DE237501C

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Publication number: DE237501C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vi 237501 KLASSE 276. GRUPPE

Steuerungsantrieb für Kompressoren. Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. August 1910 ab.

Mit der Erfindung wird bezweckt, die Leistung solcher Kompressoren u. dgl., die mit nahezu unveränderter Umdrehungsgeschwindigkeit laufen, innerhalb weitester Grenzen verlustlos zu regeln. Diese Regelung soll in bekannter Weise so erfolgen, daß während des Saughubes in jedem Falle die gleiche Druckmittelmenge in den Zylinder eintritt, daß jedoch während des Druckhubes vor Beginn der Kompression eine einstellbare Druckmittelmenge wieder entweicht. Damit nun keine Arbeitsverluste beim Ansaugen auftreten, muß letzteres stets bei gleicher Kolbenstellung beginnen, nämlich möglichst genau bei derjenigen, in welcher das nach dem Fortdrücken im Zylinder verbleibende Druckmittel von dem beim Hubbeginn' herrschenden Enddruck bis auf den Druck des zuströmenden Mittels herunterexpandiert ist. Dieses

ao Ziel soll hier nicht, wie es sonst geschieht, durch Anordnung besonderer Steuerorgane, sondern durch Einwirkung auf die vorhandene Kompressorsteuerung erreicht werden. Die übliche Maßnahme hat nämlich den Nachteil, daß zu den vorhandenen schädlichen Räumen noch diejenigen der zusätzlichen Steuerorgane hinzukommen, was eine Verschlechterung des volumetrischen Wirkungsgrades und damit eine Erhöhung des Energiebedarfs zur Folge hat.

Die Beeinflussung der vorhandenen Kompressorsteuerung ist an sich nicht neu. Sie hat bisher darin bestanden, daß man die Einlaßventile eine Zeitlang dauernd geöffnet oder dauernd geschlossen hielt, um den Druck nicht zu hoch anwachsen zu lassen; bei derartigen Regelvorrichtungen mußte man aber wieder störende Druckschwankungen in den Kauf nehmen, wozu sich im Falle des dauernden Schlusses der Ventile noch Energieverluste gesellten.

Der Steuerungsantrieb gemäß der Erfindung macht es möglich, unter ausschließlicher Benutzung einfacher Steuerorgane die oben genannte Bedingung zu erfüllen. Das A¥esen der Erfindung, das zunächst unter Zugrundelegung eines einfachwirkenden Kompressors erläutert werden möge, besteht in folgendem. Die Exzenterstange greift nicht in üblicher Weise unmittelbar am Steuerorgan an, sondern wirkt durch Vermittlung eines gewöhnlichen zweiarmigen Hebels oder eines Winkelhebels auf eine besondere Steuerstange. Der Drehpunkt des Hebels ist längs einer Bahn verstellbar, für welche nachstehende Bedingung gilt. Denkt man sich das Kurbelgetriebe in derjenigen Lage, die dem Beginn des Ansaugens entspricht, befindlich, so beschreibt der Angriffspunkt des doppelarmigen Hebels an der Steuerstange um den Angriffspunkt dieser Stange am Steuerorgan während der Verstellung des Hebeldrehpunktes einen Kreis, so daß das Steuerorgan seine Lage beibehält, und das Ansaugen unverändert in derselben Kolbenstellung beginnt. Es läßt sich auf diese Weise der Beginn der Kompression Bereiche eines vollen Kolbenhubes, also Leerlauf bis zur vollenLeistung, nötigenfalls noch darüber hinaus, verändern.

Die Bahn, längs deren der Hebeldrehpunkt behufs vollständiger Erfüllung obiger Bedingung bei seiner Verstellung geführt werden

im

muß, wird nach einer unregelmäßigen Kurve gestaltet, die konstruktive Verwirklichung einer solchen Führungsbahn daher mit Schwierigkeiten verbunden sein. Begnügt man sich indessen mit einer starken Annäherung der Bewegung, welche der Angriffspunkt des Hebels an der Steuerstange auszuführen hat, an die gewünschte Kreisbewegung, so ist man in der Lage, die erforderliche Zwangläufigkeit

ίο durch einfache konstruktive Mittel herbeizuführen. Dahin würde z. B. die Anwendung eines Lenkers oder eines Systems von Lenkern gehören; auch eine Geradführung mit Spindelverstellung o. dgl. käme unter Umständen in Betracht.

