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Verbrenmmgskl'aftmasc1llnen- und Dl'ucldufterzeugungsanlage.
Die Erfindung betrifft eine Druckluft von beliebiger Spannung als auch mechanische Energie liefernde, leicht beförderbare Anlage, die aus einem durch eine Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Drucklufterzeuger besteht, der für den gleichzeitigen Betrieb von Rammen, Hämmern, Druckluftwerkzeugen und Transmissionen geeignet ist, wobei die gedrängte Bauart der Anlage und die weitgehende Teilbarkeit ihrer Bestandteile die leichte Beförderbarkeit des ganzen Maschinensatzes erhöht.
Der Wirkungsgrad der Anlage wird durch Herabminderung der beim reinen Druckluftbetrieb erheblichen Undichtigkeitsverluste durch eine teilweise Beimengung verdampften und zerstäubten Kühlwassers zur Ansaugluft verbessert, indem die Abwärme der Kraftmaschine und des Verdichters zur Verdampfung und Überhitzung eines Teils des erwärmten Kühlwassers herangezogen und zur Erwärmung des Luft- Dampfgemisches verwendet wird, wobei der Wasserdampf durch die Verengung mit den wärmeisolierenden Luftteilchen gegen Kondensation geschützt ist und seinerseits einen wirksamen Schutz gegen Explosion von Öldämpfen bildet. Eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit wird durch eine gemeinsame Regelung des Verdichters sowie des Brennstoffverbrauches in Abhängigkeit von Druckluftverbrauch erzielt.
In der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 den 1\faschinensatz im Aufriss, Fig. 2 im Kreuzriss und Fig. 3 im Grundriss, wobei der Luftbehälter mit dem Heizraum der Abgase nach a-b in Fig. 2 geschnitten ist. In den Fig. 2 und 3 sind sowohl das abnehmbare Gestell für die Anbringung kleiner Hilfsmaschinen als auch die Vorkehrungen für die Fahrbarmaehung des Maschinensatzes der Deutlichkeit wegen weggelassen. Fig. 4 zeigt im Schnitt den Regler samt Zerstäubungsvorrichtung für das beizumengende Wasser, Fig. 5 den Verdichter im Achsenschnitt.
Die beispielsweise Ausführungsform, die bei besonders leicht beförderbaren Maschinensätzen mit Antrieb durch eine Verpuffungskraftmaschine ausgestattet wird, zeigt einen zweizylindrigen Ver-
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Eine an der Stirnseite anzuschraubende, gleichfalls aus Trägern zusammengenietete Konsole 8- (Fig. 1), die in den beiden andern Ansichten der Deutlichkeit wegen weg gelassen ist, dient, ohne die Führung eines Riemens von der als Kupplungsteil ausgebildeten Riemenscheibe 9 zu behindern, beispiels-
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Speisung von Bohrmaschinen und einer darunter befindlichen unmittelbar zu kuppelnden, nicht gezeichneten Kreiselpumpe, so dass bei Verwendung des Satzes als Bau- oder Werkstättenantriebsmaschine mehrele Arbeiten gleichzeitig durchgeführt werden können und fast immer eine Vollbelastung des Motors, also ein wirtschaftlicher Betrieb, möglich ist.
Um die Wartung der Maschine auf ein Mindestmass herabzudrücken, die Betriebssicherheit zu fördern und an Brennstoff zu sparen, ist der erwähnte selbsttätige Druckregler 18 vorgesehen, der senkrecht in die Kammer 19 der Ventilkappe eingepasst ist. Der in Fig. 4 in grösserem Massstab dargestellte Regler besteht zunächst aus dem Rohr (Gasrohr) 21, das unterhalb der Kammer 19, geschützt durch das Gitter, 22, eine Reihe von Lufteinströmschlitzen 23 aufweist, die beim Aufsteigen des kolbenförmigen Drosselschiebers 24 geschlossen werden, wodurch die durch die höher gelegenen Ausströmschlitze 2. 5 in die Ventilkappe strömende Saugluft gedrosselt wird.
