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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 27: Gebläse und Lüftungsvorrichtungen.CLASS 27: Blowers and ventilation devices.

E. W. KÖSTER in BERLIN. Luftpumpe. EW KÖSTER in BERLIN. Air pump.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 26. Oktober 1898 ab.Patented in the German Empire on October 26, 1898.

Der Wirkungsgrad einer gewöhnlichen Luftpumpe ist in erster Linie abhängig von der Gröfse des schädlichen Raumes. Wenn man für die Berechnung des Wirkungsgrades das Mariotte'sche Gesetz zu Grunde legt, so ist bei einer solchen Pumpe der nutzbare Hub um das Product aus dem schädlichen Räume und dem Verhältnifs der Auspuffspannung zur Saugspannung kleiner als der ganze Kolbenhub. Ist beispielsweise der schädliche Raum = 2 pCt.,, so ist bei einer Saugspannung von Y₂₀ Atm. der nutzbare Hüb bezw. der Wirkungsgrad 100·—40 = 60 pCt., während bei einer Saugspannung von Y₅₀ Atm. öder bei 15 mm absolutem Quecksilberdruck der Wirkungsgrad 100 —■ 100 = ο wird. Hieraus folgt, dafs das höchste Vacuum, welches unter diesen Verhältnissen erreicht werden kann, Y₆₀ Atm. = 15 mm Quecksilberdruck ist.The efficiency of an ordinary air pump depends primarily on the size of the harmful space. If Mariotte's law is used as a basis for calculating the efficiency, the usable stroke of the product of the harmful space and the ratio of the exhaust voltage to the suction voltage is smaller than the entire piston stroke in such a pump. If, for example, the harmful space = 2 pCt. ,, then with a suction tension of Y ₂₀ Atm. the usable hub resp. the efficiency 100 · -40 = 60 pCt., while at a suction tension of Y ₅₀ atm. or at 15 mm absolute mercury pressure the efficiency becomes 100 - ■ 100 = ο. From this it follows that the highest vacuum which can be reached under these conditions is ₆₀ atm. = 15 mm mercury pressure.

Um nun den Wirkungsgrad von Luftpurripen zu erhöhen und ein höheres Vacuum zu er- . zielen, hat man bisher zwei Mittel angewendet.In order to increase the efficiency of Luftpurripen and to create a higher vacuum. two means have been used so far.

Der eine zur Erreichung des gedachten Zweckes führende Weg besteht darin, dafs bei Anwendung nur eines Cylinders und eines Kolbens mit gleich grofsen wirksamen Flächen die in dem schädlichen Räume der einen Kolbenseite verbliebenen comprimirten Gase beim Hubwechsel auf die andere Kolbenseite geführt werden. Hierdurch wird zwar der nutzbare Theil des Hubes, also die effective Saugwirkung gröfser, aber auf Kosten der Arbeitsleistung, denn dadurch, dafs die auf die andere Kolbenseite geführte Luft von neuem comprimirt werden mufs, wird ein erheblicher Arbeitsverlust bedingt.The one way leading to the attainment of the intended end consists in that at Use of only one cylinder and one piston with equally large effective areas the compressed gases remaining in the harmful space on one side of the piston be guided to the other side of the piston when changing the stroke. This is the usable part of the stroke, i.e. the effective suction greater, but at the expense of the Work performance, because by the fact that the air led to the other side of the piston is renewed must be compressed, a considerable loss of work is caused.

Das andere Mittel, welches zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Luftpumpe in Anwendung gebracht wird, besteht in der Anordnung zweier verschieden grofser Cylinder, welche von den abgesaugten Gasen nach einander durchstrichen werden. Das Gröfsenverhältnifs der Cylinder wird hierbei so gewählt, dafs der erste Cylinder die Gase absaugt, bis zu einem gewissen Grade comprimirt und alsdann dem zweiten, dem geringeren Volumen der Gase angepafsten Cylinder zudrückt, welcher sie bis auf die Spannung der Aufsenluft comprimirt und in letztere ausstöfst. Diese Einrichtung erfüllt zwar ihren Zweck, ist jedoch durch das nothwendige Vorhandensein zweier Cylinder umständlich und theuer. In letzterem Falle mufs das nutzbare Volumen der beiden nach einander. zur Wirkung kommenden Cylinder stets verschieden sein, wenn man zweistufig comprimiren will.The other means used to increase the efficiency of an air pump is brought, consists in the arrangement of two cylinders of different sizes, which are swept through by the extracted gases one after the other. The size ratio the cylinder is chosen so that the first cylinder sucks off the gases until compressed to a certain extent and then the second, the smaller volume the cylinder adapted to the gases, which it up to the tension of the outside air compressed and discharged into the latter. This facility does its job, but it is awkward and expensive because of the necessary presence of two cylinders. In the latter Fall must be the usable volume of the two after each other. coming into effect cylinder always be different if you want to compress in two stages.