Bei einem doppeltwirkenden Kompressor könnte man den ganzen beschriebenen Steuerungsantrieb verdoppeln, d. h. das Steuerorgan der Gegenseite durch eine zweite Steuerstange und einen zweiten Doppel- bzw. Winkelhcbel an eine von einem besonderen Exzenter angetriebene Stange anschließen. In der Verwendung eines zweiten Exzenters liegt jedoch eine weitere Komplikation, namentlich insofern es mit großen Schwierig-. keiten verbunden sein würde, die beiderseitigen Gestänge so zu kuppeln, daß man mit einem einzigen Griffhebel eine durchweg gleichmäßige Verstellung beider Steuerorgane bewirken könnte. Diese Übelstände werden durch die Erfindung dadurch beseitigt, daß der Punkt, in welchem der Hebel an der einen Steuerstang'e angreift, außerdem der Steuerstange für das andere Steuerorgan in einem zwangläufig geführten Punkte angelenkt ist, um den sich der Angriffspunkt des Hebels an der ersten Steuerstange annähernd dreht, wenn die Stellung des Kurbelgetriebes dem Beginn des Ansaugens auf der durch die zweite Steuerstange gesteuerten Zylinderseite entspricht, während gleichzeitig der Hebeldrehpunkt verstellt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall eines doppeltwirkenden Kompressors veranschaulicht. Als Steuerorgane sind schwingende Schieber, die nur die Zylindereinlaßseiten beeinflussen, angenommen.

An den Kurbeln ei und/ der um die Punkte 6 bzw. 10 schwingenden Schieber greifen in den Punkten 5 bzw. 9 die Steuerstangen c bzw. e an, welche bei 4 bzw. 7 an eine gemeinschaftliche Stange g angeschlossen sind. Punkt 7 ist ferner mittels einer Schwinge h bei 8 gelenkig aufgehängt. In gleicher Weise ist Punkt 4 bei 11 gelenkig aufgehängt, und zwar mittels des einen Armes eines Winkelhebels b, dessen anderer Arm bei 3 mit der Exzenterstange α gelenkig verbunden ist, welche bei 2 an der auf der Kurbelwelle sitzenden Exzenterkurbel 1-2 angreift. Der Drehpunkt 11 des Winkclhebels läßt sich mit.Hilfe eines um 12 drehbaren Griffhebels i verstellen und in beliebiger Lage feststellen.

Die voll ausgezogenen Linien entsprechen derjenigen Kurbelstellung, bei welcher auf der vorderen Zylinderseite das Ansaugen beginnt.· Der Griffhebel i ist auf volle Belastung eingestellt. Wird jetzt bei unveränderter Kurbelstellung der Griffhebel i allmählich in die gestrichelt gezeichnete, dem Leerlauf entsprechende Lage i' bewegt, wobei der Drehpunkt 11 des Winkelhebels einen Kreisbogen beschreibt, so wird gleichzeitig Punkt 4 in einer Kurve 4-4' geführt, die sich einem um Punkt 5 geschlagenen Kreisbogen stark nähert. Hierdurch bleibt die Lage des Punktes 5 und damit der Zeitpunkt, in welchem das Ansaugen auf der vorderen Zylinderseite beginnt, so gut wie unverändert.

Um die entsprechenden Verhältnisse für die andere Zylinderseite zu untersuchen, hat man sich zunächst die Kompressorkurbel um etwa i8o° gedreht, die Exzenterstange α also in einer Lage zu denken, welche nur unmerklich von der punktiert gezeichneten Lage O₁ abweicht, bei welcher der Punkt 3 und das ganze anschließende Gestänge genau wie vorher die in voll ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung einnehmen. Bewegt man jetzt den Griffhebel i aus der gezeichneten Lage in die durch die strichpunktierte Linie i' veranschaulichte Lage, so gelangt der Punkt 4 aus seiner ursprünglichen Stellung allmählich in die Stellung 4" auf dieser Kurve, welche mit großer Annäherung einem um den Punkt 7 geschlagenen Kreisbogen gleichgesetzt werden kann;, der Punkt 7 wird also während der Verstellbewegung· seinen Ort nur sehr, wenig verändern. Der Aufhängepunkt 8 für den Hebei h ist so gewählt, daß die Bewegung, die der Punkt 7 während der Kurbelwellendrehung auszuführen hat, ungefähr in die Richtung der Steuerstange e für den hinteren Drehschieber fällt. In ähnlicher. Weise ist die Lage der Punkte 4, 3, 11 und 12 so zu bestimmen, daß auch in den äußersten A^erstellungsgrenzen der Punkt 4 sich ungefähr in Richtung der Steuerstange c für das vordere Steuerorgan verschiebt (vgl. z. B. die Bewe- _uo gung des Punktes 4 von 4' nach 4" bei Leerlauf). Die Feststellung der übrigen Verhältnisse der Steuerung geschieht in üblicher Weise. Auch bietet es keine Schwierigkeiten, die Lage der Punkte 3, 4, 7, 8, 11 und 12 zur Erzielung günstiger Steuerungsverhältnisse abzuändern, so daß z.B. 11 in die Verbindungslinie von 3 und 4 fällt und aus dem Winkelhebel b ein gewöhnlicher zweiarmiger Hebel wird. Die Hebelgestalt von b ist überhaupt nicht wesentlich, eine um 11 drehbare starre Scheibe tut dieselben Dienste.