Zur Entlastung dieses Kolbenschieber dient oberhalb der Schlitze 25 der Entlastungskolben 26, der gleichzeitig die auswechselbaren Belastungsgewichte 27 trägt, deren jedes einen Hohlzylinder bildet, in dessen Innenwandung eine Ringnut 28 für
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zu erörternde Luftbehälter bemessen sein, u. zw. ziemlich klein, so dass sich als weiterer Vorteil auch eine Ersparnis an Gewicht und Raum des letzteren ergibt. Soll der Verdichter hingegen zum Antrieb mehrerer kleiner Bohr-oder Niethämmer verwendet werden, bei deren hoher Schlagzahl ohnedies kein genügender Druckabfall zu erreichen wäre. dagegen möglichst geringe Druekschwankungen erwünscht sind, so wird die Dämpfung vermindert, so dass der Regler bloss bei der Inbetriebsetzung zur Geltung kommt.
Schliesslich wird die Reglerbewegung auch noch zur Leistungsreglung der Verbrennungskraftmaschine benutzt, indem der zuunterst befindliche Kolben 33 die durch die Reglerhülse quer durchtretende und durch das Rohr 34 zum Vergaser 85 gesaugte Verbrennungsluft drosselt. Alle drei Kolben 26, 24 und 33 sitzen auf demselben Gestänge, dessen Oberteil durch die Stange 36, gebildet ist, die in den rohr-
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Drosselkolben 33 ist mittels der Muttern 39 und 40 in der Höhenlage einstellbar. Das Rohr 37 dient dem durchbohrten, feststehenden Tauchkölbchen 41, dem die Druckluft durch das Röhrchen 42 zugeführt wird, als beweglicher Zylinder, der eine Hub-und Senkbewegung ausführt.
Der Reglerkolben 41 ist in den Boden 45, der den Regler unten abschliesst, eingeschraubt. Vorstehende. Anordnung kann auch zur Regelung anderer Kraftmaschinen verwendet werden.
Eine der grössten Quellen von Verlusten im Druckluftbetrieb sind die durch Undichtigkeit, die bei dem dünnen und trockenen Mittel wie die Luft ein Vielfaches der bei Dampfbetrieb betragen, bei dem das niedergeschlagene Wasser die feinen Spalte sehr gut dichtet. Dies lässt beim Druckluftbetrieb die Beimengung von feinzerstäubtem Wasser bzw. (sofern die Abwärme der Kraftmaschine dazu ausreicht) von Wasserdampf zweckmässig erscheinen. Um dies ohne Benutzung einer besonderen umlaufenden Pumpe zu bewerkstelligen und gleichzeitig die Verdichtungszylinder wirksamer, nämlich von innen, zu kühlen, wird das Wasser vorteilhaft an den Saugschlitzen 28, wie bei dem Spritzvergaser der Kraftmaschine angesaugt, zerstäubt und von dem Luftstrom mitgerissen.
Zu diesem Zweck sind die beiden Begrenzungsplatten 43 und 44 des schützenden Drahtgeflechtes 22 aus dem Mittel ausladend angeordnet, um den Zerstäuber gleichfalls in das Schutzgitter oder gelochte Blech 22 einzuschliessen. Das von der Maschine durch das Rohr 46 abfliessende Kühlwasser gelangt zum Dreiweghahn 4'7, um nach Belieben durch den Zerstäuber oder mittels des Rohres 48 in den Kühlmantel des Verdichters geleitet zu werden, so dass bei letzterem Innen-oder Aussenkühlung oder beide gleichzeitig angewendet werden können.
Das zum Zerstäuber führende, in d ; e Deckplatte 43 eingesetzte lotrechte Rohr 49 weist eine seitliche Öffnung 50 auf, deren unterer Rand derart nach innen eingedrückt ist, dass dadurch der für die Zerstäubung bestimmte Teil des Kühlwassers seitlich in das auf das Überlauf-bzw. Ablaufrohr M aufgesetzte Gefäss 52 abfliesst. Diese Wassermenge kann durch stärkere oder schwächere Eindrückung des unteren Randes der Öffnung 50 sowie durch eine schwache Verengung der unteren Rohrmündung in der einfachsten Weise eingestellt werden.
