DE28247C

DE28247C - Innovation in the operation of closed hot air machines with compressed air

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Publication number: DE28247C
Application number: DENDAT28247D
Authority: DE
Original assignee: O. KÖCHY, Regierungs-Maschinenmeister in Berlin C, Hausyoigteiplatz 12

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Diese Einrichtung ist bei allen geschlossenen Heifsluftmaschinen anwendbar und soll überall da von Nutzen sein, wo Heiz- und Kühlflächen der Maschinen grofs genug hergestellt werden können, um der durch den Hochdruck vergröfserten Arbeitsleistung zu genügen.This device can be used with all closed hot air machines and should be used everywhere be useful where the heating and cooling surfaces of the machines are made large enough can in order to meet the increased workload due to the high pressure.

In Fig. ι ist eine mit dieser Einrichtung versehene Maschine dargestellt, deren allgemeine Anordnung im wesentlichen mit der bereits von Stirling-ausgeführten Maschine übereinstimmt, welche Anordnung sich eben durch die Möglichkeit grofser Heiz- und Kühlflächen vorzugsweise für die Ausrüstung mit der bezw. Einrichtung empfiehlt.In Fig. Ι a machine provided with this device is shown, the general The arrangement is essentially the same as that of the engine already designed by Stirling, which arrangement is made possible by the possibility of large heating and cooling surfaces preferably for equipping with the BEZW. Establishment recommends.

Arbeitscylinder A und Verdrängercylinder B, welche beide durch das Rohr r mit einander communiciren, werden am unteren, durch je einen Heiztopf geschlossenen Ende durch die Feuergase erwärmt, während das obere ausgebohrte Ende durch einen Wassermantel kalt gehalten wird. In jedem der beiden Cylinder bewegt sich ein mittelst Ledermanschette gegen die Cylinderwand gedichteter Kolben, welcher durch einen mit ihm verbundenen luftdicht genieteten Blechcylinder, der möglichst nahe an die Cylinderwand anschliefst, in bekannter Weise gegen die Einwirkung der heifsen Luft geschützt ist. Das obere kalte Ende des Verdrängercylinders B ist durch einen Deckel geschlossen und communicirt durch den Röhrenkühlapparat K und den Regenerator R mit dem unteren heifsen Theil. Die relative Bewegung beider Kolben erzeugt in bekannter Weise die Druckänderungen der eingeschlossenen Arbeitsluft, welche durch ihre Wirkung auf den Arbeitskolben die Leistung der Maschine hervorbringen. Soll die Maschine nur mit Luft von atmosphärischer Pressung arbeiten, so ist der Arbeitscylinder oben offen.Working cylinder A and displacement cylinder B, which both communicate with each other through the pipe r , are heated by the fire gases at the lower end, each closed by a heating pot, while the upper bored end is kept cold by a water jacket. In each of the two cylinders a piston, sealed against the cylinder wall by means of a leather sleeve, moves, which is protected in a known manner against the action of the hot air by an airtight riveted sheet metal cylinder connected to it, which adjoins the cylinder wall as closely as possible. The upper cold end of the displacement cylinder B is closed by a cover and communicates with the lower hot part through the tubular cooler K and the regenerator R. The relative movement of the two pistons generates the pressure changes in the enclosed working air in a known manner, which, through their effect on the working piston, bring about the performance of the machine. If the machine should only work with air at atmospheric pressure, the working cylinder is open at the top.

