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Anlage mit mehreren in Phase oder mit einer bestimmten Phasenverschiebung
arbeitenden Freiflugkolben-Treibgaserzeugern Die Erfindung betrifft Anlagen mit
mehreren in Phase oder mit einer bestimmten Phasenverschiebung arbeitenden Freiflugkolben-Treibgaserzeugern,
und zwar insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, solche, bei welchen die Druckluftbehälter
(Gehäuse) der Treibgaserzeuger, d. h. die in jedem Treibgaserzeuger zwischen dem
den Luftverdichter bildenden 'Feil und dem Motorzylinder angeordneten Behälter,
miteinander in Verbindung stehen. Von Anlagen dieser letzteren Art betrifft die
Erfindung im besonderen solche mit zwei Treibgaserzeugern mit miteinander in ''Verbindung
stehenden Gehäusen oder auch mit einem gemeinsamen Gehäuse, welche in Gegenphase
,Phasenverschiebung von 18Q°) arbeiten. Derartige Treibgaserzeuger sind in den nachstehenden
Ausführungen »Zwillingstreibgaserzeuger« genannt.
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Bekanntlich weisen die Freiflugkolben-Treibgaserzeuger im allgemeinen
einen »Stabilisator« genannten Teil auf, welcher die Luftmenge in ihren Speichern
für die Rückführenergie (Polster) so steuert, daß ein stabiles Arbeiten dieser Treibgaserzeuger
erzielt wird. Ein derartiger Stabilisator wird im allgemeinen einerseits durch einen
Faktor, welcher eine Funktion der Belastung des Treibgaserzeugers und im allgemeinen
der in dem Luftbehälter (Gehäuse) des betreffenden Treibgaserzeugers herrschende
Druck ist, sowie durch einen Druck gesteuert, welcher einem Wert entspricht, der
für die Luftmasse in dem Polster kennzeichnend ist und z. B. der Mittelwert der
in dem Polster während eines Hin- und Hergangs des Freiflugkolbens des Treibgaserzeugers
herrschenden Augenblicksdrücke oder der in dem Polster für eine bestimmte Stellung
des Freiflugkolbens in dem Polster herrschende Druck ist.
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Es ist ferner bekannt, das Arbeiten der Freiflugkolben von mehreren
Treibgaserzeugern entweder in Phase oder in einer bestimmten Phasenverschiebung
zu halten, indem man vorübergehend durch einen »Phasenschieber« genannten Teil das
Verhältnis der Luftmassen in den Polstern der Treibgaserzeuger verändert, wenn ihr
Arbeiten in Phase oder mit einer bestimmten Phasenverschiebung gestört ist, um das
Arbeiten in Phase oder mit einer bestimmten Phasenverschiebung wiederherzustellen.
Diese Änderung der Verhältnisse der Luftmassen in den Polstern wird durch die überführung
eines Teils der in dem Polster oder den Polstern des voreilenden Treibgaserzeugers
enthaltenen Luft in das Polster oder die Polster des zurückbleibenden Treibgaserzeugers
bis zur Wiederherstellung der Phase oder der gewünschten Phasenverschiebung erzielt.
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Bei den bekannten derartigen Anlagen, welche einen Phasenschieber
aufweisen, wird jeder Stabilisator durch die Drücke gesteuert, welche nur für das
Polster oder die Polster des Treibgaserzeugers kennzeichnend sind, welchem der Stabilisator
angehört. Die Inbetriebnahme des Phasenschiebers kann dann offenbar eine Störwirkung
für die Stabilisatoren der Treibgaserzeuger einführen. Umgekehrt können diese Stabilisatoren
die Wirkung des Phasenschiebers stören.
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Die Erfindung bezweckt insbesondere, diesen Nachteilen abzuhelfen.
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Die Erfindung geht von den bekannten Anlagen aus, welche mehrere Freiflugkolben-Treibgaserzeuger
aufweisen, die mit einem die überführung von Luft aus den Polstern des einen Treibgaserzeugers
in die Polster des anderen Treibgaserzeugers bewirkenden Phasenschieber zur Herstellung
und Aufrechterhaltung der gewünschten Phase oder der gewünschten Phasenverschiebung
und mit Stabilisatoren zur Bestimmung der Luftmenge in den Polstern versehen sind,
wobei diese Stabilisatoren einerseits durch einen ersten Faktor, beispielsweise
den Druck im Spül- und Speiseluftbehälter der Treibgaserzeuger, der eine Funktion
der Belastung der Treibgaserzeuger ist, und
andererseits durch einen
zweiten Faktor, der von den kennzeichnenden Drücken in den Polstern der Treibgaserzeuger
abhängt, gesteuert werden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der von den kennzeichnenden
Drücken der Treibgaserzeuger gesteuerte zweite Faktor dem aus diesen kennzeichnenden
Drücken aller vom gleichen Phasenschieber gesteuerten Treibgaserzeuger der Anlage
gebildeten Mittelwert entspricht.