Diese Rohrmündung taucht mit einigen Millimetern Spielraum konzentrisch in das Überlaufrohr 51, das in die Bodenplatte 44 eingeschraubt ist und mittels des Handrädchens 53 in beliebiger Höhe eingestellt werden kann, wodurch der Wasserspiegel in bezug auf die Deckplatte 43 gehoben oder gesenkt wird. In diese ist nun ein in das Gefäss 52 eintauchendes, T-förmiges Saugrohr 34 eingesetzt, das oben
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mündet an den Saugschlitzen 23 der Reglerhülse, u. zw. ungefähr in drei Viertel deren Höhe. Dadurch wird erreicht, dass vor den Betriebspausen, wenn sich der Druckreglerkolben in schliessendem Sinne in Bewegung setzt, mit zunehmender Verengung der Luftströmung am oberen Ende der Saugschlitze dort. die Saugwirkung und damit auch die angesaugte Wassermenge vergrössert wird.
Nachdem nämlich das eingespritzte Wasser auch die Gefahr einer Entzündung von Öl dämpfen im Druckluftbehälter zu bekämpfen hat und diese Gefahr grösser ist, wenn sich bei Drosselwirkung des Reglers Öl oder dessen Dämpfe in entlegeneren Winkeln des Luftbehälters ungestört durch die Luftströmung ansammeln können, erscheint gerade vor Abschluss des Reglers eine erhöhte Wassereinspritzung geboten. Anderseits darf sich dieses Wasser, das (s. Fig. 5) die erhitzten Druckstutzen 16 kühlend bestreicht und dabei nur zum allergeringsten Teil verdampft, wegen Gefahr von Wasserschläge nicht oberhalb der Kolben ansammeln.
Deshalb ist auch der Kolbenboden genau unterhalb des Druckventils mit einer flachen kegelförmig eingedrehten Rinne 5'7 versehen, in der sich das Wasser beim Aufstieg sammelt, um beim Hubwechsel unter Mitwirkung des im Ventilspalt besonders scharfen Luftstromes hinausgerissen und neuerdings fein zerstäubt zuwerden. Nachdem der Maschinensatz nebenbei auch zur elektrischen Beleuchtung dient, wird nach Fig. 4 der Reglerkolben 33 für die. Kraftmaschine mit Hilfe der Schraubenmuttern 39 und 40 in solcher Höhe eingestellt, dass die Kraftmaschine bei gänzlichem Abschluss der Saugschlitze 23 zum Verdichter noch mit der normalen Drehzahl läuft.
Wird diese aber nicht verlangt, so erfordert es-die Rücksicht auf cute Brennstoffwirtschaft, die Kraftmaschine während der Betriebspausen gerade nur in Gang zu erhalten.
Dann würde aber die Kolbengeschwindigkeit nicht mehr zum Abschleudern des Wassers ausreichen, so dass die Mündung der Spritzdüse 56 schon vor dem gänzlichen Abschluss der Schlitze 23 durch den Kolbenschieber 24 abgedeckt und dadurch dem saugenden Luftstrom entrückt sein muss.
Die Menge des mitgesaugten, zerstäubten Kühlwassers kann von dem durch die lichte Weite der Düsenmündung 56 gegebenen Betrag rasch bis auf Null dadurch stetig vermindert werden, dass die Düsen- mündung 36 von der den Saugschlitzen 23 zugewendeten Lage in die um nahezu 180 abgewendete
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verdreht wird, wogegen die feine Einstellung durch Heben oder Senken des Wasserspiegels im Gefäss 52 mit Hilfe der Schraube 53 erfolgt.
Weiter unten verengt sich das Rohr 51 wieder und bildet zusammen mit dem Rohr 49 eine
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unterstützt, sondern auch Frischluft mit dem abfliessenden Wasser bis in den Wasserbehälter gelangen lässt, welche Luft rückkühlend wirkt und das Auslangen mit einem kleineren Wasserbehälter ermöglicht. Der Abfluss dieses Wassers erfolgt durch das T-Stück 58, in das das untere Ende des
Rohres 51 gleitend eingepasst ist. Dort vereinigt sich wieder die über den tberlauf geführte Leitung mit der vom Kühlmantel des Verdichters kommenden Rohrleitung 59 zum gemeinsamen Abfluss durch den Schlauch 60.
