DE84731C

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Publication number: DE84731C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

HUGO JUNKERS in DESSAU.

und mit Steuerung durch die Arbeitskolben.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 23. Oktober 1894 ab.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Vereinfachung der Steuerung und eine Verbesserung der Arbeitsweise solcher Maschinen, in denen eine Arbeitsflüssigkeit, wie Dampf, Luft oder Gase, in mehreren Cylindern nach einander entweder zur Expansion (Expansionsmaschine) oder Compression (Compressionsmaschine) gelangt.

Die Maschine wird zu diesem Zweck so eingerichtet, dafs das Ueberströmen der Arbeitsflüssigkeit aus einem Cylinder in den nächstfolgenden durch einen Verbindungskanal hindurch durch den Arbeitskolben vermittelt wird, der' in dem Cylinder läuft, in welchem die höheren Drucke vorhanden sind. Das Ueberströmen bedeutet: bei Expansionsmaschinen (mit durch den Druck in den Cylindern getriebener Kurbelwelle) den Auslafs aus dem Cylinder mit den höheren Drucken und den Einlafs in den nächstfolgenden Cylinder; bei Compressionsmaschinen (mit durch die Kurbelwelle getriebenen Cylinderkolben) den Einlafs in den Cylinder mit den höheren Drucken und den Auslafs aus dem vorhergehenden Cylinder.

Als Beispiel zeigt Fig. 1 im senkrechten Schnitt eine einfach wirkende Maschine mit drei Cylindern,

Fig. 2 als Abart eine doppelt wirkende Maschine mit drei Cylindern,

Fig. 3 eine Endansicht der Kurbelwelle und Fig. 4 ein Arbeitsdiagramm der Maschine.

In Fig. ι sind die Cylinder I, II und III stufenartig neben einander angeordnet, oben durch Deckel a- bezw. b² bezw. c² geschlossen und unten offen. Mit einer Kurbel k^l der Welle S, die in Lagern g und g¹ des Gestells G gelagert ist, steht der Kolben A des Cylinders I durch die Schubstange a^l in Ver¹ bindung, die an einen Querbolzen a des Kolbens A angreift. Mit einer zweiten Kurbel k¹¹ der Welle S steht der Kolben B des Cylinders II durch die Schubstange b^l in Verbindung, die an einen Querbolzen b des Kolbens B angreift. Die Verbindung der dritten Kurbel k^UI der Welle S mit dem Kolben C des Cylinders III wird durch Schubstange c¹ und Querbolzen c hergestellt.

Der unter dem Deckel a² einmündende Vertheilungskanal m des Cylinders I steht mit dem mit Rohrstutzen d versehenen Gehäuse D des Vertheilungsschiebers d¹ in Verbindung, dessen Stange d² an Cylinder I bei d⁵ geführt ist. Unten an die Stange d² greift die Stange d* des Excenters d³ an, das auf der Welle S festsitzt. Unter dem Deckel b'² des Cylinders II stellt der Vertheilungskanal η eine Verbindung zwischen den Cylindern I und II her. Unter dem Deckel c² des Cylinders IH wird durch Vertheilungskanal ο die Verbindung zwischen den Cylindern II und III hergestellt, und ein ebenfalls unter dem Deckel c² liegender Kanal c⁸ des Cylinders III führt in das mit Rohrstutzen e versehene Gehäuse E eines Vertheilungsschiebers e¹, dessen Stange e² mit der Stange e⁴ des Excenters e³ der Welle S verbunden ist.

Der Verbindungskanal η mündet in den Cylinder I mit den höheren Drucken kurz vor dem inneren —- d. h. der Welle zugekehrten —

Hubende des Kolbens A, in den Cylinder II, jenseits des äufseren Hubendes des Kolbens B. Es besteht dann so lange eine unbehinderte Verbindung der beiden Cylinder I und II, als der Kolben A den Kanal freimacht, und es herrscht während dieser Zeit in den Cyrindern I und II der gleiche Druck. Das. Ueberströmen der Arbeitsflüssigkeit kann nun in vollkommener Weise erfolgen, wenn bei Wirkung der Maschine als Expansionsmaschine, die auf Welle S Kraft überträgt, durch Expansion von Dampf, Gas, Druckluft u. s. w. bei Eröffnung des Kanals η durch Kolben A der Kolben B an seinem äufseren Hubende steht, so dafs die Füllung im Cylinder II beginnt, die natürlich bei Schlufs des Kanals η durch den Kolben A beendet ist. Bei Wirkung der Maschine als Compressionsmaschine, auf deren Kolben ABC umgekehrt von Welle S Kraft übertragen wird, steht bei Schlufs des Kanals η durch den Kolben A der Kolben -B an seinem äufseren Hubende, so dafs das Ueberdrücken der Arbeitsflüssigkeit aus Cylinder II in Cylinder I beendet ist, das natürlich beim Eröffnen des Kanals durch den Kolben A begonnen hat.