An Stelle von zwei doppeltwirkenden Cylindern hat man auch für zweistufige Compression die beiden Seiten eines Cylinders in Hintereinanderschaltung verwendet, wobei dann die wirksamen Kolbenflächen verschieden grofs gewählt werden, so. dafs die oben als no.thwendig bezeichnete Volumenverschiedenheit in demselben Mafse auch hier vorhanden ist.Instead of two double-acting cylinders, you also have two-stage compression the two sides of a cylinder are used in series, with the effective piston areas of different sizes are selected, see above. that the above as necessary The difference in volume indicated is also present here to the same extent.

Vorliegende Erfindung stützt sich darauf, dafs das nutzbare Volumen, welches das Product aus Kolbenfläche und nutzbarem Hub ist, auch dann verschieden grofs wird, wenn man an Stelle der Kolbenflächen die nutzbaren Hübe verschieden grofs macht. Nach vorliegender Erfindung wird demnach bei der Anordnung nur eines Cylinders und einesThe present invention is based on the fact that the usable volume which the product from the piston area and the usable stroke, becomes different in size even if one instead of the piston surfaces makes the usable strokes of different sizes. According to the present Invention is therefore with the arrangement of only one cylinder and one

Kolbens (Fig. ι) die Verschiedenheit der nutzbaren Volumen beider hinter einander geschalteter Cylinderseiten dadurch erreicht, dafs die nutzbaren Hübe verschieden grofs gemacht werden, während die Kolbenflächen gleich bleiben können. Auf den ersten Blick scheint es, als o.b dieses Mittel zur Erhöhung des erreichbaren Vacuums nicht führen könnte, weil bei gleicher Gröfse beider Cylinderseiten die Gase unverändert von einer auf die andere Kolbenseite übertreten.müfsten. Dies ist jedoch unzutreffend, denn das Aussaugen der Gase erfolgt nicht während des ganzen Hubes, sondern nur während eines Theiles desselben, und dieser nutzbare Theil des Hubes, auf den es ankommt, ist für beide Cylinderseiten verschieden. Das Verhältnifs der nutzbaren Theile des ganzen Hubes regelt sich hierbei selbstthätig und hat dieselbe Wirkung wie sonst das Verhältnifs der verschieden grofsen Kolbenflächen.Piston (Fig. Ι) the difference in the usable volume of the two connected one behind the other Cylinder sides achieved by making the usable strokes of different sizes while the piston areas can remain the same. At first glance it seems it, as above, this means could not lead to an increase in the achievable vacuum, because with the same size of both sides of the cylinder, the gases remain unchanged from one to the other Overstep the piston side. However, this is incorrect because the gases are sucked out does not take place during the whole stroke, but only during part of it, and this useful part of the stroke that matters is for both sides of the cylinder different. The ratio of the usable parts of the whole stroke is regulated here automatic and has the same effect as otherwise the ratio of the different sizes Piston surfaces.

Das Wesen vorliegender Erfindung möge an Hand des in Fig. 3 beiliegender Zeichnung dargestellten Diagramms noch näher erläutert werden.The essence of the present invention should be based on the drawing enclosed in FIG illustrated diagram will be explained in more detail.

