DE18154C

DE18154C - Neuerungen an Eismaschinen

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Publication number: DE18154C
Application number: DENDAT18154D
Authority: DE
Original assignee: J. P. burnham und O. G. burnham in Chicago (Illinois, V. St. A.)

Description

KAISERLICHES

ΡΑΤΕΝΤΑΜΤΛ^

in CHICAGO (V. S. A.).

Neuerungen an Eismaschinen.

Diese Neuerungen beziehen sich auf diejenige Klasse von Eismaschinen mit einem Cylinder, „welche durch Compression und darauf folgende Expansion der Luft Kälte erzeugen.

Die bisherigen Maschinen dieser Art haben verschiedene Nachtheile. Einestheils bestehen letztere in der allzu raschen Abkühlung während der Verdichtung, wodurch die Luft derselben einen um so gröfseren Widerstand entgegensetzt, je mehr sie durch die gröfsere oder kleinere Abkühlung sich auszudehnen strebt. Das Einspritzen von Wasser in die Verdichtungskammer während des Comprimirens macht die Luft feucht und ist letztere deshalb für viele Zwecke nachtheilig. Ein anderer Nachtheil an den bisherigen eincylindrischen Eismaschinen besteht darin, dafs die Ausdehnung und Verdünnung der Luft in Berührung mit den nämlichen Oberflächen stattfindet, auf welchen sie verdichtet und abgekühlt wurde, indem diese Flächen die bei der Verdichtung von der Luft aufgenommene Wärme theilweise bei der Expansion wieder an dieselbe abgeben und hierdurch die Kälteerzeugung wesentlich beeinträchtigen.

Die Neuerungen dienen dazu, den angeführten Nachtheilen entgegenzuwirken. Vor allem findet bei der neuen Maschine eine gleichzeitige und in den richtigen Verhältnissen vorwärtsschreitende Verdichtung und Abkühlung in einem und demselben eigenthümlich geformten Raum statt, und zweitens ist die verdichtete Luft während ihrer Expansion, obgleich in demselben Raum, doch nicht mit denselben Flächen in Berührung, auf welchen ihre Verdichtung stattfand. Man bezweckt ferner durch die neue Construction dieser cylindrischen Maschine, die zum Verdichten der Luft aufgewendete Kraft während der darauffolgenden Verdünnung zum grofsen Theil wieder zu gewinnen; ferner befinden sich keine Ventile an der Mündung des Verdichtungsraumes, wodurch einer Verstopfung durch Eisbildung vorgebeugt wird.

Im allgemeinen bezwecken die Neuerungen, eine Eismaschine zu liefern, die sich durch einfache Bauart, billigeren Betrieb von den jetzt gebräuchlichen Maschinen unterscheidet, ohne jedoch in ihrer Leistung von denselben übertroffen zu werden.

Auf beiliegender Zeichnung ist:

Fig. ι die Ansicht zweier Eismaschinen, von einer Welle getrieben,

Fig. 2 ein Verticalschnitt, quer auf die Welle einer Maschine, deren Kolben sich in der tiefsten Stellung des Hubes befindet,

Fig. 3 die Ansicht einer Maschine von der Seite, mit theilweisem Schnitt, den Kolben nahezu an der höchsten Stelle seines Hubes zeigend,

Fig. 4 dieselbe Ansicht wie Fig. 3, jedoch mit dem Kolben in der höchsten Hubstellung,

Fig. S ein vergröfserter Schnitt längs der Welle durch das obere Ende der Verdichtungskammer und des Kolbens mit Luftventil und Kühlwasserröhren,

Fig. 6 ein Bruchstück des unteren Theiles des Verdichtungskolbens mit seiner Liderung, im Mafsstab von Fig. 5.

Die Verdichtungskammer H wird aus einem oberen, kegelförmigen Mantel B aus Stahlblech und einem unteren, cylinderförmigen Theil A aus Gnfseisen durch eine Verbindung von Flantschen und Schrauben bei α gebildet. Der Mantel B ist oben durch den Deckel B¹ geschlossen, mit dem sich nach dem Innern der Verdichtungskammer öffnenden Luftventil V, dessen Schlufs durch die Feder ν bewirkt ist. C ist ein die Verdichtungskammer umgebender und bis über den cylindrischen Theil A heruntergehender, auf dem Flantsch a¹ desselben ruhender Wasserbehälter, in welchen das Kühlwasser am Boden durch das Rohr C¹ eintritt, um durch das Abfiufsrohr C² am oberen Rand wieder auszutreten. Das Rohr C¹ ist im Innern des Wasserraums auf dem Boden desselben parallel mit dem Umfang gebogen, so dafs das einströmende kalte Wasser in seinem Weg nach aufwärts die innere Wand B spiralförmig umfliefst, wodurch eine gleichmäßige, beständige Abkühlung der Verdichtungskammer erreicht wird.