Um die Maschine nun mit höher gespannter Luft arbeiten zu lassen, ist der obere Theil des Arbeitscylinders A ebenfalls durch einen Deckel geschlossen, durch welchen die Kolbenstange mittelst Stopfbüchse durchgeführt ist (s. Fig. 2 in gröfserem Mafsstabe). Die Anordnung ist derart getroffen, dafs beim höchsten Stande des Arbeitskolbens zwischen ihm und dem Deckel ein todter Raum bleibt, dessen Gröfse durch den zu erzielenden Hochdruck bestimmt ist. Zu dem gleichen Zweck ist der Arbeitskolben als ein nach oben offener Hohlkörper Construirt.In order to allow the machine to work with higher tensioned air, the upper part of the working cylinder A is also closed by a cover through which the piston rod is passed by means of a stuffing box (see Fig. 2 on a larger scale). The arrangement is made in such a way that when the working piston is in its highest position, a dead space remains between it and the cover, the size of which is determined by the high pressure to be achieved. For the same purpose, the working piston is designed as a hollow body that is open at the top.

Auf diese Weise bildet der Raum über dem Arbeitskolben den Cylinder einer Luftcompressionspumpe, welche durch das Saugeventil s mit der äufseren Atmosphäre und durch die als Druckventil fungirende Ledermanschette m des Arbeitskolbens mit dem von der Arbeitsluft erfüllten Räume in Verbindung steht. Letztere Manschette ist nämlich derart angeordnet, dafs sie der Luft nur den Durchgang aus dem Räume über dem Kolben nach unten, dagegen nicht den umgekehrten Weg gestattet.In this way, the space above the working piston forms the cylinder of an air compression pump, which communicates with the outside atmosphere through the suction valve s and with the working air filled spaces through the leather sleeve m of the working piston that functions as a pressure valve. The latter cuff is arranged in such a way that it only allows the air to pass down from the space above the piston, but not the other way round.

Beim Ingangsetzen der Maschine wird zunächst das Saugeventil ί durch den Handhebel·A angehoben und dadurch aufser Wirksamkeit gesetzt. Die Maschine wird nun auf gewöhnliche Weise in Gang gebracht und arbeitet zunächst mit einfachem Atmosphärendruck. Das Indicatordiagramm der Arbeitsluft wird durch die geschlossene Curve D₁, Fig. 3, dieWhen the machine is started, the suction valve ί is first lifted by the hand lever · A, thereby making it more effective. The machine is now started up in the usual way and initially works with simple atmospheric pressure. The indicator diagram of the working air is shown by the closed curve D ₁ , Fig. 3, the

f yf y

L/L /

Druckänderung über dem Kolben durch die verticale Linie der atmosphärischen Pressung ae dargestellt.Change in pressure across the piston represented by the vertical line of atmospheric pressure ae .

Nachdem das Schwungrad eine gewisse lebendige Kraft angesammelt hat, senkt man den Handhebel h und läfst dadurch das Ventil ί in Wirksamkeit treten. Beim Niedergange des Arbeitskolbens saugt derselbe demnach durch dieses Ventil eine dem Cylinderinhalte entsprechende Luftmenge an.After the flywheel has accumulated a certain living force, the hand lever h is lowered and the valve ί is activated. When the working piston descends, it sucks in an amount of air corresponding to the cylinder content through this valve.

Beim Rückgange des Kolbens schliefst sich zunächst das Saugeventil und die über dem Kolben befindliche Luft wird comprimirt, und zwar würden die Druckänderungen nach der Curve α b erfolgen, falls kein Uebertritt der Luft durch die Kolbenmanschette in den Raum der Arbeitsluft erfolgte.When the piston retracts, the suction valve closes and the air above the piston is compressed, and the pressure changes would take place according to the curve α b if the air did not pass through the piston sleeve into the working air space.

Da die Druckänderung der Arbeitsluft aber nach der Curve D₁ erfolgt, so findet von dem Zeitpunkt an ein Uebertritt der Luft statt, wo der Druck der über dem Kolben befindlichen Luft den der darunter befindlichen überwiegt, das ist vom Schnittpunkt C₁ der beiden Druckdiagramme. Since the pressure change of the working air takes place according to the curve D ₁ , the air crosses over from the point in time when the pressure of the air above the piston outweighs that of the air below, that is from the intersection point C _{1 of} the two pressure diagrams.