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Man erhält dann eine Regelung der Gesamtheit der in den Polstern der
Treibgaserzeuger enthaltenen Luftmassen an Stelle einer unabhängigen Einzelregelung
für das Polster oder die Polster eines jeden Treibgaserzeugers. Hierdurch wird jede
Störung des Phasenschiebers durch das Arbeiten der Stabilisatoren oder jede Störung
des Arbeitens der Stabilisatoren durch den Phasenschieber ausgeschlossen.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch eine Anlage mit zwei Zwillingstreibgaserzeugern
mit gegenläufigen Freifiugkolben sowie einem Phasenschieber, wobei die Steuerung
eines Doppelstabilisators für die Treibgaserzeugung erfindungsgemäß ausgebildet
ist; F i g. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführung des Doppelstabilisators,
dessen Steuereinrichtungen erfindungsgemäß ausgebildet sind.
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Das dargestellte Beispiel zeigt eine Anordnung mit zwei Zwillingstreibgaserzeugern
A und B mit Freiflugkolben, welche in Gegenphase arbeiten sollen.
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Jeder der beiden Treibgaserzeuger dieser Anordnung kann auf beliebige
geeignete Weise ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführung enthält jeder
Treibgaserzeuger einen Motorzylinder 1 mit Einlaß-und Auslaßöffnungen 2 bzw.
3, welche von Motorkolben 4 gesteuert werden, welche sich in dem Motorzylinder 1
gegenläufig bewegen. Jeder Motorkolben 4
ist mit einem Verdichterkolben 5
starr verbunden, welcher in einem Zylinder 6 arbeitet und so diesen in zwei Abteilungen
unterteilt, von denen die auf der Außenseite des Kolbens 5 liegende Abteilung 6
a einen pneumatischen Speicher für die Rückführenergie (Polster) bildet, während
die auf der Innenseite des Verdichterkolbens 5 liegende Abteilung 6 b den eigentlichen
Verdichterraum mit Saug- und Druckventilen 7 bzw. 8 bildet, welch letztere die überführung
der Druckluft aus dem Verdichterraum 6 b in das den Motorzylinder 1 umgebende Gehäuse
9 bewirken, dessen Inneres den Luftbehälter zur Speisung und Spülung dieses Zylinders
bildet, und mit welchem die Einlaßöffnungen 2 des Motorzylinders in Verbindung stehen.
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Die beiden durch die Freiflugkolben 4 und 5 eines jeden Treibgaserzeugers
gebildeten beweglichen Anordnungen sind durch eine (in F i g. 1 nicht dargestellte)
Synchronisiervorrichtung verbunden, welche auf beliebige bekannte Weise ausgebildet
sein kann und z. B. durch einen doppelarmigen Hebel gebildet wird, welcher um eine
feste Achse schwingt und dessen Enden mit den gegenläufigen Freiflugkolbenanordnungen
durch Lenker verbunden sind.
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Damit die Augenblicksdrücke in den beiden dem gleichen Treibgaserzeuger
angehörenden, an den Enden desselben angeordneten Polstern stets die gleichen sind,
sind diese beiden Polster durch eine nicht dargestellte Leitung miteinander verbunden.
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Jeder Motorzylinder 1 ist mit einer Vorrichtung zur Zufuhr
des Brennstoffs versehen, z. B. einer nicht dargestellten, durch eine Einspritzpumpe
gespeisten Einspritzdüse.
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Die beiden Gehäuse 9, welche den Luftbehälter zur Speisung und Spülung
der Motorzylinder 1 der beiden nebeneinanderliegenden Treibgaserzeuger A, B bilden,
sind miteinander durch einen Verbindungskanal 10 verbunden.
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Die Auslaßöffnungen 3 der Motorzylinder 1 speisen vorzugsweise eine
gemeinsame Auslaßleitung 11, welche die durch diese Öffnungen 3 austretenden Treibgase
einer von diesen angetriebenen Arbeitsmaschine zuführt, welche vorzugsweise eine
Turbine ist. Wenn die beiden Treibgaserzeuger in Gegenphase arbeiten, sind die Druckschwankungen
in der Auslaßleitung 11 am kleinsten.