Die Einsaugung, Verdichtung, Ausdehnung und schliefsliche Austreibung der Luft geschieht durch zwei in den Theilen A und B der Verdichtungskammer verschiebbare Kolben P und Z.

Der untere Kolben P ist an seinem oberen Theil mit der Packung/ versehen und arbeitet in dem cylindrischen Theil A der Verdichtungskammer, während der obere Kolben Z eine kegelförmige, mit dem Mantel B concentrische Gestalt hat. Der untere Theil des Kolbens Z ist cylmdrisch und aus einem Boden Z², Fig. 6, von Gufseisen gebildet, an dessen beiden Flantschen die äufsere und innere Wand des Kolbens angenietet ist. Der äufsere Flantsch trägt die aus Leder oder einem anderen passenden Dichtungsmaterial hergestellte Packung Z¹, Fig. 6, welche bei abwärtsgehender Kolbenbewegung den Raum über dem Kolben ab-" schliefst, beim Aufwärtssteigen aber die in diesem Raum befindliche verdichtete Luft nach unten durchläfst. A¹ ist eine seitliche Oeffnung, welche etwas über dem tiefsten Stand des Kolbens Pin dem unteren cylindrischen Theil A der Verdichtungskammer angebracht ist und zum Auslassen der verdünnten Luft dient. Der Kolben P bedeckt beim Aufwärtssteigen die Oeffnung A¹ und hält dieselbe bei seiner abwärtsgehenden Bewegung verschlossen, bis er seinen tiefsten Stand erreicht hat.

Die Bewegung der Kolben P und Z findet nicht mit gleicher Geschwindigkeit statt. Im ■Anfang der aufwärtssteigenden Bewegung erheben sich beide Kolben dicht hinter einander (s. Fig. 2). Wenn P am Ende seines Hubes angekommen ist, Fig. 3, hat Z noch eine kleine Strecke zurückzulegen; dies geschieht rasch, und dann steht L in seiner höchsten Stellung einen Moment still, während P schon langsam sich abwärts bewegt. Jedoch ereilt der nun niederwärts gehende Kolben Z den Kolben P kurz ehe letzterer den Boden der Ausströmungsöffnung ^'.passirt hat. Die Bewegung des Kolbens P wird demselben durch die sich um den an der Excenterscheibe D befestigten Kurbelzapfen d drehende Kurbelstange E mitgetheilt. Die Excenterscheibe D mit den Gleitbahnen d^l d² d³ wirkt durch die am Ende des auf der Achse 0 des Hebels O sitzende Gleitrolle o¹ und die am anderen Ende befindliche Verbindungsstange Q durch den Arm /' auf die Achse /, welche an ihren beiden Enden die Arme J trägt. Letztere sind durch Zapfen mit den beiden Schubstangen K verbunden, die oben durch das Querhaupt M unter sich verbunden sind und an demselben vermittelst der beiden in Stopfbüchsen η η laufenden hohlen Kolbenstangen den Kolben Z tragen. Aus den Fig. 2 und 3 sieht man die gegenseitige Stellung des Excenters D und der Hebel und Kolben. Wenn der Zapfen d den höchsten Stand erreicht hat, Fig. 3, so wird die Gleitrolle o¹ noch weiter durch die Gleitbahn d¹ gehoben und wegen der horizontalen Stellung von den Armen J¹ und J der Kolben L noch rasch bis zu seinem höchsten Punkt, Fig. 4, steigen, alsdann aber, wegen der concentrischen Gleitbahn d³, stillstehen; doch nur für einen Augenblick, er fällt dann rasch, durch das Gleiten der Rolle e>\ auf der sich dem Mittelpunkt nähernden Gleitbahn ₍ d^s, während der Kolben P sich immer langsamer seinem tiefsten Punkt durch die um die Triebwelle .S rotirende Bewegung des Zapfens d nähert.