Von dieser Kolbenstellung an findet so lange ein Ueberströmen der angesaugten Luft in den Raum der Arbeitsluft statt, bis der Druck auf beiden Seiten des Kolbens nahezu gleich ist. Die mittleren Druckänderungen auf beiden Seiten erfolgen also ungefähr nach Mafsgabe. der punktirten Curve C₁ b₂. From this piston position on, the sucked-in air flows over into the working air space until the pressure on both sides of the piston is almost the same. The mean changes in pressure on both sides are therefore approximately as specified. the dotted curve C ₁ b ₂ .

Beim Rückgang des Kolbens erfolgen die Druckänderungen der um das Volumen der übergeströmten Luft vermehrten'Arbeitsluft nun zunächst nach dem Diagramm D₃, diejenigen der über dem Kolben befindlichen Luft dagegen nach Aj a₂, so dafs von a₂ bis α wieder durch das Saugeventil eine gewisse Luftmenge angesaugt wird und beim unteren todten Punkte der über dem Kolben befindliche Raum, wie vorher mit Luft, von atmosphärischer Pressung erfüllt ist.When the piston decreases, the pressure changes of the working air increased by the volume of the air that has flowed over now take place first according to diagram D ₃ , while those of the air above the piston take place according to Aj a ₂ , so that from a ₂ to α again through the suction valve a A certain amount of air is sucked in and at the lower dead point the space above the piston, as before with air, is filled with atmospheric pressure.

Beim darauf folgenden Aufgange des Kolbens erfolgen die Druckänderungen der bereits etwas comprimirten Arbeitsluft weiter nach der Curve ZJ₂, die der über dem Kolben befindlichen Luft dagegen wie vorher nach der Curve a b. During the subsequent opening of the piston, the pressure changes of the already somewhat compressed working air continue to follow curve ZJ ₂ , while that of the air above the piston, as before, follow curve a b.

Vom Schnittpunkt C₂ der beiden Diagramme erfolgt wieder, wie vorher, ein Ueberströmen der Luft von oben nach unten. Beim nächsten Kolbenspiel wiederholt sich der geschilderte Vorgang u. s. w.As before, from the intersection point C _{2 of} the two diagrams, the air flows over from top to bottom. The process described is repeated for the next piston play, etc.

Demnach wird bei jedem Kolbenniedergange durch das Saugeventil ein bestimmtes Luftgewicht angesaugt, welches zusammen mit dem noch vorhandenen Pumpeninhalt beim Aufgange stets nach der Curve ab comprimirt wird, so dafs durch die Ledermanschette des Kolbens ein Theil in den Raum der Arbeitsluft überströmt und die Spannung der letzteren so lange erhöht wird, bis das entsprechende Druckdiagramm D* die Curve α b nicht mehr schneidet, sondern nur berührt.Accordingly, is sucked by the suction valve, a specific weight of air on each piston down-going, which together with the remaining pumps contents while rising of always after the Curve from compressed; so that by the leather collar of the piston via flows, and a portion in the space of the working air, the voltage of the latter is increased until the corresponding pressure diagram D * no longer intersects the curve α b , but only touches it.

Dieser Fall würde indefs nur eintreten, wenn keine Verluste aus dem Raum der Arbeitsluft stattfänden, ein Zustand, der indessen kaum zu erreichen sein wird. Bei dem stets stattfindenden Luftverlust wird vielmehr das Diagramm der Arbeitsluft immer etwas in die Curve a b einschneiden (Curve D₃), so dafs alsdann bei jedem Kolbenhube der continuirliche Luftverlust durch frisch angesaugte Luft ersetzt wird.This case would only occur if there were no losses from the working air space, a state which, however, can hardly be achieved. In the case of the constant loss of air, the diagram of the working air will always cut a little into the curve ab (curve D ₃ ), so that the continuous loss of air is then replaced by freshly sucked in air with each stroke of the piston.