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Die Einrichtungen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer bestimmten
Phasenverschiebung zwischen den beiden Treibgaserzeugern A und
B, wobei diese Phasenverschiebung vorzugsweise 180° beträgt, sind, wie dies
ebenfalls an sich bekannt ist, so ausgebildet, daß sie bei einer Abweichung der
wirklichen Phasenverschiebung von der gewünschten Phasenverschiebung Luft aus dem
Polster oder den Polstern des voreilenden Treibgaserzeugers in das Polster oder
die Polster des zurückbleibenden Treibgaserzeugers überführen, was den einen Treibgaserzeuger
vorübergehend verlangsamt und den anderen beschleunigt, bis die gewünschte Phasenverschiebung
von neuem hergestellt ist. Ein derartiger Phasenschieber kann in bekannter Weise
einen fliegenden Kolben 12 aufweisen, welcher mit einem Bund versehen ist, so daß
er in dem Stufenzylinder, in welchem er versehieblich ist, vier Flächen
a, b, c, d besitzt. Auf die Flächen a und b wirken die Augenblicksdrücke
der Polster 6a, welche diesen Flächen durch Leitungen 13 mit einem verhältnismäßig
großen Durchmesser zugeführt werden, während auf die Flächen c und d Drücke wirken,
welche gleich dem Mittelwert der in den Polstern 6 a herrschenden Augenblicksdrücke
sind. Hierfür sind die Räume, in welchen die Flächen c und d des fliegenden Kolbens
12 arbeiten, mit den Polstern 6 a durch kalibrierte Kanäle 14 kleinen Querschnitts
verbunden. Schließlich steht der Kolben 12 unter der Einwirkung von zwei einander
entgegenwirkenden Federn 15 und 16, welche ihn in seiner mittleren Stellung zu halten
suchen. Der fliegende Kolben ist mit einem Schieber 17 verbunden, welcher in eine
Leitung 18 eingeschaltet ist, welche die Polster 6 a der beiden Treibgaserzeuger
A und B miteinander verbindet, wenn seine Öffnung 17 a auf die Leitung
18 ausgerichtet ist.
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Dieser Phasenschieber arbeitet folgendermaßen: Solange die Freiflugkolben
der beiden Zwillingstreibgaserzeuger die gewünschte Phasenverschiebung von 180°
aufrechterhalten, ist die Amplitude der Schwingungen des obigen schwingenden Systems
nicht ausreichend, um die Öffnung der Leitung 18 durch den Schieber 17 zu
bewirken. Wenn dagegen die Phasenverschiebung eine Änderung erfährt, nimmt die Amplitude
der Schwingungen des schwingenden Systems zu, und der Schieber 17 öffnet die Leitung
18 zu solchen Zeitpunkten, daß sich die Polster des voreilenden Treibgaserzeugers
teilweise in die Polster des zurückbleibenden Treibgaserzeugers entladen, bis die
gewünschte Phasenverschiebung von 180° wiederhergestellt ist.
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Zur Anpassung der Luftmasse in den Polstern 6 a an die Belastung des
Treibgaserzeugers weist jeder
Treibgaserzeuger in an sich bekannter
Weise einen Stabilisator auf, welcher die Luftmasse in den Polstern vergrößert,
wenn die Belastung des entsprechenden Treibgaserzeugers zunimmt, und bei einer Abnahme
der Belastung des Treibgaserzeugers eine gewisse Luftmenge aus den Polstern abführt.
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Erfindungsgemäß werden die beiden Stabilisatoren der beiden Zwillingstreibgaserzeuger
durch einen gemeinsamen Teil gesteuert, welcher einerseits in an sich bekannter
Weise unter der Einwirkung der in dem gemeinsamen Gehäuse der beiden Treibgaserzeuger
herrschenden Drücke und andererseits unter der Einwirkung eines Drucks steht, welcher
dem Mittelwert der kennzeichnenden Drücke in den Polstern der Treibgaserzeuger entspricht.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform werden als kennzeichnende
Drücke der Polster die Mittelwerte ihrer Augenblicksdrücke benutzt; diese Mittelwerte
werden in einer Kammer vereinigt, damit anschließend der mittlere Wert dieser Mittelwerte
bestimmt werden kann.
