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Kraftmaschine mit einen Hauptkolben und Steuerschieber enthaltendem
kombiniertem Arbeits- und Steuerkolben Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine
mit einen Hauptkolben und Steuerschieber enthaltendem kombiniertem Arbeits- und
Steuerkolben, bei dem Steuerschieber- und Hauptkolbenstirnfläche zusammen die Arbeitskolbenfläche
der Kraftmaschine bilden, das Arbeitsmittel der Kraftmaschine nur von der Stirnseite
her den irn kombinierten Arbeits- und Steuerkolben befindlichen Kanälen zugeführt
und nur von der Stirnseite aus abgeführt wird, die auf den Steuerschieber wirkenden
Kräfte mittels Vorstößen, die der Begrenzung des Steuerschieberverschiebeweges dienen,
auf den Hauptkolben übertragen werden und die Umsteuerung durch Auflaufen des Steuerschiebers
auf die jeweilige Stirnwand des Kraftmaschinenzplinders eingeleitet wird, nach Patent
947 477. Erfindungsgemäß sind ein oder mehrere Paare voneinander getrennter, der
Zuführung der als Arbeitsmittel
verwendeten gespannten Gase oder
Dämpfe zur Kraftmaschine und der Abführung von der Kraftmaschine dienender Steuerschieber
vorgesehen, von denen der eine ein Einlaßschieber, der andere ein Auslaßschieber
ist und wobei im Falle mehrerer Paare von Steuerschiebern die Paare in bezug auf
das Arbeitsmittel parallel geschaltet sind.
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Die Überdeckungen an den Ein- und Austrittsöffnungen können nun beliebig
und auch zueinander unterschiedlich gewählt werden.
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Diese Möglichkeit einerseits, mit der beliebig wählbaren Vor- und
Nacheilung der beiden Steuerschieber zueinander andererseits, jeweils gekoppelt
zur Wirkung gebracht, lassen technisch und betriebswirtschaftlich äußerst vorteilhafte
Lösungen zu.
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Die voneinander getrennte Umsteuerung des zu-und abzuführenden Arbeitsmittels
durch zwei selbständige Steuerschieber läßt außerdem eine geringere Baulänge des
kombinierten Arbeits- und Steuerkolbens bei verbesserten Dichtungsverhältnissen
zu.
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Schließlich ist der Einlaßschieber so ausgebildet, daß er keine Totpunktlage
hat, also der kombinierte Arbeits- und Steuerkolben aus jeder Stellung anlaufen
kann.
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In Bild i bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Der Hauptkolben i hat zwei voneinander getrennte Steuerschieber, den
Einlaßschieber 2 und den Auslaßschieber 3. Der Einlaßschieber 2- steht durch die
Einlaßöffnung 4 mit der Kolbenhohlstange 5 in Verbindung, von der aus die gespannten
Gase zugeführt werden. Der Auslaßschieber 3 steht durch die Auslaßöffnung 6 mit
der Kolbenhohlstange 7 in Verbindung, von der aus die gespannten Gase abgeführt
werden.
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Der Einlaßschieber 2 vereint die Kolben 2a, 2b und 2,. Auf der einen
Seite des Kolbens 2a schließt sich der Kolben 2b und auf der anderen der Kolben
2, an. Die Kolben 2b und 2, sind im Durchmesser verschieden und kleiner als der
Kolben 2a, geben also auf der nach 2b gelegenen Seite die Stirnfläche F1 und auf
der nach 2, gelegenen Seite die Stirnfläche F2 frei. Die Kolben 2b und 2, sind hohl
und im Durchmesser so bemessen, daß F2 doppelt so groß wie F1 ist. Die Hohlräume
der Kolben 2b und 2, stehen mittels der zum Arbeitszylinder hin gerichteten offenen
Stirnseiten in Verbindung mit diesem. Weiterhin können die Hohlräume 2b und 2, mittels
der Durchbrüche 8 und 9 wechselseitig durch entsprechende Stellung des Einlaßschiebers
2 mit der Einlaßöffnung 4 in Verbindung gebracht werden, so daß von hier aus die
eine oder andere Zylinderseite gefüllt werden kann. .Die Kolben 2a und 2b werden
durch Schiebesitz beidseitig der Einlaßöffnung q. im Hauptkolben i geführt, der
Kolben 2, mittels einer zusätzlich angebrachten Brille io.
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Die Länge des Schiebeweges des Einlaßschiebers 2 hängt von der Weite
der Durchbrüche 8 und 9 und von deren Entfernung vom Kolben 2a ab. Diese Entfernung
ist wiederum durch die gewählte Überdeckung und die erforderliche Dichtungslänge
der Kolben 2a, 2b und 2, bedingt.
