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Schwungradlose Kolbenkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
schwungradlose Kolbenkraftmaschinen mit Vor- und Hauptsteuergliedern, bei denen
<las Vorsteuerglied als Steuerschiel>er ausgebildet ist. l@ei vorbekannten Steuerungen
dieser =1rt besitzt der Vorsteuerschieber. sowohl die Steuerkanten, die den Antriebsdampf
für das Hauptsteuerglied steuern, als auch solche Steuerkanten, welche den eigenen
Antriebsdampf für den Vorsteuerschieber steuern. Das erfordert eine genaue Lage
und Größe der Steueröffnungen, was natürlich Schwierigkeiten in der Herstellung
der Teile sowie eine größere Anfälligkeit gegen Störungen mit sich bringt. Die Erfindung
vermeidet diese Nachteile in erster Linie dadurch, daß der Vorsteuerschieher nur
die den Antriebsdampf für das Hauptsteuerglied steuernden Kanten besitzt und durch
von ihm getrennte Kolben bewegt wird, die mit vom Kraftmaschinenkolben gesteuertem
Dampf angetrieben werden. Dabei werden die von dem eigentlichen Vorsteuerschieber
getrennten Kolben (Betätigungskolben) lediglich dadurch bewegt, daß wechselweise
die eine oder die andere Kolbenseite mit Frischdampf beaufschlagt wird; diese Kolben
überschleifen also keine bezüglich Lage und Größe genau herzustellenden Steuerkanten.
Aber auch die steuernden Kanten des eigentlichen Vorsteuerschiebers erfordern keine
genaue Lage und Größe der von ihnen überstrichenen Kanäle, weil sich der Vorsteuerschieber
immer nur zwischen zwei Endstellungen bewegt und in diesen seine steuernden Kanten
einen verhältnismäßig großen Abstand von den geöffneten bzw. überdeckten Kanälen
haben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes
bei drei verschiedenen Stellungen der beweglichen Teile in Fig. 1, 2 und 3 schematisch
dargestellt.
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Der Arbeitszylinder der schwungradlosen Dampfmaschine ist mit i und
der Arbeitskolben mit 2 bezeichnet.
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Das Hauptsteuerglied besteht aus einem lotrecht angeordneten Kolbenschieber
3, der an seinem oberen Ende eine große Kolbenscheibe 4 und an seinem unteren Ende
eine kleine Scheibe 5 trägt. Auf der beide Scheiben miteinander verbindenden Stange
sitzen fest zwei Steuerscheiben, die denselben Durchmesser haben wie die große Scheibe
,4 und einen Ringraum 6 einschließen. Zur Verbindung des Raumes 7, der zwischen
der kleinen Kolbenscheibe 5 und der unteren Steuerscheibe liegt, mit dem Raum 8,
der zwischen der oberen Steuerscheibe und der großen Kolbenscheibe 4 liegt, dient
ein Kanal g. Frischdampf wird zugeführt durch eine Bohrung io, die bei jeder Stellung
des Kolbenschiebers 3 in den Raum 7 mündet. Etwas oberhalb von der Bohrung io geht
eine Leitung i i ab, die nach dem oberen Ende des Arbeitszylinders i führt. Die
Abdampfleitung 12 zweigt an einer etwas höheren Stelle ab, die bei jeder Stellung
des Kolbenschiebers 3 mit dem Raum 6 in Verbindung steht. Die Abdampfleitung 12
ist mit dem unterhalb der kleinen Kolbenscheibe 5 befindlichen Raum 13 verbunden.
Oberhalb des Anschlusses der Leitung 12 ist der Anschluß einer Leitung 14, die nach
dem unteren Ende des Arbeitszylinders i führt.