Die beschriebene Einrichtung ist an jeder geschlossenen Luftmaschine anzubringen, welche einen oben offenen Cylinder besitzt, bezw. erfordert die Anbringung nur geringe constructive, nicht principielle Aenderungen der Maschine, dagegen würde ihre Anbringung an bereits bestehenden Maschinen mit gröfseren oder geringeren Schwierigkeiten verknüpft, meistens sogar durch den Ersatz wesentlicher Theile (des Arbeitscylinders) mit erheblichen Kosten verbunden sein. Bei der Rider-Maschine müssen z. B. die Plungerkolben durch Kolben wie bei der in Fig. ι dargestellten Maschine ersetzt werden, um die Cylinder mit Deckeln versehen zu können.The device described is to be attached to every closed air machine, which has an open top cylinder, respectively. the installation requires only a small amount of constructive, not fundamental changes to the machine; already existing machines associated with greater or lesser difficulties, mostly even by the replacement of essential parts (of the working cylinder) at considerable costs be connected. In the Rider machine, for. B. the plunger by piston as in the machine shown in Fig. ι be replaced by the cylinder with lids to be able to provide.

Für solchen Fall ist die Anordnung einer besonderen Luftpumpe zu empfehlen, wie dies Fig. 4 für eine Lehmann'sche Maschine zeigt.In such a case, the arrangement of a special air pump is recommended, such as this Fig. 4 shows for a Lehmann machine.

Dieselbe erhält ihren Antrieb von der Schwungradwelle durch die beiden gleich grofsen Zahnräder Z und Z₁, macht also ebenso viel Touren wie die Maschine selbst.It gets its drive from the flywheel shaft through the two equally sized gears Z and Z ₁ , so it makes as much tours as the machine itself.

Das Volumen der einfachwirkenden Pumpe steht durch das Druckventil d mit dem Raum der Arbeitsluft durch die als Saugeventil wirkende Kolbenmanschette mit der äufseren Atmosphäre in Verbindung, event, kann die Stopfbüchsenmanschette der rohrförmigen Kolbenstange finden gleichen Zweck eingerichtet sein. Ueberhaupt können als Ventile sowohl bei dieser als bei der Anordnung in Fig. ζ autoclave einseitig wirkende Manschetten, Gummiklappen, expansible Gummiringe, kurz alle diejenigen Maschinenelemente verwendet werden, welche für den gleichen Zweck bei Luftcompressionspumpen, Gebläsen etc. in Anwendung sind.The volume of the single-acting pump is connected to the working air space through the pressure valve d through the piston sleeve acting as a suction valve with the external atmosphere, possibly the stuffing box sleeve of the tubular piston rod can be set up for the same purpose. In general, both in this and in the arrangement in FIG. 3 autoclave cuffs, rubber flaps, expandable rubber rings, in short all those machine elements which are used for the same purpose in air compression pumps, blowers, etc. can be used as valves.

Sollen in Fig. 4 die Druckänderungen nach dem Diagramm in Fig. 3 erfolgen, so mufs der Pumpenkolben in der höchsten Stellung stehen, wenn der Arbeitskolben am weitesten aufsen steht. Man kann die Kurbel der Luftpumpe indefs auch gegen die beschriebene Anordnung um i8o° versetzen, dann erfolgen die Druckänderungen wie oben beschrieben, aber nach dem Diagramm Fig. 5. Aehnliche, wenn auch keine so günstigen Druckverhältnisse erhält man übrigens bei beliebiger Stellung der Kurbel.If the pressure changes in FIG. 4 are to take place according to the diagram in FIG. 3, then it must the pump piston is in the highest position when the working piston is furthest stands on the outside. The crank of the air pump can also be used against the arrangement described offset by i8o °, then the pressure changes take place as described above, but according to the diagram in Fig. 5. Similar, if not so favorable, pressure conditions are obtained by the way, at any position of the crank.