Die Bewegung, welche bei den verschiedenen Einstellungen des Griffhebels i die Angriffspunkte 5 und 9 für die Schieber während einer Umdrehung der Kurbelwelle ausführen, braucht hier nicht besonders untersucht zu werden. Es genügt die an Hand der Figur leicht zu machende Beobachtung, daß ζ. Β., wenn bei der ursprünglich angenommenen Lage der Exzenterstange α, also 3-2, der Hebeldrehpunkt 11 in die Lage 11' bewegt wird, wobei, wie gezeigt, der Punkt 5 seine Lage kaum verändert, der Punkt 9 gleichzeitig in die Lage 9' gelangt. Ebenso bewegt sich, wenn bei der anderen als Ausgangslage angenommenen Lage der Exzenterstange, nämlich Ct₁, die gleiche Verstellung" des Punktes 11 vorgenommen wird, wobei diesmal der Punkt 9 seine Lage praktisch genommen beibehält, der Punkt 5 in die Lage 5".

Es ist.auf diese Weise ersichtlich, wie sich bei der Verstellung der Zeitpunkt des Kompressionsbeginnes gegen den Zeitpunkt, wo das Ansaugen beginnt, verschiebt. Eine nähere Untersuchung ergibt folgendes. Für die vordere Zylinderseite z. B. liegen die Stellung der Exzenterstange α bei Saugbeginn und ihre Stellung bei Kompressionsbeginn (wieder mit großer Annäherung der Stellung Gs₁ entsprechend) im Falle voller Belastung (Stellung 11 des Hebeldrehpunktes) um etwa i8o° auseinander; bei Leerlauf dagegen (Stellung 11' des Hebeldrehpunktes) fallen die gleichwertigen beiden Lagen der Exzenterstange ungefähr in α zusammen, indem dann nämlich die Linie 3'-2 etwa in die Richtung des Durchmessers 2-1 fällt. Daraus ist ohne weiteres zu erkennen, daß der Kompressionsbeginn sich bei den gezeichneten Verstellungsgrenzen fast im Bereiche eines vollen Kolbenhubes verstellen läßt; dieser Verstellungsbereich läßt sich übrigens noch vergrößern, wenn man die Bahn des Punktes. 11 über 11' hinaus verlängert.

Wie bereits in der Einleitung gesagt, kann die Verstellung des Punktes 11 auch mit Hilfe eines Systems von Lenkern erfolgen; unter Umständen wird man vorziehen, ihn längs einer geraden Führungsbahn zu verschieben, wozu dann ein einfaches Schraubengetriebe benutzt werden kann, das sich übrigens auch anders gestalteten Bahnen leicht anpassen läßt. Der Antrieb für die Verstellung kann in jedem Falle von Hand oder mechanisch erfolgen.

Auch für _f den Punkt 7 ist Kreisbogengestalt der Bahn nicht Bedingung.

Wenngleich bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel von den schwingenden Schiebern angenommen ist, daß sie nur die Einlaßseite des Zylinders beeinflussen, so steht doch nichts im Wege, sie sich so gebaut zu denken, daß von ihnen die Druckmittelauslaßseite gleichfalls gesteuert wird. Ferner könnte man sich vorstellen, daß die auf der Zeichnung angedeuteten Steuerorgane nicht den beiden Zylinderseiten eines doppeltwirkenden Kompressors, sondern den beiden Stufen eines einfachwirkenden Stufenkompressors angehören. Endlich könnten an Stelle der schwingenden Schieber ebenso gut hin und her gehende Schieber oder auch Ventile treten.

Wenn der Abstand des Zylinders .von der Kurbelwelle sehr groß ist, wird man zweckmäßig die Steuerstange e oder auch beide Steuerstangen c und e unter Anordnung eines Kreuzkopfes oder eines anders bewegten Zwischengelenkes teilen. In diesem Falle hätte der Punkt 4 z. B. seine — angenäherte — Kreisbewegung bei der \^erstellung" von 11 nicht um 5, sondern um das entsprechende Zwischengelenk auszuführen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Steuerungsantrieb für Kompressoren u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterstange (α) auf eine Steuerstange (c) durch Vermittlung eines doppelarmigen Hebels (b) einwirkt, dessen bei der dem Beginn des Ansaugens entsprechen- go den Lage des Kurbelgetriebes erfolgende Drehpunktsverstellung (11) den Angriffspunkt (4) des Hebels (b) an der Steuerstange (c) um deren Angriffspunkt (5) am Steuerorgan einen Kreis beschreiben läßt.

2. Ausführungsform des Steuerungsantriebes nach Anspruch 1 für doppeltwirkende Kompressoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (4), in welchem der Hebel (b) an der einen Steuerstange (c) angreift, der Steuerstange (e) für das andere Steuerorgan in einem zwangläufig geführten Punkte (7) angelenkt ist, um den sich der Angriffspunkt (4) des Hebels (b) an der ersten Steuerstange (c) annähernd dreht, wenn bei der Verstellung des Hebeldrehpunktes (11) die Stellung des Kurbelgetriebes dem Beginn des Ansaugens auf der durch die zweite Steuerstange (c) gesteuerten Zylinderseite entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.