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Das Vorsteuerglied weist den Vorsteuerschieber 16 und zwei von ihm
getrennte Betätigungskolben 17, 18 auf. Die Bohrung, in welcher der Vorsteuerschieber
16 geführt ist, ist durch einen von ihrer Mitte ausgehenden Kanal i9 mit dem Raum
20 verbunden, der sich oberhalb der großen Kolbenscheibe 4 des Hauptsteuerschiebers
3 befindet. Links von dem Kanal i9 mündet in die Bohrung des Vorsteuerschiebers
eine Frischdampfleitung 21, während rechts von dem Kanal i9 eine Abdampfleitung
22 abgeht. Der Vorsteuerschieber 16 ist in seinem mittleren Bereich verjüngt und
ragt mit seinen Enden in die Zylinder der Betätigungskolben 17, i8 hinein, die einen
erheblich größeren Durchmesser haben als er. Von dem links von dem Betätigungskolben
17 befindlichen Raum 23 führt eine Leitung 24 nach einer Stelle des Arbeitszylinders,
die um etwas mehr als die Dicke des Arbeitskolbens 2 unterhalb des oberen Endes
des Arbeitszylinders liegt. Der rechts von dem Betätigungskolben 17 liegende Raum
25 ist durch eine Leitung 26 mit der Leitung i i und der links von dem Betätigungskolben
18 liegende Raum 27 durch eine Leitung 28 mit der Leitung 14 verbunden. Von dem
rechts vom Kolben 18 liegenden Raum 29 führt eine Leitung 30 zu einer Stelle
des Arbeitszylinders i, die um etwas mehr als die Dicke des Arbeitskolbens höher
liegt als das untere Ende des Arbeitszylinders.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Zustand befindet sich der Vorsteuerschieber
16 in seiner rechten Endlage, in der er über den Kanal i9 die Verbindung zwischen
dem oberhalb des Hauptsteuerkolbens 3 befindlichen Raum 20 und der Abdampfleitung
22 herstellt. Da sich in dem Raum 7 Frischdampf befindet und in dem Raum 13 Abdampfdruck
herrscht, wirkt auf den Hauptsteuerschieber 3 eine Kraft nach oben entsprechend
dem Unterschied zwischen den Flächen der großen Kolbenscheibe 4 und der kleinen
Scheibe 5 und entsprechend dem Unterschied zwischen dem Frischdampf- und dem Abdampfdruck.
Der Kolbenschieber 3 wird daher in seiner oberen Endlage gehalten. Infolgedessen
strömt Frischdampf aus der Bohrung io durch den Raum 7 und die Leitung i i in den
oberen Raun des Arbeitszylinders i. Aus dessen unterem Raum entweicht der Dampf
durch die Leitung 14, den Raun 6 und die Abdampfleitung 12. Der Arbeitskolben 2
wird daher nach unten getrieben. Der linke Betätigungskolben, der sich in seiner
linken Endlage befindet, ist durch die Leitungen 2.1 und 26 auf beiden Seiten mit
Frischdampf beaufschlagt, der rechte Betätigungskolben 18 hingegen, der seine rechte
Endlage einnimmt, ist beiderseits über die Leitungen 28 und 30 mit der Abdampfseite
des Arbeitszylinders i verbunden.
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Wenn der Arbeitskoll)en 2 gemäß Fig. 2 seine untere Endlage erreicht,
überstreicht er die Abzweigstelle der Leitung 30, so daß diese mit dem oberhalb
des Kolbens 2 befindlichen, mit Frischdampf gefüllten Teil des Arbeitszylinders
in Verbindung tritt. Infolgedessen tritt in den Raum 29 Frischdampf, der den rechten
Betätigungskolben 18 nach links schiebt, wobei der in dem Raum 27 befindliche, unter
Abdampfdruck stehende Dampf durch die Leitungen 28 und 14, den Raum 6 des Hauptsteuerschiebers
3 und die Abdampfleitung 12 entweicht. Der Betätigungskolben i8 hat bei seiner Bewegung
den Vorsteuerkolben 16 in seine linke Endlage geschoben. Infolgedessen ist die Abdampfleitung
22 verschlossen und die Verbindung zwischen der Frischdampfleitung 21 und dem Kanal
i9 hergestellt. Es strömt daher Frischdampf in den Raum 20 und schiebt den Hauptsteuerkolben
3 nach unten mit einer Kraft, die def Fläche der kleinen Kolbenscheibe 5 und dem
Unterschied zwischen dem Frischdampfdruck und dem auf die kleine Fläche wirkenden
Abdampfdruck entspricht.