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Die Begrenzung des Schiebeweges erfolgt durch Anschlag der Stirnflächen
F1 und F2 des Kolbens 2" an ihren zugehörigen Gegenseiten an den Schiebesitzen im
Hauptkolben i.
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Die Flächen F1 und F2 haben dabei an der Erzielung einer guten Abdichtung
erheblichen Anteil. Befindet sich der Einlaßschieber in der einen oder anderen Endstellung,
so ragen die Kolben 2b oder 2, auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkolbens
i so weit hervor, daß mit Sicherheit eine Durchschaltung erfolgen kann.
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Wie ersichtlich, steht die Fläche F1 von der Inbetriebnahme an ständig
unter Beaufschlagung durch den Betriebsdruck, ganz gleich welche Stellung der Kolben
2Q haben mag. Dadurch wird der Einlaßschieber 2 nach der entgegengesetzten Richtung
zuerst in die Endstellung gedrängt. Dies ist beim Anfahren der Kraftmaschine aus
einer ausgesprochenen Totpunktlage des Einlaßschiebers besonders wichtig, da- nun
ein schneller und sicherer Anlauf möglich ist.
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Ist die Ausgangsstellung des Einlaßschiebers 2 so, daß der Kolben
2a seine Endlage soeben verlassen hat, dann wird die Fläche F2 beaufschlagt und
wirksam. Da F2 jedoch größer als F1 ist, wird der Einlaßschieber diesmal nach F1
hin in Endstellung gedrückt, so daß wiederum ein schnelles und sicheres Anfahren
möglich ist.
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Schließlich hat der Stufenkolben 2Q noch eine weitere Bedeutung. Die
wechselseitig wirksame Beaufschlagung der Flächen F1 und F2 unterstützen während
des laufenden Betriebes kräftig den Vorgang des Durchschaltens und beschleunigen
diesen.
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Zusammengefaßt hat demnach der Stufenkolben 2a folgende Aufgaben zu
erfüllen: i. Begrenzung des Schiebeweges des Einlaßschiebers; 2. Mitwirkung der
Stirnflächen an der Abdichtung zwischen Einlaßschieber und Hauptkolben; 3. Anlauf
der Kraftmaschine bei jeder Totpunktlage des Einlaßschiebers; 4. Das sichere und
beschleunigte Durchschalten des Einlaßschiebers bei Betrieb.
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Die Be- und -Entlüftung des zwischen Brille io und Stirnfläche F2
kontinuierlich veränderlichen Hohlraumes 14 (Bild 3) erfolgt praktisch ausreichend
durch gewisse Undichtigkeiten des kurzen Schiebesitzes an der Brille io, kann aber
auch durch eine besondere Düse erreicht werden.
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Der Auslaßschieber 3 vereint die Kolben 3a und 3b mittels des Trägerzwischenstückes
3" welches hohl und mit den Durchbrüchen ii versehen ist. Der Auslaßschieber 3 wird
durch Schiebesitz im Hauptkolben i beidseitig der Auslaßöffnung 6 geführt. Das Trägerzwischenstück
3, mit seinen Durchbrüchen i i ist der Länge nach so eingerichtet, daß, wenn die
Kolben 3" oder 31, schlüssig mit dem Hauptkolben i auf der einen Seite in
Endstellung geschoben ist, auf der anderen Seite ein
Teil des Trägerzwischenstückes
3, mit den Durchbrüchen i i hervorragt. Auf diese Weise ,können die abzuführenden
gespannten Gase vom Innern des Arbeitszylinders wechselseitig über die Durchbrüche
i i, dann die Auslaßöffnung 6 und die Kolbenhohlstange 7 abgeführt werden.
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Die Länge des Schiebeweges des Auslaßschiebers 3 hängt von der Weite
der Durchbrüche i i, der gewählten Überdeckung und der erforderlichen Dichtungslänge
der Kolben 3Q und gb ab.
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Die Begrenzung des Schiebeweges erfolgt durch die an den Kolben 3"
und 3b angebrachten Vorstöße 1.2 und 13, welche ebenfalls an der Dichtung zwischen
Auslaßschieber und Hauptkolben teilnehmen.
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Befindet sich der Auslaßschieber 3 in der einen oder anderen Endstellung,
so ragen die Kolben 3a oder 3b auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkolbens
i so weit hervor, daß mit Sicherheit eine Durchschaltung erfolgen kann.