Um diese Stellung der Kolben zu einander zu erreichen, wird das Getriebe der beiden Kolben entsprechend eingerichtet, z. B. durch Versetzung der beiden zugehörigen Kurbeln kl k" der Welle S (Fig. 3). Die Einrichtung des Getriebes für Expansionsmaschinen ist die gleiche wie für Compressionsmaschinen; wenn eine Maschine rechts herumlaufend als Expansionsmaschine arbeitet, so ist dieselbe links herumlaufend eine Compressionsmaschine.

In der gleichen Weise wie zwischen den Cylindern I und II kann auch zwischen den Cylindern II und III durch Kanal 0 das Ueberströmen der Arbeitsflüssigkeit erfolgen, weiter zwischen einem Cylinder III und IV u. s. f. Abgesehen von dem ersten und letzten Cylinder fällt immer Beginn und Ende des Einlasses in den einen Cylinder zusammen mit Beginn und Ende des Auslasses aus dem anderen Cylinder, wobei zwischen den Cylindern kein besonderes Vertheilungsorgan nothwendig ist. Die Maschine erhält also — gleichgültig in wieviel Stufen die Expansion oder Compression erfolgt — nur ein Einlafsorgan (den Schieber d^l) für den ersten Cylinder und ein Auslafsorgan (den Schieber e¹) für den letzten Cylinder.

Das Diagramm einer in obiger Weise arbeitenden Maschine ist in Fig. 4 dargestellt. Die mit t¹ t^u t^IU bezeichneten schädlichen Räume sind nach Verhältnifs der durch die Längen γι γιι γιιι dargestellten Gröfsenverhältnisse der Cylinder I, II und III als Abscissen aufgetragen. Bei einer Maschine, die durch Expansion von Arbeitsflüssigkeit (Dampf, Gase, Druckluft) Kraft auf die Welle S überträgt, findet von 1 bis 2 die Füllung des Hochdruckcylinders durch ein besonderes Einlafsorgan hindurch (Schieber) statt. Von 3 bis 4 im Cylinder I (entsprechend

5 bis 6 im Cylinder II) erfolgt durch Kanal η das Ueberströmen in den Cylinder II. Daran schliefst sich Einzelexpansion im Cylinder II bis 7, wo das Ueberströmen durch Kanal 0 nach Cylinder III beginnt, das bis 8 dauert, und in dieser Zeit gelangt der Kolben C von 9 nach 10. In 11 beginnt der Auspuff durch den Auslafsschieber e¹ hindurch bis nach 13, wo die Compression im Cylinder III beginnt, die in 9 aufhört. Von 8 bis 5 und von 4 bis ι erfolgt die Compression in den Cylindern II und I. Zu beachten ist hierbei, dafs wegen des frühen Beginnes der Compression die todten Räume in den einzelnen Cylindern eine gewisse Gröfse haben müssen, damit der Compressionsenddruck nicht zu hoch steigt.

Bei einer Compressionsmaschine beginnt in 9 die Expansion der im todten Räume befindlichen Arbeitsflüssigkeit, von 13 bis 11 erfolgt das Ansaugen durch Einlafsschieber e¹ hindurch, woran sich bis 10 die Compression im Cylinder III anschliefst. Wenn Kolben C in 10 ist, macht Kolben B in 8 den Verbindungskanal ο zwischen den Cylindern II und III frei, so dafs yon 8 bis 7 entsprechend 10 bis 9 das Ueberströmen in den Cylinder II erfolgt. Von 7 bis 6 ist Compression im Cylinder IL Von

6 bis 5 — entsprechend 4 bis 3 in Cylinder I — erfolgt das Ueberdrücken aus Cylinder II in Cylinder I, daran schliefst sich in Cylinder I bis 2 die Compression in diesem Cylinder, worauf die Arbeitsflüssigkeit von 2 bis 1 durch das Auslafsorgan (Schieber, Ventil) d¹ in den (hier nicht dargestellten) Windkessel gedrückt wird.

Da die betreffenden Kolben die Vertheilungs^L organe sind, so müssen die Punkte 3 und 4, ferner 7 und 8 im Diagramm Fig. 4 senkrecht über einander liegen, d. h. in gleichem Abstand von dem Hubende des Kolbens. Je weiter die Punkte 3 und 4 bezw. 7 und 8 vor dem Hubende liegen, um so langer dauert das Ueberströmen. Es läfst sich erreichen, dafs das Ueberströmen aus Cylinder I in Cylinder Π so lange dauert, dafs der Kanal von Cylinder II durch den Kolben -B schon geöffnet wird, ehe Kolben A den Kanal des Cylinders I schliefst, so dafs also für eine gewisse Zeit eine Verbindung zwischen den drei Cylindern besteht.

Das Einlafsorgan für den von der Arbeitsflüssigkeit zuerst durchlaufenen Cylinder und das Auslafsorgan für den letzten Cylinder können in irgend einer bekannten Weise, die bei Expansions- oder Compressionsmaschinen gebräuchlich ist, gesteuert werden. Bei Compressionsmaschinen können dieselben auch selbsttätige Ventile sein.