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Hierfür ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Kammer 19
vorgesehen, welche durch Leitungen 20 mit jedem der Polster 6 a der beiden Treibgaserzeuger
verbunden ist, wobei in jede dieser Leitungen 20 z. B. an der Stelle ihrer Mündung
in die Kammer 19 eine Drosselstelle 20 a eingeschaltet ist, welche bewirkt,
daß die Kammer 19 die mittleren Drücke der Polster 6 a empfängt. Ferner ist die
Kammer 19 durch eine Leitung 21 (welche z. B. an der Stelle ihres Anschlusses an
die Kammer 19 eine Drosselstelle 21 a aufweist) mit einem Ende eines Zylinders 22
verbunden, in welchem ein Kolben 23 arbeitet, während das andere Ende dieses Zylinders
durch eine Leitung 24 mit dem gemeinsamen Gehäuse 9 der Zwillingstreibgaserzeuger
verbunden ist. Der Kolben 23 steht also auf einer Seite unter der Wirkung eines
Drucks, welcher der Mittelwert der in den Polstern 6 a der Zwillingstreibgaserzeuger
herrschenden mittleren Drücke ist, und auf der anderen Seite unter der Einwirkung
des in dem Gehäuse 9 herrschenden Drucks. Der Kolben 23 bildet den gemeinsamen Steuerteil
für die beiden Stabilisatoren der beiden Treibgaserzeuger.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden
diese beiden Stabilisatoren durch einen einzigen Teil in Form eines hohlen Schiebers
25 und durch einen einzigen Zylinder 26, in welchem der Schieber 25 verschieblich
ist, gebildet. Dieser Schieber ist durch eine Wand 27 in zwei Abteilungen unterteilt,
von denen die eine dem Stabilisator des einen Treibgaserzeugers und die andere dem
Stabilisator des anderen Treibgaserzeugers angehört. Jede Abteilung ist durch eine
Wand 271 in zwei Kammern unterteilt, von denen die eine ein Rückschlagventil 28
oder einen Satz von Rückschlagventilen enthält, welche sich in der von dem Innern
des Zylinders 26 zu dem Innern der entsprechenden Kammer gehenden Richtung öffnen,
während die andere Kammer ein Rückschlagventi129 oder einen Satz von Rückschlagventilen
aufweist, welche sich nur in der von dem Innern der entsprechenden Kammer zu dem
Innern des Zylinders 26 gehenden Richtung öffnen. Dieser Zylinder steht durch eine
Leitung 30 mit dem Innern des Gehäuses 9 in Verbindung und weist in seiner Seitenwand
zwei Öffnungen 31,32 auf, von denen die Öffnung 31 durch eine Leitung 33
mit dem Polster 6 a des einen Treibgaserzeugers und die andere Öffnung 32 durch
eine Leitung 34 mit dem Polster 6 a des anderen Treibgaserzeugers verbunden ist.
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Jede Abteilung des Schiebers besitzt zwei öffnungen 35, 36, welche
beiderseits der entsprechenden Wand 271 liegen, wobei die Öffnungen 35 mit den Öffnungen
31 und 32 in der Wand des Zylinders 26 in Verbindung gesetzt werden, wenn durch
eine Zunahme des Drucks in dem Gehäuse 9 der Steuerteil 23 und mit ihm der Schieber
25 nach rechts aus ihrer neutralen Stellung verschoben werden, in welcher die Öffnungen
31 und 32 durch den Schieber verschlossen sind. In diesem Fall kann Luft aus dem
Gehäuse 9 und über das Rückschlagventil 28 in die Polster 6 a strömen, um die in
diesen befindliche Luftmasse zu vergrößern. Wenn dagegen der Druck in dem Gehäuse
9 abnimmt, werden der Kolben 23 und mit ihm der Schieber nach links verschoben,
was die Öffnungen 36 des Schiebers den Öffnungen 31, 32 in der Wand des Zylinders
26 gegenüberbringt. Dies hat zur Folge, daß ein in den Polstern 6 a befindlicher
Luftüberschuß durch die Rückschlagventile 29 in den Zylinder 26 und von dort in
das Gehäuse 9 entweichen kann.
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Zweckmäßig wirkt noch auf den den beiden Stabilisatoren gemeinsamen
Schieber 25 eine Feder 37 mit regelbarer Vorspannung, welche zwischen einer mit
dem Steuerkolben 23 fest verbundenen Platte 38 und einer Stützplatte 39 angeordnet
ist, deren Stellung mittels einer Gewindespindel 40 verändert werden kann, wobei
die Veränderung der Stellung dieser Platte eine Änderung der Vorspannung der Feder
37 bewirkt. Diese Gewindespindel kann von Hand oder selbsttätig betätigt werden.