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Schließlich sei 'noch vermerkt, daß der Auslaßschieber keine besondere
Konstruktion zur Überbrückung der Totpunktlage erfordert, wenn - der Anlaßschieber
der Kraftmaschine in die Ableitung verlegt wird. Damit ist der Auslaßschieber 3
mit dem' Einlaßschieber 2 durch den Fülldruck gekoppelt und nimmt automatisch die
dem Einlaßschieber entsprechende Ausgangsstellung ein.
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Nun soll abschließend an einem Beispiel in fünf verschiedenen Betriebszuständen
das Zusammenwirken aller Teile beschrieben werden. Dabei sind beim Ein- und Auslaßschieber
Überdeckungen vorgesehen, die bei arretierter Mittellage beider Schieber weder Ein-
noch Auslaß der Füllung gestatten.
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Bild i. Einlaßschieber 2 und Auslaßschieber 3 sind in Endstellung
nach der Zylinderseite A hin durchgeschoben. Die Einströmung erfolgt von der Kolbenhohlstange
5 aus. Das einströmende Mittel gelangt über die Einlaßöffnung 4 und Durchbrüche
8 auf die Zylinderseite B. Nach erfolgter Füllung bewegt sich der kombinierte Arbeits-
und Steuerkolben von B nach A. Der Auslaß des Zylinderinhaltes der
Zylinderseite A erfolgt gleichzeitig über die Durchbrüche i i und die Auslaßöffnung
6 zu der Kolbenhohlstange 7 hin. Bild i zeigt gerade den Zeitpunkt, da Ein- und
Auslaßschieber die Stirnseite des Arbeitszylinders auf der Seite A gleichzeitig
berühren. Von hier an beginnt der Vorgang der Durchschaltung.
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Bild 2. Der kombinierte Arbeits- und Steuerkolben hat sich in gleicher
Richtung weiterbewegt bis zur Stellung Bild 2. Die Durchbrüche 8 des Einlaßschiebers
sind gerade geschlossen, ohne daß die Durchbrüche 9 geöffnet wefden. Ab diesem Zeitpunkt
wird der kombinierte Ärbeits- und Steuerkolben durch Expansion der Füllung B weiterbewegt.
Auslaß von A aus ist weiter möglich, da die Durchbrüche i i noch offen sind.
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Bild 3. Die Durchbrüche i i sind von der Zylinderseite A aus gerade
geschlossen, ohne daß diese auf der Zylinderseite B geöffnet werden. Auch auf der
Einlaßseite sind die Durchbrüche 8 und 9 noch geschlossen. Ab diesem Zeitpunkt sind
weder Einnoch Auslaß möglich. Der kombinierte Arbeits-und Steuerkolben wird also
weiter durchExpansion der Füllung B fortbewegt. Der auf der Zylinderseite A befindliche
Zylinderinhalt beginnt zu verdichten. Die Vorkompression ist eingeleitet.
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Bild 4. Die Vorkompression wird fortgesetzt, bis die Durchbrüche i
i des Auslaßschiebers 3 auf der Zylinderseite B ausreichend geöffnet werden. Bild
4 zeigt gerade den Beginn der Öffnung der Durchbrüche i i. Es erfolgt anschließend
ein rasches Auslassen der Füllung B über die Durchbrüche i i und die Auslaßöffnung
6 zu der Kolbenhohlstange 7 hin. Gleichzeitig mit dem Beginn der Ausströmung der
Füllung B fängt der Durchbruch 9 des Einlaßschiebers 2 an zur Einlaßöffnung 4 hin
zu öffnen, so daß von hier aus die Füllung der Zylinderseite A erfolgen kann, wobei
die inzwischen sinngemäß erzeugte Vorkompression ausgenutzt wird.
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Mit Beginn der Füllung A wird die Stirnfläche F2 des Kolbens 2a. nach
der Einlaßöffnung 4 hin frei, die sofort mit Volldruck beaufschlagt wird und eine
beschleunigte Durchschaltung des Einlaßschiebers bewirkt. Die weitere Durchschaltung
des Auslaßschiebers erfolgt durch den Fülldruck A.
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Bild 5 zeigt die vollzogene Durchschaltung des Ein- und Auslaßschiebers
nach der Zylinderseite B hin. Der kombinierte Arbeits- und Steuerkolben bewegt sich
nunmehr von A nach B hin, bis die Steuerschieber die Stirnseite des
-Arbeitszylinders auf der Zylinderseite B gleichzeitig berühren. Der Vorgang der
Durchschaltung in umgekehrter Richtung erfolgt dann entsprechend.
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Zuletzt sei noch darauf hingewiesen, daß die Ein- und Auslaßschieber
gegebenenfalls auch je mehrfach in Parallelschaltung Anwendung finden können.