Wenn die eine Kolbenseite von den Gasen das Volumen V₁ während des Hubtheiles B C ansaugt und sie entsprechend der Linie C-D auf das Volumen V₂ comprimirt, so saugt die zweite gleich grofse Kolbenseite die comprimirten Gase nur während des Weges D A an und drückt sie weiter auf das Volumen V₃ zusammen, d. h. bei gegebenem schädlichen Räume hängt sowohl die Gröfse V₂ als auch die entsprechende Spannung p₂ nur von der Spannung JJ₁ ab, nach welcher sich somit die Gröfsen V₁ V₂ p₂ von selbst regeln. Der nutzbare Hub der zweiten Cylinderseite ist demnach viel kleiner als derjenige der ersten Seite, wodurch dieselbe Wirkung hervorgebracht wird, wie wenn bei fehlendem schädlichen Räume die Volumen oder Kolbenflächen der Cylinderseiten verschieden grofs wären. ■If one side of the piston sucks in the volume V ₁ of the gases during the stroke part BC and compresses it to the volume V ₂ according to the line CD , the second piston side of the same size sucks in the compressed gases only during the path D A and pushes them further on the volume V ₃ , ie for a given harmful space, both the variable V ₂ and the corresponding voltage p ₂ depend only on the voltage JJ ₁ , according to which the variables V ₁ V ₂ p ₂ regulate themselves. The usable stroke of the second cylinder side is accordingly much smaller than that of the first side, whereby the same effect is produced as if the volumes or piston areas of the cylinder sides were of different sizes in the absence of harmful spaces. ■

Ist beispielsweise der schädliche Raum einer solchen Luftpumpe 2 pCt., so ergiebt sich durch Rechnung,If, for example, the harmful space of such an air pump is 2 pct., The result is by invoice,

wenn Tp₁ = 0,005 = V200 Atm. ist
p₂ = 0,024 Atm.
V₁ = 92,5 pCt.
V₂= 19 - ,when Tp ₁ = 0.005 = V200 Atm. is
p ₂ = 0.024 atm.
V ₁ = 92.5 pct.
V ₂ = 19 -,

und während bei einfacher Wirkung das erreichbare Vacuum = Y₅₁ Atm. ist, ergiebt sich das durch Hintereinanderschalten beider Cylinderseiten erreichbare Vacuum zu V₂₆₀₀ Atm.and while with simple action the achievable vacuum = Y ₅₁ Atm. the vacuum achievable by connecting both cylinder sides in series results in V ₂₆₀₀ atm.

Wenn man mit der vorliegenden Pumpe ein Gefäfs leer pumpen will, so wird der Hahn H zunächst so gestellt wie in Fig. 1. Die Pumpe ist jetzt doppelt wirkend; geht nämlich der Kolben K aus der gezeichneten Stellung nach rechts, so ist das Saugventil S₁ offen und es strömt aus der von dem Gefäfse kommenden Leitung L₁ Luft bezw. Gas durch das Ventil S₁ hinter den Kolben K] während das Druckventil D.₂ die auf der anderen Kolbenseite befindliche comprimirte Luft- oder Gasmenge durch die in die Aufsenluft führende Leitung L₂ ausläfst, sobald die Spannung bis auf den Druck der Aufsenluft angewachsen ist. Auf dem Kolbenwege von rechts nach links öffnet sich dagegen das Saugventil S₂, um Luft aus der Leitung L₁ durch die Oeffnung H₁ des Hahnes H hinter die rechte Seite des Kolbens zu lassen, während zu derselben Zeit die linke Kolbenseite die vorhin angesaugte Luft comprimirt und durch die Hahnöffnung H₂ und Leitung L₂ in die Atmosphäre fortdrückt.If you want to empty a vessel with the present pump, the tap H is initially set as in Fig. 1. The pump is now double-acting; if the piston K goes from the position shown to the right, the suction valve S _{1 is} open and air flows out of the line L _{1 coming from the vessel.} Gas through the valve S ₁ behind the piston K] while the pressure valve D. ₂ discharges the compressed air or gas on the other side of the piston through the line L ₂ leading into the outside air as soon as the tension has risen to the pressure of the outside air . On the piston path from right to left, however, the suction valve S ₂ opens to let air from the line L ₁ through the opening H _{1 of} the cock H behind the right side of the piston, while at the same time the left side of the piston lets the air sucked in earlier compressed and pushed through the tap opening H ₂ and line L ₂ into the atmosphere.