Beispielsweise könnte der Auspuff aus Cylinder III einer Expansionsmaschine durch den

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Kolben C gesteuert werden. Es müfste dann unter Wegfall des Schiebers e¹ in Fig. ι der punktirt gezeichnete Auspuffkanal F angebracht werden. Im Diagramm würde dieser Kanal F etwa in 11 eröffnet werden, der Auspuff würde erfolgen, bis der Kolben C nach Ueberschreitung seines Hubendes 14 den Kanal in 12 (senkrecht unter 11) wieder schliefst, worauf die Compression beginnt, die in 9 beendet ist.

Auch bei Gasmaschinen kann das vorliegende System Anwendung finden, wenn nämlich die heifsen Gase in mehreren Cylindern nach einander expandiren sollen.

Die Leistung einer Expansionsmaschine kann durch Drosselung der gespannten Arbeitsflüssigkeit und durch Veränderung der Füllung im Cylinder I verändert werden. Hierbei treten in den Diagrammen der einzelnen Cylinder mehr oder weniger, grofse Spannungsabfälle auf. Dieselben kann man vermindern durch entsprechende Veränderung der todten Räume in den Cylindern, z. B. durch verschiebbare, in einer Stopfbüchse geführte Cylinderdeckel.

Bei der in Fig. 2 dargestellten, doppelt wirkenden Maschine sind die Cylinder I, II und III in einer Ebene neben einander angeordnet. Oben sind sie wie in Fig. 1 mit Deckeln a¹ bezw. b'² bezw. c² und Kanälen m bezw. η bezw. ο versehen, unten mit den Deckeln a³ bezw. b^s bezw. c³ und Kanälen m¹ bezw. n^x bezw. o¹.

Die Kanäle m und in¹ des Cylinders I münden in das mit Rohrstutzen d versehene Gehäuse D des Schiebers d¹. Die Stange d² des letzteren ist bei d^h am Cylinder I geführt und unten an dieselbe greift die Stange <f⁴ des Excenters d^B der wiederum mit den Kurbeln k¹ k¹¹ k^ln versehenen Welle S an.

Die Kanäle η und n¹ stellen zwischen den Cylindern I und II oben bezw. unten Verbindung her, die Kanäle ο und o¹ zwischen den Cylindern II und III. Auf der Mitte des letzteren liegt der Stutzen c⁸ für Auspuff bei Wirkung als Expansionsmaschine, bezw. für Einlafs bei Wirkung als Compressionsmaschine.

An den Kolbenstangen a* bezw. b* bezw. c⁴ der Kolben ABC der Cylinder sitzen Kreuzköpfe a^a bezw. b⁶ bezw. ,c⁶, die an Gleitschienen α^Ί bezw. b¹ bezw. c⁷ geführt sind, und an die Querbolzen α⁵ bezw. b⁵ bezw. c⁵ der Kreuzköpfe greifen die Schubstangen a¹ bezw. b¹ bezw. c¹ an, die mit den Kurbeln k¹ k^I! k^ul der Welle S verbunden sind.

Je kürzer die Ueberströmkanäle werden sollen, um so länger müssen die Kolben ABC ausgeführt werden. Das Minimum der Kolbenlänge mufs aber immer gröfser sein als die Hublänge. Im dargestellten Beispiel sind die gleichen Kolbenseiten durch einen Kanal verbunden, also je zwei obere Kolbenseiten oder je zwei untere Kolbenseiten. Die Kanäle können natürlich auch so geführt werden, dafs eine obere Kolbenseite mit der unteren Seite des anderen zugehörigen Kolbens verbunden wird. Die zusammengehörigen Kurbeln erhalten dann einen um i8o° versetzten Voreilwinkel.

Claims

Patent-Ansprüche:

Eine Maschine mit mehrstufiger Verdünnung (Expansion) von gas- oder dampfförmigen Körpern und mit Benutzung jedes unter höherem Druck arbeitenden Kolbens als Vertheilungsschieber für den Kolben der nächstniedrigeren Druckstufe, dadurch gekennzeichnet, dafs der Kolben mit höherem Druck vor Beendigung seines Arbeitshubes eine Ueberströmöffnung in (oder nahezu in) dem Augenblick freilegt, wenn der Kolben mit niedrigem Druck seinen Arbeitshub beginnt, und beim Rückhub nach Abschlufs der Ueberströmöffnung das zurückgebliebene Gas (oder Dampf) in einem Räume verdichtet, der so bemessen werden kann, dafs seine Spannung bei Beendigung des Rückhubes der Spannung des neu zuströmenden Gases (oder Dampfes) gleich ist.
Eine Maschine zur Verdichtung (Compression) von gas- oder dampfförmigen Körpern, welche sich aus der Maschine nach Anspruch 1 durch Umkehrung der Drehungsrichtung ergiebt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.