Es ist zweckmässig, für die Wassereinspritzung bereits im Kühlmantel der Kraftmaschine vorgewärmtes Wasser zu verwenden, weil in diesem Fall ein Teil der Kühlwasserwärme mittelbar ausgenutzt ist, indem die einen Verlust an Rauminhalt bedingende Abkühlung der verdichteten Luft nicht so gross ist, als wenn ganz kaltes Wasser verwendet würde. Die in der Zeichnung dargestellte Wasserführung ist wirtschaftlich nur dann einwandfrei, wenn der Luftverdichter bloss durch das eingespritzte Wasser von innen gekühlt wird. Ist bei trockenem Druckluftbetrieb (Bohrhämmer im Stollen) das mitgerissene Wasser nicht erwünscht, dann ist eine andere Wasserführung zweckmässiger, die in den Kühlmantel des Verdichters kaltes Wasser eintreten lässt.
Die Druckleitung vor der Kühlwasserpumpe wird dann in zwei Wege geteilt, von denen der eine durch den Kühlmantel des Verdichters, der andere durch jenen der Kraftmaschine führt. Nachher vereinigen sich beide bei einem Hahn, der die Abzweigung durch den Kühlmantel des Verichters ganz oder teilweise abzuschalten gestattet, um durch die Einspritzvonichtung zu fliessen. Durch Kupplung dieses Hahnes mit der die Spritzdüse verdrehenden Schraube 55 wird erreicht, dass der Verdichter Innenkühlung erhält, falls die Wassermantelkühlung abgestellt wurde.
Wird nun durch den erwähnten Hahn der Wasserstrom durch den Kühlmantel des Verdichters an der Ablaufseite gesperrt, so wird mangels eines Durchflusses auch keine Verlustenergie durch Wasser abgeleitet, sondern auf das in den Zylinder eingesaugte Spritzwasser übertragen, allenfalls sogar zur teilweisen Verdampfung verwendet. Bei Erzeugung höherer Drücke wird das im Kühlmantel des Verdichters stillstehende Wasser durch den sich bildenden Dampf zurückgedrängt.
Für den Antrieb fast aller Druekluftmaschinen ist die Zwischenschaltung eines Druckluftbehälters notwendig, der umso kleiner bemessen sein kann, je genauer der Regler den Schwankungen in der Luftentnahme nachzukommen vermag. Hat aber die zu speisende Druckluftmaschine eine geringere Schlagzahl (Ramme) und soll der grösseren Einfachheit wegen die Expansion auch ohne besondere Expansionssteuerung erzwungen werden, so ist ein kleiner Behälterinhalt vonnöten, dem sich eine beträchtliche künstliche Dämpfung hinzugesellen muss. Kleine Abmessungen des Luftbehälters sind eine wichtige Voraussetzung für die leichte Beförderbarkeit und sogar eine Vorbedingung für die Wirtschaftlichkeit.
Nachdem die Kraftmaschine einen Auspufftopf bzw. Schalldämpfer benötigt, ist es vorteilhaft, diesen zur Verminderung der Transportbestandteile in den Druckluftbehälter einzubauen, wodurch zugleich eine Heizung der infolge Expansion beträchtlich gekühlten, daher bei kalter Witterung schwer zu handhabenden Bohr- oder Niethämmer'erreicht und die arbeitende Menge der Druckluft vergrössert wird. Ein solcher Druckluftbehälter und zugleich Überhitzer 61 ist in Fig. 2 in Ansicht und in Fig. 3 im Schnitt nach a-b durch den eingebauten Auspufftopf dargestellt.
Er isst am unteren Ende mittels der angenieteten Klaue 62 in den einen Träger 3 eingebaut und wird etwas ober der Mitte durch zwei an den den Zylinderblock niederhaltenden Schrauben oder am oberen Träger 4 des Grundrahmens befestigte, zwecks Dämpfung der Erschütterungen abgebogene Flacheisen 63 gehalten, die mit den am Luftbehälter angenieteten Winkellaschen 64 verschraubt sind.