Da in Fig. 4 das Saugeventil beim Ingangsetzen nicht auf die Weise wie in Fig. 2 aufserSince in Fig. 4 the suction valve when starting up not in the manner as in Fig. 2 aufser

Thätigkeit zu setzen ist, so mufs für diesen Zweck die Pumpe noch durch einen (nicht gezeichneten) Lufthahn mit der äufseren Luft in Verbindung gesetzt werden können.Action is to be taken, the pump must be replaced by a (not shown) Air cock can be put in contact with the outside air.

Bei doppeltwirkenden Maschinen wird die Luftpumpe ebenfalls doppeltwirkend anzuordnen sein. Für Zwecke der Regulirung, sowie des leichteren Anlassens bei kurzen Stillständen kann man den Pumpencylinder in beiden Anordnungen, Fig. 2 und 4, noch durch ein zweites Druckventil mit einem besonderen Reservoir verbinden, in welchem alsdann gleichzeitig durch die permanent arbeitende Pumpe die Luft auf constanter Spannung erhalten wird. Durch den Regulator mufs dann bei geringerem Kraftbedarf:With double-acting machines, the air pump is also to be arranged double-acting be. For the purpose of regulation, as well as easier starting with short downtimes you can use the pump cylinder in both arrangements, Fig. 2 and 4, still through a second pressure valve with a special one Connect the reservoir, in which then at the same time by the permanently working pump the air is kept at constant tension. The regulator then has to do it at a lower level Power requirement:

1. das Saugeventil aufser Thätigkeit gesetzt;1. Set the suction valve to work;

2. durch einen Auslafshahn eine der erforderlichen Kraft entsprechende Menge der Arbeitsluft ausgelassen werden. 2. An amount of working air corresponding to the required force can be released through an exhaust valve.

Bei wieder eintretendem gröfseren Kraftbedarf mufs er dagegen das Saugeventil wieder in Wirkung setzen und eine gewisse Luftmenge aus dem Reservoir in den Räum der Arbeitsluft einströmen lassen. In contrast, when a greater power requirement occurs again, he has to re-open the suction valve Set effect and let a certain amount of air flow from the reservoir into the working air space.

Das Wesen der Einrichtung besteht demnach in der Constanthaltung des Hochdruckes von Heifsluftmaschinen durch den Ersatz der unvermeidlichen, zu verschiedenen Zeiten und je nach der mehr oder weniger sachgemäfsen Behandlung der Maschine verschieden grofsen Verluste der Arbeitsluft aus einer überschüssig grofsen (theoretisch unendlich grofsen) Luftmenge, welche in einem nach Art einer grofsen Luftpumpe eingerichteten Cylinder comprimirt wird und im Zustande des höchsten Druckes eine Luftmenge gleich dem Verluste der Arbeitsluft in den Raum der letzteren entläfst. Hierbei sinkt infolge des grofsen Volumens der Druck der Luft in dem Luftcylinder auch bei Ersatz des gröfsten Verlustes nur sehr wenig, so dafs auch der Druck der Arbeitsluft, welcher in diesem Moment gleich dem der Luft im Ersatzcylinder ist, mit jedem Hube dieses letzteren wieder auf diesen constanten Druck zurückgeführt wird. Die zur Compression der überschüssig grofsen Luftmenge aufgewendete Arbeit ist am Ende der Compression zum gröfsten Theil in der gespannten zurückgebliebenen Luft disponibel und mufs, wenn anders der Hochdruck von Nutzen sein soll, möglichst ohne Verlust wieder auf die Schwungradwelle übertragen werden. Der Luftcylinder wirkt demnach beim Rückgange seines Kolbens vorzugsweise als Treibcylinder und mufs deshalb durch diesem Zweck entsprechende Mechanismen mit der Welle in Verbindung stehen.The essence of the device consists in the constant maintenance of the high pressure of Hot air machines by replacing the inevitable, at different times and ever vary in size according to the more or less proper treatment of the machine Loss of working air from an excessively large (theoretically infinitely large) amount of air, which compresses in a cylinder arranged in the manner of a large air pump and in the state of the highest pressure an amount of air equal to the loss of working air is vented into the space of the latter. Here the pressure of the air in the air cylinder falls, owing to the great volume, even with replacement of the greatest loss, so too does the pressure of the working air, which in this moment is equal to that of the air in the replacement cylinder, with every stroke of the latter is again attributed to this constant pressure. The one used to compress the excess A large amount of air is the greatest amount of work at the end of the compression Partly available in the tense remaining air and must, if different, the high pressure should be useful, transferred back to the flywheel shaft with as little loss as possible will. The air cylinder therefore acts preferentially when its piston is retreating as a driving cylinder and must therefore have appropriate mechanisms for this purpose connected to the shaft.