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Da der den beiden Stabilisatoren gemeinsame Schieber 25 durch
den Mittelwert der kennzeichnenden Drücke der beiden Polster 6 a gesteuert wird;
verändert er bei einer Änderung der Belastung, unter welcher die Zwillingstreibgaserzeuger
arbeiten, die Gesamtheit der Luftmassen, welche sich in allen Polstern 6 a dieser
beiden Treibgaserzeuger befinden, ohne daß das Arbeiten der beiden gekuppelten Stabilisatoren
durch die Verteilung der Gesamtluftmasse auf die Polster der beiden Treibgaserzeuger
beeinflußt werden kann, was insbesondere während der Zeiten erfolgt, während welcher
der Phasenschieber arbeitet, um die gewünschte Phasenverschiebung wiederherzustellen.
Das Arbeiten des Phasenschiebers wird daher nicht durch ein Eingreifen der gekuppelten
Stabilisatoren gestört. Umgekehrt hat die Wirkung des Phasenschiebers keinen schädlichen
Einfluß auf das Arbeiten der gekuppelten Stabilisatoren.
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In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, die beiden Stabilisatoren
zu trennen, wobei sie jedoch, wie oben ausgeführt, durch einen gemeinsamen Steuerteil
gesteuert werden. Diese Trennung gestattet, ihre gegenseitige Stellung zu verändern,
um gegebenenfalls innere Unsymmetrien auszugleichen, welche zwischen zwei Zwillingstreibgaserzeugern
bestehen können. Hierfür werden, wie in F i g. 2 dargestellt, durch den Kolben 23
zwei Schieber 25 a und 25 b gesteuert, welche durch einen an dem Schieber
25 a befestigten Gewindebolzen 41 und eine an dem Schieber
25 b befestigte Mutter 42 verbunden sind. Diese beiden Schieber sind in einem
gemeinsamen Zylinder 26 a verschieblich, welcher die mit den Polstern 6 a des einen
und des anderen der beiden Zwillingstreibgaserzeuger
in Verbindung
stehenden Öffnungen 31 a und 32 a aufweist. Zur Veränderung des Abstands
zwischen den beiden Schiebern 25 a und 25 b zum Ausgleich
etwaiger Unsymmetrien der Treibgaserzeugung genügt es, einen der Schieber, z. B.
den Schieber 25 b, gegenüber dem anderen Schieber zu verdrehen.
Zur Vornahme dieser Verdrehung ist ein Handrad 43 vorgesehen. Jeder Schieber
25 a, 25 b weist in seinem Boden zwei Sätze von Rückschlagventilen
28 a, 29 a bzw. 28 b, 29 b auf. Jeder hohle Schieber
ist durch eine Wand 27 a, 27 b
in zwei Abteilungen unterteilt. Der eine der
Sätze von Rückschlagventilen ermöglicht den Lufteintritt aus dem Zylinder
26 a in eine der Abteilungen des entsprechenden Schiebers und der andere
den Austritt von Luft aus der anderen Abteilung des entsprechenden Schiebers in
den Zylinder 26 a. Schließlich weist jeder Schieber in seinen
Seitenwänden Öffnungen 35 a, 36 a bzw. 35 b, 36 b auf, welche
beiderseits der das Innere des entsprechenden hohlen Schiebers in zwei Abteilungen
unterteilenden Wand liegen.
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Die Arbeitsweise des in F i g. 2 dargestellten Zwillingsstabilisators
entspricht vollständig der des in F i g. 1 dargestellten Zwillingsstabilisators.
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Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. Anstatt daß die beiden
Stabilisatoren durch einen einzigen Teil gesteuert werden, kann jeder von ihnen
seinen besonderen Steuerteil haben, wobei jeder dieser Steuerteile einerseits unter
der Einwirkung des Drucks in dem Gehäuse und andererseits erfindungsgemäß unter
der Einwirkung eines Drucks steht, welcher dem Mittelwert der kennzeichnenden Drücke
in den Polstern der Treibgaserzeuger entspricht. Ferner können der Steuerteil oder
die Steuerteile der Stabilisatoren anstatt durch diese Drücke durch entsprechend
diesen Drücken veränderliche (elektrische oder hydraulische) Kräfte betätigt werden.