Die Druckluft beider Zylinder des Verdichters wird in dem kleinen Dom 65 gesammelt, an dem das Entlüftungsventil 66, ferner das zum Druckregler führende Röhrchen 42 sowie das zum oberen Ende des Druckluftbehälters führende Druckrohr 67 angebracht ist. Dieser Behälter ist durch die beiden Kesselböden 68 und 69 in drei Räume geteilt, nämlich in einen oberen und einem unteren Luftraum und den dazwischenliegenden niedrigen Auspufftopf, der an der der Kraftmaschine zugekehrten Seite zwei Öffnungen besitzt. Mit diesen wird der Behälter auf die beiden an Stelle des Auspuffkrümmers an der Maschine angebrachten Verbindungsstutzen 70 aufgeschoben.
Diese sind-sofern es die Abmessungen der Maschine gestatten-tunlichst gerade zu führen und ragen in den Behälter einige Zentimeter hinein,
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Entfernung beider Auspuffrohre entsprechend ist diesen gegenüber ein wagrechter Schlitz im Kesselmantel ausgespart, der durch eine mittels eines Knopfes verschiebbare, ober-und unterhalb durch Laschen 71 geführte und abgedichtete Schiebetür 7Z je nach der gewünschten Lufttemperatur mehr oder weniger abgeschlossen werden kann. Durch diese Tür oder durch die zum untersten Kesselboden 73 führenden, zugleich der Schalldämpfung dienenden Heizrohre 74 werden die Auspuffgase geleitet.
Der Kesselboden 73 ist mit der Wölbung nach innen eingenietet, damit sich dort die warmen, nach oben
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Ramme oder von Dampfbohrhämmern, wo es auf die Förderung eines möglichst grossen Volumens gleichgültiger Zusammensetzung ankommt und wo vermöge des starken Zusatzes zerstäubten Wassers und Wasserdampfes ohnehin jede Entzündungsgefahr von Öldämpfen ausgeschlossen erscheint, die Schiebetür 72 geschlossen, so erhitzen die Auspuffgase die bei den Mittelböden 68 und 69 und strömen, weiter Wärme abgebend, durch die Heizrohre nach unten. Der an sich niedrige Zylindermantel des Auspuffraumes wirkt zwar nicht unmittelbar als Heizfläche, bewirkt aber durch Wärmeleitung des Eisenbleches eine Erwärmung der übrigen Mantelfläche, die die Wärmeabgabe der Luft an diese Mantelfläche vermindert.
Werden dagegen etwa bei warmer Witterung Bohrhämmer mit trockener Druckluft betrieben, so ist die Schiebetür ganz geöffnet, so dass die in gerader Richtung ohne Widerstand hindurchtretenden Auspuffgase, an der Mündung der Heizrohre 74 mit grosser Geschwindigkeit vorbeiströmen, durch die nunmehr als Kühlrohre wirkenden Heizrohre kalte Luft ansaugen. Ist bei kalter Witterung eine zweckmässige genau regelbare Erwärmung der Luft erwünscht, so wird die Schiebetür teilweise geschlossen, so dass in einem Teil der Rohre Heizung, im andern Abkühlung erfolgt.
Der obere Luftraum des Luftbehälters ist kleiner gehalten, damit die Luft den vermöge Auftriebs der heissen Auspuffgase am stärksten erhitzten Zwischenboden 68 auch am wirksamsten kühlt. Um ein
Ansammeln und daher gefährliches Erhitzen von etwa schon gebildeten Öldämpfen in den schmalen
Ecken bei den Nietnähten zu verhindern, wird die Eintrittsmündung des Rohres 67 schräg ausgebildet oder mit einem ablenkenden Blechschirm versehen, um ein Kreisen der Luft anzubahnen. Die Luft gelangt nun durch den Krümmer 7J in den unterem Luftraum. Der Krümmer ist in Fig. 2 punktiert und um 900 verschwenkt dargestellt, trägt oben das Manometer, unten das Sicherheitsventil, so dass diese beiden heiklen Bestandteile ohne viel Zeitversäumnis abgenommen werden können.