Würde man nur in dieser Weise arbeiten, so wäre, wie die Rechnung ergiebt, das äufserst erreichbare Vacuum = Y₅₁ Atm. absoluter Druck. Um aber ein höheres Vacuum zu erzielen, ist es nothwendig, den Hahn H um 90° zu drehen, wodurch er die in Fig. 2 gezeigte Stellung erhält. Dann ist die Wirkungsweise folgende:If one were to work only in this way, then, as the calculation shows, the extremely attainable vacuum would be = Y ₅₁ atm. absolute pressure. In order to achieve a higher vacuum, however, it is necessary to turn the cock H by 90 °, whereby it is in the position shown in FIG. Then the mode of action is as follows:

Bei dem Kolbengange von links nach rechts wird wiederum Luft aus dem Gefäfse durch die Leitung L₁ und Ventil S₁ angesaugt, während gleichzeitig die rechte Kolbenseite durch Ventil D₂ und Leitung L₂ Luft in die Atmosphäre drückt. Beim Kolbenrückgang von rechts nach links öffnet sich das Druckventil D₁ und läfst durch die schräge Hahnbohrung H₃ und das Ventil S₂ die theilweise comprimirte Luft auf die rechte Kolbenseite treten. Bei diesem Kolbenhube von rechts nach links findet also weder ein Ansaugen aus dem Gefäfse noch ein Fortdrücken in die Atmosphäre statt, sondern es erfolgt nur ein theilweises Comprimiren und darauf folgendes Fortdrücken auf der linken Kolbenseite und ein Ansaugen dieser fortgedrückten Luftmenge auf der rechten Kolbenseite. Hierauf beginnt das Spiel von neuem, indem der Kolben von links nach rechts geht. Die linke Kolbenseite saugt wieder aus dem Gefäfse und der Leitung L₁ neue Luft an und die andere Kolbenseite comprimirt die vorher durch die schräge Bohrung H₃ übergetretene Luft bis zur Atmosphärenspannung, worauf die Luft durch das Ventil D₂ und die Leitung L₂ entweicht. \ When the piston moves from left to right, air is again sucked in from the vessel through line L ₁ and valve S ₁ , while at the same time the right side of the piston pushes air into the atmosphere through valve D ₂ and line L _2. When the piston retreats from right to left, pressure valve D ₁ opens and lets the partially compressed air pass through the inclined tap hole H ₃ and valve S ₂ on the right side of the piston. With this piston stroke from right to left, there is neither suction from the vessel nor pushing out into the atmosphere, but only partial compression and subsequent pushing out on the left side of the piston and suction of this pushed-out amount of air on the right side of the piston. The game then starts again with the piston moving from left to right. The left side of the piston sucks in new air from the vessel and line L ₁ and the other side of the piston compresses the air that had previously passed through the inclined hole H ₃ to atmospheric tension, whereupon the air escapes _{through valve D 2} and line L _2. \

Die beschriebene Erfindung hat also gegen;· über den bisher bekannten, denselben Zweck verfolgenden Einrichtungen die Vorlheile, dafs sieThe described invention thus has against; the advantages over the hitherto known institutions which pursue the same purpose she

ι. gegenüber den Maschinen mit Druckausgleich den Mehraufwand an Kraft für letzteren vermeidet,ι. Compared to the machines with pressure compensation, the extra effort for the latter avoids

2. gegenüber den Maschinen mit zwei Cylindern bedeutend einfacher im Bau und Betrieb ist,2. Compared to machines with two cylinders, it is significantly easier to build and operate is,

3. gegenüber den zweistufigen Maschinen mit einem Cylinder und verschiedenen Kolben-3. Compared to the two-stage machines with one cylinder and various piston

flächen bei Parallelschaltung beider Seiten dem Cylinderdurchmesser entsprechend voll wirkt und eine ungewöhnlich dicke, schlecht zu dichtende Kolbenstange vermeidet.areas when both sides are connected in parallel, corresponding to the cylinder diameter and avoids an unusually thick, poorly sealing piston rod.

Claims

Patent claim:

Single-cylinder air pump with only one valveless piston, characterized in that that the two cylinder ropes can be set in parallel as required by setting a switching device or can be switched one after the other to either double-acting with the pump to work single-stage or single-acting two-stage, in the latter case the to achieve The difference in the volume of the two sides of the cylinder, which is necessary for two-stage compression, is not due to the difference in the effective piston surfaces is achieved, but through the difference in usable Parts of the piston strokes, which vary with the size of the harmful spaces and the total stress ratio changes and regulates itself automatically depending on the latter.

For this purpose ι sheet of drawings.