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Für Kolbendampf- und andere Gasexpansionsmaschinen mit Schlitzauslaß
des Arbeitsmittels bestimmtes selbsttätiges Hilfsauslaßventil Kolbendampfmaschinen
und andere Expansionsmaschinen, welche mit Schlitzauslaß arbeiten, auch Gleichstrommaschinen
genannt, benötigen meistens Hilfsauslaßventile, da man sonst zu hohe Kompressionsgrade.
erhält.
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Diese Hilfsauslaßventile bedingen einen unverhältnismäßig großen Aufwand
für ihre mechanische Betätigung, und es ist daher schon angeregt worden, diese Ventile
automatisch wirkend auszubilden. Als besonders störend und somit als ein Nachteil
der bisher bekanntgewordenen selbstt ätigen Anordnungen wird aber in der Praxis
stets i Z'
die damit verbundene Vergrößerung des schädlichen Raumes empfunden.
Es sind vom Druck im Arbeitsraum des Zylinders gesteuerte Auslaßventile bekannt,
die infolge Absperrung des direkten Ausflußweges des Kraftmittels zu demselben durch
einen Ansatz des Arbeitskolbens vom Kompressionsdruck zum Schluß zum Öffnen gebracht
werden. Der ringförmige Ansatz des Arbeitskolbens taucht dabei in einen Ringraum
zwischen dem topfartigen Ventilkörper und einer topfartigen Ausbuchtung der Stirnwand
der Maschine ein und sperrt so den direkten Ausflußweg bei durch Federkraft geöffnetem
Auslaßventil ab. Die Höhe dieses Ansatzes bestimmt den Beginn der Kompression, d.
h. des Ventilschlusses. Abgesehen von den werkstattmäßigen Schwierigkeiten,
zwischen
dem Ringansatz am Kolben -beim Zusammenwirken mit dem Ringraum an der Stirnwand
Dichtheit zu erzielen, ist diese bekannte Ventilanordnung nicht als Hilfsauslaßventil
zu verwenden, da dies mit der Lage des Ventils in der . Stirnwand und dem vorgesehenen
Ringansatz nicht denkbar ist, Darüber hinaus ist das vorbekannte Ventil lediglich
für eine doppelt wirkende Dämpfmaschine gedacht, da zur Entlastung eines Steuerkolbens
für das Ventil über eine Steuerleitung zur Zylinderwand der Auslaßdruck, auf der
jeweils gegenüberliegenden Kolbenseite herangezogen werden soll.
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In Weiterentwicklung des Gedankens, ein selbsttätiges Auslaßventil
von den wechselnden Drücken des Arbeitsprozesses zu steuere, wird für Kolbendampf-
und andere Gasexpansionsmaschinen mit Schlitzauslaß des Arbeitsmittels ein selbsttätiges
Hilfsauslaßventil vorgeschlagen, das einen topfartig ausgebildeten Ventilkörper
hat und mit einer Verbindungsleitung zum Arbeitsraum des Zylinders versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist das Hilfsauslaßventil in der Zylinderwand des Kolbenmaschinenzylinders
innerhalb der Kolbenlauffläche an der Stelle des gewünschten Kompressionsbeginns
angeordnet, wobei der Ventilkörper des Hilfsauslaßventils mit verschieden großen,
von verschiedenen Drücken beaufschlagten Steuerflächen ausgerüstet ist und die Verbindungsleitung
vom Hilfsauslaßventil in den dem Ventil zugeordneten Totraum des Arbeitszylinders
mündet.
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Hierdurch wird erreicht, daß man mit der Lage des Ventils in der Zylinderwand
den Kompressionsbeginn beliebig bestimmen kann.
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Die topfartige Gestaltung des Ventilkörpers begründet eine nur unwesentliche
Veränderung des schädlichen Raumes beim Überfahren des Ventils durch 'den Arbeitskolben.
Schließlich ist das Ventil sehr leicht auszuführen, so daß auch bei geringen Druckunterschieden
der Steuerdrücke ein sicheres Arbeiten gewährleistet ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Wie in Abb. i und a dargestellt, ist das Topfventil über
das in Bewegungsrichtung mit einer Bohrung versehene Führungsstück a gestülpt. Der
zwischen dem inneren Ventilboden und dem Führungsbolzen verbleibende Steuerraum
3 ist über die Bohrung im Führungsstück z und eine in diese mündende Leitung 4.
mit dem Tatraum $ des Arbeitszylinders 6 verblinden. Der äußere tellerförmige Ventilboden
7 ist dem -Arbeitsraum des Zylinders 6 zugekehrt und schließt den in- die Zvlinderlaufbahn
führenden Kanal 8 ab. Der Führungsbolzen besitzt einen größeren Durchmesser als
der Ventilsitz, so daß das Ventil bei Überdruck im Arbeitsraum gegenüber dem -Auslaßraum
auf seinen Sitz gedrückt wird. Das Ventil ist im Öffnungssinne befedert. Das Verhältnis
zwischen Ventilsitzdurchmesser und Führungsdurchmesser wird unter Berücksichtigung
der Federkraft so gewählt, daß sich das Ventil bei Erreichen eines bestimmten Druckes
im Zylinder durch die überwiegende Federkraft öffnet und oberhalb dieses Druckes
durch eine überwiegende Druckdifferenz schließt.
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Nachdem der Kolben g die Auslaßschlitze io überfahren« hat und diese
"damit wirkungslos geworden sind, wird das Gas durch das Hilfsauslaßventil ausgeschoben,
bis die vordere Kolbenkante den in die Zvlinderlauffläche mündenden Kanal 8 des
Hilfsauslaßventils überläuft. In diesem Punkt beginnt die Kompression. Der steigende
Kompressionsdruck tritt durch die in den Totraum 5 mündende Leitung 4 in den Steuerraum
3 des Ventils und drückt dieses zu. Das Ventil bleibt so lange geschlossen, bis
der Kolben beim Rückwärtsgang die Auslaßschlitze io überläuft, so daß der Druck
im Zylinder auf den Auspuffdruck al7-siriken kann oder bis infolge jeder anderen
Drucksenkung, z. B. bei der Expansion, der Innendruck des Zylinders genügend niedrig
wird und die Feder des Hilfsauslaßventils nunmehr den Differenzdruck auf der Fläche
überwindet, die bestimmt wird durch den Sitzdurchmesser der Tellerfläche 7 einerseits
und@den Führungsdurchmesser des Führungsstückes z andererseits.
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In Abb. 3 ist der Druckverlauf in einem Diagramm dargestellt.
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Wenn der Zylinder mit kleinen Füllungsgraden arbeitet und je nach
den Druckverhältnissen die Expansionsspannung schon vor Freigabe der Auspuffschlitze
auf den Auspuffdruck gesunken ist, so öffnet das Hilfsauslaßventil sich und wirkt
damit als sogenannte »Schlingen<verhütung«, d. h., es vermeidet negative Arbeitsflächen
im Diagramm und ergibt somit geringsten Dampfverbrauch.
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Ein Vorteil der Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. der,
daß, wenn während der Füllungsperiode der Arbeitskolben das Hilfs@auslaßventil freigibt,
praktisch keine Änderung des Füllungsvolumens durch Hinzukommen eines zusätzlichen
Scha.draumes eintritt und somit der Verlauf der Einströmung nicht gestört wird,
was besonders bei der gleichzeitigen. Anwendung automatischer Einlaßventile von
Wichtigkeit ist.