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Der Hauptsteuerkolben 3 gelangt in die in Fig.3 dargestellte untere
Endlage. Hierdurch tritt die Leitung i i in Verbindung mit dem immer unter Abdampfdruck
stehenden Raum 6 und die Leitung 14 in Verbindung mit dem Raum 8, der durch den
Kanal 9 mit dem immer unter Frischdampfdruck stehenden Raum 7 verbunden ist. Es
strömt daher nun Frischdampf nach der Unterseite des Arbeitskolbens 2, während aus
dem oberhalb des Kolbens 2 befindlichen Teil des Zylinders i Abdampf entweicht,
so daß der Arbeitskolben nach oben getrieben wird.
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Die Umschaltung des Hauptsteuerschiebers 3 bewirkt außerdem, daß der
linke Betätigungskoll
>en 17 beiderseits unter Abdampfdruck
steht, da die Räume 23 und 25 durch die Leitungen 24 und 26 mit dem oberen Teil
des Arbeitszylinders bzw. der nunmehrigen ' Abdampfleitung i i verbunden sind. Der
Betätigungskolben 17 ändert daher seine Lage nicht. Der andere Betätigungskolben
18 hingegen wird links über die Leitungen 28 und 14 mit Frischdampf beaufschlagt,
während der rechts von ihm befindliche Raum 29 durch die Leitung 30 mit dem
Abdampfraum des Arbeitszylinders verbunden ist, solange der Arbeitskolben 2 seine
untere Endlage einnimmt. Der Betätigungskolben 18 wird daher in seine rechte Endlage
geschoben.
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Wenn beim darauffolgenden Aufwärtsgang des :1r1>eitskoll)eiis 2 dieser
über die Anschlußstelle der Leitung 3o hinweggeglitten ist, leitet diese Frischdampf
aus dem unteren Teil des Arbeitszylinders i in den Raum 29, so daß der Betätigungskolben
18 nunmehr beiderseits mit Frischdampf beaufschlagt ist, was keine Änderung seiner
Lage zur Folge hat.
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Wenn der Arbeitskolben 2 in seine obere Endlage gelangt, tritt die
Leitung 24 in Verbindung mit dem unterhalb des Arbeitskolbens befindlichen, mit
Frischdampf gefüllten Teil des Zylinders i. Infolgedessen strömt in den Raum 23
Frischdampf, der den linken Betätigungskolben 17 nach links bewegt. Dieser schiebt
dabei den Vorsteuerschieber 16 wieder in seine in Fig. i dargestellte rechte Endlage,
so daß der oberhalb des Hauptsteuerschiebers 3 befindliche Raum 20 über den Kanal
t9 wieder mit der Abdampfleitung 22 verbunden und der Hauptsteuerschieber in seine
obere Endlage geschoben wird. Infolgedessen wird in der schon beschriebenen Weise
der Arbeitskolben oben mit Frischdampf beaufschlagt, während der unterhalb von ihm
befindliche Zylinderraum unter Abdampfdruck steht. Hierdurch erhalten der Raum 25
über die Leitung 26 Frischdampfdruck und der Raum 23 über die Leitung 24 Abdampfdruck,
so daß der Betätigungskolben 17 in seine linke Endlage geschoben wird. Wenn sich
der Arbeitskolben 2 so weit nach unten bewegt hat, daß auch die Leitung 24 Frischdampfdruck
erhält, ist der Zustand von Fig. i wiederhergestellt, von dem die Schilderung der
Arbeitsweise ausging.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Umsteuerung immer erst dann
erfolgt, wenn sich der Arbeitskolben in seiner oberen oder unteren Endlage befindet,
also bei Stillstand des Kolbens. Es werden daher z. B. bei Antrieb einer Wasserpumpe
die gefährlichen Ventilschläge vermieden, die auftreten, wenn umgesteuert wird,
bevor der Arbeitskolben zur Ruhe gekommen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf Dampfmaschinen beschränkt, sondern kann
z. B. auch bei schwungradlosen Kolbenkraftmaschinen mit einem anderen Arbeitsmittel,
z. B. Preßluft, Anwendung finden.