Das Excenter D kann in Bezug auf die Stellung des Kurbelzapfens d so angeordnet sein, dafs, ehe P noch seinen höchsten Stand erreicht hat, der Kolben Z mit gröfserer Geschwindigkeit nach oben getrieben wird und daher mit dem unteren Kolben P zu gleicher Zeit seinen höchsten Stand erreicht.

Die Wirkungsweise der sich bewegenden Theile in Bezug auf die Luft ist wie folgt: Beim Kolbenniedergang strömt die Luft durch das Ventil V und füllt den Raum H über und rings um den kegelförmigen Kolben Z. Beim nun folgenden Aufsteigen beider Kolben wird die Luft über dem unteren und über und um den oberen Kolben verdichtet. Beim letzten Aufsteigen von Z wird die verdichtete Luft durch die bewegliche Liderung Z¹ des Kolbens in den Raum h zwischen beiden Kolben entweichen (s. Fig. 4) und, da sich dieser Raum durch die abwärtsgehende Bewegung von P vergröfsert, ausgedehnt oder verdünnt werden. Sobald der Kolben P die Oeffnung A¹ freiläfst, treibt der von oben kommende Kolben Z diese verdünnte Luft aus der Oeffnung heraus. .'

Während der Verdichtung ist die Luft in einer dünnen Schicht rings um den Verdichtungskolben und in Berührung mit den Wänden der Verdichtungskammer, deren Fläche durch die genau einpassende, kegelförmig gebildete Wand des Kolbens im Stande ist, die durch die Verdichtung entstehende Wärme in dem Mafse wie sie entsteht auch sofort in sich aufzunehmen. Ferner findet die Verdünnung oder Expansion der Luft in Berührung mit den Wänden des unteren cylindrischen Theiles des Raumes H statt, also nicht mit dem Theil der inneren AVand der Verdichtungskammer, welcher hauptsächlich die Wärme aufnahm; es wird also kein nennenswerther Theil der bei der Verdichtung freigewordenen Wärme bei der Verdünnung wieder an die Luft zurückgegeben.

Die verdünnte Luft wird unter dem gewöhnlichen atmosphärischen Druck aus der Maschine ausgetrieben. Damit dies geschehen kann, mufs der Inhalt des Raumes in dem Augenblick, wo die Oeffnung A¹ frei wird, gleich dem Rauminhalt der durch das Ventil V eingelassenen atmosphärischen Luft sein, abzüglich des durch die erzeugte niedrige Temperatur bedingten Raumverlustes. Um die Luft der Verdichtungskammer nicht nur an den äufseren Wänden, sondern auch im Innern abzukühlen, ist_ der Raum zwischen der inneren und äufseren Wand des Kolbens Z durch die hohlen Kolbenstangen NN mit einer beständigen Zu- und Abströmung von Kühlwasser ausgerüstet (nach der Richtung der Pfeile auf Fig. 5). Das Rohr N für das kalte Wasser geht bis auf den unteren Boden Z² des Kolbens Z und ist da seitwärts gebogen, um dem kalten Wasser eine spiralförmig aufsteigende Strömung zu geben. Die Rohre N N sind am oberen Ende durch biegsame Rohre Ν^λ N mit den Zu- und Abführungsrohren verbunden.

XJm eine spiralförmig aufsteigende Strömung des Kühlwassers in der Verdichtungskammer und dem Kolben zu bewirken, kann man auch spiraiförmig gewundene Platten in diesen Wasserräumen anbringen.

Ein grofser Vortheil dieser Maschinen vor den gewöhnlichen besteht darin, dafs die verdichtete Luft nicht gezwungen ist, enge Oeffnungen, Rohre etc. mit Ventilen auf ihrem Wege zum Expansionscylinder zu durchströmen, mithin auch die vielen Reibungswiderstände mit den daraus entstehenden Kraftverlusten auf ein Minimum reducirt sind und die ganze während der Verdichtung geleistete Arbeit durch die bei der Expansion gelieferte Kälte ersetzt wird.

