgelenken von besonderem Wert ist.
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Um ein besonders anzutreibendes Ladeaggregat für die Unterdrucksetzung
des Fludes beispielsweise einen Kompressor oder eine Ladepumpe, zu vermeiden, kann
erfindungsgemäß das Stützglied auch so gestaltet sein, daß es in einem von demjenigen
Raum, in dem das Druckglied arbeitet, durch eine feste Wandung getrennten Raum als
Hilfskolben wirkt.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung in vier voneinander verschiedenen
Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. r zeigt das mit Ausgleichöffnungen c2 versehene
Stützglied e und däs Druckglied b innerhalb eines Zylinders a, der beispielsw eise,
zu einem Verbrennungsmotor gehören kann, wobei das Stützglied'an einer Kolbenstange
in formschlüssiger Weise mittels Bolzen angelenkt ist. Es ist aus der Zeichnung
ersichtlich, daß das Druckglied b das Stützglied e in seiner Bewegung nur dann begleiten
kann, wenn das I# lud, beispielsweise Verbrennungsluft, dem Zylinder durch äußere
Kräfte unter Druck zugeführt wird.
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Fig. 2 zeigt einen Zylinder a mit zwei Scheidewänden a1 und a2, durch
welche zwei Abteile gebildet sind, von denen das eine durch das Druckglied b in
die beiden Räume a3 und a4 und das- andere durch den auf dem eine -Stange bildenden
Stützglied c, welches in zentrisch zu den zylindrischen Wandungen a in den Scheidewänden
a1 und a2 vorgesehenen Öffnungen abdichtend geführt ist, festsitzenden Hilfskolben
c1 in die beiden Räume a5 und a° aufgeteilt ist. Das Stützglied c besitzt hierbei
zum Zweck der Koppelung einen Kugelkopf c5, der natürlich auch durch eine beliebige
andere Form ersetzt sein kann. Diese besondere Ausbildung des Stützgliedes c kann
in Verbindung mit der Ausführungsform des Zylinders a zur Beschaf-' Jung von Verbrennungs-
und Spülluft' sowie gegebenenfalles auch zur Schaffung eines Luftvorrates in einem
Speicher dienen.
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Fig. 3 zeigt ein Druckglied b mit halsartiger Verlängerung b1 und
ein Stützglied c mit einer die Saugwirkung verhindernden Nut c2 in schraubengangförmigler
Anordnung und eine halsartige Verlängerung cl. Zwischen dem Druckglied b und dem
Stützglied c ist eine über die Verlängerungen b1 und- cl greifende Druckfeder d
angeordnet, welche so bemessen ist, daß - die einander zugekehrten Stirnflächen
der Verlängerungen zur gegenseitigen Berührung kommen, bevor die einzelnen Windungen
der Druckfeder d aufeinander zu liegen kommen und die letztere dadurch vor Überlastung
und Zerstörung gesichert ist. Die gestrichelt gezeichnete Koppelung des Stützgliedes
c mit. einer Kolbenstange ohne Mitverwendung einer Rückholschale wird durch den
Druck der Druckfeder d beständig kraftschlüssig aufrechterhalten. Bei fehlendem
Gegendruck durch die Flude legt sich das Druckglied b unter dem Einfluß der Druckfederd
am Anschlage' des Zylinders an.
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Fig. 4 zeigt ein Druckglied b und ein Stützglied c unter Zwischenschaltung
einer Druckfeder d in der Weise, daß die letztere sich innerhalb Wandungen des Stützgliedes
und des Druckgliedes befindet, wobei zur Verhinderung des Einklemmens einzelner
Federwindungen zwischen den Stirnflächen der Wandungen die letzteren eine besondere
Ausbildung besitzen. Diese besteht xlarin, daß die Wandung des Stützgliedes c eine
Anzahl (auf der Zeichnung q.) nach innen stehende und in Richtung der Kolbenachse
streifenförmig verlaufende Rücksprünge c3 hat, welche mit den gegeneinander gerichteten
Flächen eine Führung für die Druckfeder d bilden und am Druckglied b vier gegen
das Stützglied gerichtete streifenförmige Vorsprünge b1 angeordnet sind, welche
in zwischen den Rücksprüngen c3 der Wandung des Stützgliedes c befindliche Zwischenräume
c4 eingreifen, so daß damit die Führung der Druckfeder d vervollständigt und absatzlos
gestaltet und ein Austreten einzelner Windungen verhindert ist. An denjenigen Stellen
des Stützgliedes c, an denen sich die Rücksprünge c3- befinden, bilden diese an
der Außenwandung längs verlaufende --Rillen c2, welche das .Auftreten der Saugwirkung
verhindern.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen bildet die Wandung des
Arbeitsraumes, in dem das Druckglied arbeitet, die direkte Führung für das Stützglied.
Es ist natürlich auch möglich, ohne das Wesen der Erfindung zu verändern, die Mantelwandung
des Druckgliedes zu -verlängern und das Stützglied in diesem zu führen, was die
erfindungsgemäße Anordnung der Druckfeder- nicht hindert. Es wird jedoch befürchtet,
daß diese Bauart infolge der Reibung der beiden Teile aufeinander die Saugwirkungsfreiheit
etwas beein- i trächtigt. Bei Anordnung des Stützgliedes im Druckglied können die
Mittel zur Verhinderung
der Saugwirkung auch in Teilen der Mantelwandung
des Druckgliedes vorgesehen sein.