Der obere Anschluss des Krümmers 75 ist so hoch über dem Zwischenboden 68 angebracht, dass das mit der Luft eingesaugte, noch nicht verdampfte Spritzwasser diesen Kesselboden gerade bedeckt, jedenfalls aber die Ecken bei den Nietverbindungen anfüllt, so dass sich dort keine dünnen, rasch bis zum Verdampfen erhitzbaren Ölschichten festsetzen können und das 01 auf einer verlässlich kühlenden Wasserschichte schwimmt, von wo aus es zuerst durch den in den Krümmer 75 tretenden Luftstrom abgeschöpft wird. Die untere Mündung des Krümmers ist leicht nach oben gerichtet, damit die zweitheisseste Heizfläche, nämlich der untere Zwischenboden 69 durch die eintretende Luft und die noch nicht verdampften Wassertröpfchen gekühlt wird.
An dieser Stelle ist übrigens auch bei luhendem Luftinhalt die Entzündungsgefahr der Öldämpfe nicht so gross, weil diese schweren Dämpfe nach unten, die heissen Auspuffgase aber von diesem
Kesselboden weg nach oben streben. Damit das in den unterem Luftraum mitgerissene Öl ebenfalls auf einer kühlenden Wasserschicht schwimmt, ist der für den Anschluss des Luftschlauches bestimmte Luft- austrittsstutzEn 76 mit der Unterkante seiner Bohrung gleichfalls einige Zentimeter ober dem Kessel- boden 73 angebracht.
Wird mit ein wenig Überschuss nicht mehr verdampfbaren Kühlwassers gearbeitet, so wird bei dessen Ansteigen zuerst das obenauf schwimmende Öl von dem sich verengenden Luftstrom abgeschöpft und in die angetriebene Druckluftmaschine mitgerissen, die somit durch das Abfallöl des
Luftverdichters selbsttätig geschmiert wird und eine besondere Beschickung mit Schmiermittel nur bei
Betriebsbeginn benötigt.
Gibt der Maschinensatz nur mechanische Arbeit und Luft von sehr geringer
Pressung ab (Anfachen von Schmiedefeuern), bei der der Druckregler noch nicht anspricht, so sorgt der
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bei, die Wartung auf ein Mindestmass zu beschränken, so dass ein Wärter im Gegensatz zur Dampfmaschine mehrere Maschinensätze beaufsichtigen kann bzw. dass der Rammeister oder Mineur seine Obliegenheiten und die des Wärters der Verbrennungskraftmaschine vereinigen kann.
Sind Maschinen anzutreiben, die mit regelmässig wiederkehrenden Betriebsunterbrechungen arbeiten (Einsetzen eines neuen Pfahls beim Rammen), die aber doch nicht lange genug dauern, um ein Abstellen der Kraftmaschine zu rechtfertigen, so erweist sich der Rückstand von Wasser in den beiden Lufträumen des Behälters, für dessen Auffüllung besonders die vorbesprochene, bei einsetzender Schliessbewegung des Reglers sich verstärkende Wassereinspritzung des Zerstäubers sorgt, als nützlich.
Nachdem nämlich die Auspuffgase die Maschine bei Leerlauf heisser verlassen und überdies-weil in geringerer Mengelangsamer an den Heizflächen vorüberstreichen, folglich mehr Zeit zur Wärmeabgabe haben und da eine starke Dämpfung des Reglers, wie sie nach dem Vorhergehenden beispielsweise beim Rammbetrieb zweckmässig ist, an sich schon ein Überschreiten des eingestellten Grenzdruckes bedingt, ist das Wasser in der Lage, während der Betriebspause eine erhebliche Wärmemenge aufzunehmen. Bei Wiederbeginn der Arbeit wird diese Arbeit frei, weil der sich nuninfolge Druckabfalls bildende Wasserdampf die Förderung des Verdichters vermehrt.
Für den vorliegenden Maschinensatz ist fast jede Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine schon mit Rücksicht darauf, dass die selbsttätige Steuerung des Verdichters von der der Kraftmaschine völlig
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ersetzt wird.
Weiters kann aus dem beschriebenen Maschinensatz sehr leicht ein solcher von doppelter Luftförderung für elektrischen Betrieb hergestellt werden, indem beispielsweise ein als Ersatzbestandteil
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