Aus dem Letztgesagten ist ersichtlich, dafs die günstigste Wirkung dieser Einrichtung unter allen Umständen durch die Anordnung in Fig. 2 'erreicht wird, da dieselbe, wenn man von der geringen Stopfbüchsenreibung absieht, sich nahezu wie ein ohne irgend welche Reibung arbeitender Luftcylinder der beschriebenen Art verhält. Auch ist in diesem Falle der Luftverlust durch einen zweiten Kolben vermieden.From what has just been said it is evident that the most favorable effect of this device is under is achieved under all circumstances by the arrangement in Fig. 2 ', since the same, if one of the low stuffing box friction, it looks almost like one working without any friction Air cylinder of the type described behaves. In this case, too, is the loss of air through a second piston avoided.

Ferner ist zu beachten, dafs wegen der bedeutenden Einwirkung des Ersatzcylinders auf den Gang der Schwungradwelle die Anordnung stets am zweckmäfsigsten so zu treffen ist, wie sie dem Druckdiagramm, Fig. 3, entspricht, da in diesem Falle die einfachwirkende Maschine durch den Ersatzcylinder gewissermafsen doppeltwirkend, der Gang derselben also gleichmäfsiger wird, ein Vortheil, der um so mehr ins Gewicht fällt, als die Schwungräder von nur einfachwirkenden Hochdruckmaschinen sehr bedeutende Massen erhalten müssen.It should also be noted that because of the significant effect of the replacement cylinder on the gear of the flywheel shaft the arrangement is always most expedient to make as it corresponds to the pressure diagram, Fig. 3, since in this case the single-acting machine double-acting as it were due to the replacement cylinder; becomes, an advantage which is all the more important than the flywheels of single-acting ones High pressure machines have to receive very significant masses.

Auch dieser Vortheil ist bei der Einrichtung in Fig. 2 gewahrt.This advantage is also preserved in the device in FIG. 2.

Claims

Pat ent-A NSP scents:

1. In general, the compression and constant hold (in the steady state) of the mean pressure of the working air in closed hot air machines by one permanently with constant stroke, constant speed and without disengagement working air cylinder of very large (theoretically infinitely large) content, which set up like an air pump, as such, however, only after the movement of its piston the one direction, on the other hand when it declines by the expansive force of the the air remaining in it acts primarily as a driving cylinder, and accordingly which one may be connected to the flywheel shaft by any of those mechanisms which are suitable and in use which Transferring work from driving cylinders to shafts, Fig. 4.

2. In particular the latter connection in such a way that the smallest volume of the Air in the air cylinder corresponds to the greatest amount of the working air (diagram Fig. 3), whereby the single-acting machine double-acting, so its gait becomes more even.

3. The use of the open space above the piston of the cylinders of closed air machines for the purpose of the cylinder characterized under 1 Closing it by means of a cover and attaching a suction valve of any construction, Fig. 2.

1 sheet of drawings.