Die kegelförmige Gestalt des Kolbens Z hat vor der gewöhnlich üblichen cylindrischen den Vortheil, dafs erstere eine verhältnifsmäfsig gröfsere Luftmenge an die abkühlenden Wände der Verdichtungskammer drückt, und die schädlichen Räume, deren verdichtete Luft beim Niedergang des Kolbens ausgedehnt, beim Aufgang aber in der Verdichtungskammer zurückbleibt, auf ein sehr geringes Mafs. zurückgeführt werden. Selbst ein treppenförmig, aus kurzen Cylindern, ähnlich den Riemscheiben einer Vorlage oder Drehbank, gebildeter Kolben wird nicht die Wirksamkeit wie der neue aus Kegel und Cylindern zusammengesetzte Kolben haben. Der untere Kolben P ist nicht unumgänglich nöthig; er dient dazu, die zur Verdichtung aufgewendete Kraft bei der Expansion derselben wieder zu gewinnen, und kann auch entbehrt werden. Man braucht nur in der Verdichtungskammer eine ringförmige Erweiterung anzubringen, in welcher sich die verdichtete Luft sammelt und über deren unteren Rand der Boden des Kolbens Z beim letzten Aufwärtsgehen steigt, wodurch die verdichtete Luft aus dieser Erweiterung entweichen kann. In diesem Falle ist die Packung Z¹ so herzustellen, dafs sie der verdichteten Luft keinen Ausweg nach unten gestattet, ehe die gewünschte Dichtigkeit und Spannung erreicht ist.

Ferner läfst sich auch die Bewegung der beiden Kolben so einrichten, dafs der obere Kolben Z vom unteren P gehoben wird, bis der Kolben P seine höchste Stellung erreicht hat, wo dann Z durch ein einfaches Excenter auf der Welle .S vermittelst der Schubstangen K bis zum höchsten Punkt gehoben wird. Der Niedergang des Kolbens L kann durch dessen eigenes Gewicht bewirkt werden, wodurch die Ausdehnung der über dem Kolben P befindlichen Luft nicht gehemmt wird, nur hat man die Oeffnung A¹ etwas über dem oberen Rand des Kolbens P bei dessen tiefstem Stand anzubringen, damit sich beim Herabfallen des oberen Kolbens ein als Luftkissen dienender Raum zwischen beiden Kolben befindet. '

Wird diese Maschine in horizontaler Stellung, anstatt aufrecht stehend, erbaut, so kann derselbe Bewegungsapparat angewendet werden, nur müssen die Gleitbahnen des Excenters durch Nuthen gebildet sein, in welchen die Leitrolle o^l gleitet, um eine sichere Führung zu ermöglichen.

Läfst man aber den Verdichtungskolben L während des ganzen oder des gröfseren Theiles des nach aufsen gerichteten Hubes durch den Kolben P treiben, so wird der Treibapparat des Verdichtungskolbens vereinfacht.

Die kegelförmige Gestalt des Verdichtungskolbens, sowie die hierzu passende kegelförmige Gestalt der mit dem Luftventil versehenen Wand der Verdichtungskammer läfst sich bei Luftverdichtungsmaschinen überhaupt, anstatt der üblichen cylindrischen Form der Kolben mit Kolbenstange und dem durch die verlängerte Kolbenstange gebildeten zweiten Kolben, mit Vortheil anwenden.

Indem man bei dieser Maschine die Ausströmungsöffnung A ¹ mit dem Lufteinlafsventil V verbindet, kann man ein und dasselbe Luftquantum beständig abwechselnd verdichten und verdünnen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Die Verdichtungskammer H in Gestalt eines abgestutzten Kegels mit dem Cylinder A behufs Dichtung und Führung des Verdichtungskolbens L von entsprechend kegelförmiger Gestalt mit cylindrischem Ansatz und sich nach aufsen öffnender Dichtung Z¹, in Verbindung mit dem sich nach innen öffnenden Luftventil V, wodurch die in der Verdichtungskammer eingesaugte Luft gleichmäfsig gegen die kegelförmige Wand derselben gedrückt und verdichtet wird.

2, Die Anordnung der Luftverdünnungskammer A als Fortsetzung des unteren cylindrischen Theiles der Verdichtungskammer H in Verbindung mit dem Kolben P zur Erzeugung eines gröfseren Nutzeffects der Eis- ,■ maschine.

Die durch die Rohre N¹ und die hohlen Kolbenstangen N bewirkte Ein- und Ausströmung des Kühlwassers im Mantel des Verdichtungskolbens.

Die Bewegung des Verdichtungskolbens L durch die Kurbelwelle S, Excenter D, Gleitbahnen d¹ d² d^%, Hebel O, Verbindungsstange Q₁ Arme J und /, Schubstangen K und Querhaupt M; ferner die Bewegung des Verdünnungskolbens P durch die Kurbelwelle S, Kurbelzapfen d und Kurbelstange E, wodurch die Einsaugung, Verdichtung, Ausdehnung und schliefsliche Austreibung der Luft bewirkt wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.