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Kolbenverdichter. Es sind Kolbenverdichter bzw. -pumpen bekannt, bei
denen zwei ineinander arbeitende Kolben angeordnet sind, die unabhängig voneinander
bewegt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Kolbenverdichter, bei dem der äußere
Kolben als zylinderförmiger Schieber niit beiderseits offenen Stirnseiten ausgebildet
ist und das Schiebergestänge zur Bewegung des im Schieber eingebauten Kolbens verwendet
wird, wobei der Kolben aber nicht allein mit dem Schieber hin und hier geht, sondern
gleichzeitig noch eine zusätzliche Bewegung zur Schieberbewegung in abwechselnd
positivem und negativem Sinne erhält.
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. Die Erfindung bezweckt eine Verringerung des schädlichen Raumes
sowie des Ansaugewiderstandes bei raschem Öffnen der Saugkanäle und die Herbeiführung
einer verzögerten _ Bewegung des Kolbens beim Schlußansaugen und -verdichten.
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Auf der Zeichnung ist ein Verdichter in stehender Ausführung beispielsweise
dargestellt, mit . der den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Anordnung
von Schieber und Kolben und deren Steuerung.
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Fig. z ist ein schematischer senkrechter Schnitt durch denselben.
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Fig. 2 bis 5 zeigen die verschiedenen relativen Stellungen des Kolbens
und Schiebers in Verbindung mit den diese Teile bewegenden Gelenkstücken.
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Der Schieber a wird in dem Zylinder b
durch die Stange
c auf und ab bewegt, die mit ihrem oberen Ende d auf dem Schieberzapfen
e
schwingt und mit ihrem unteren Ende-, f in dem Kurbelzapfenkreis g herumläuft.
Im Schieber ist der Kolben 1a eingebaut, der sich mit dem Schieber auf und ab bewegt,
aber at#ch noch in bezug auf den Schieber innerhalb gewisser Grenzen eine Differentialbewegung
erhält. Zur Erzielung dieser Differentialbewegung ist an dem Schieberstangenkopf
d ein Hebel i angebracht, der die Winkelbewegung der Schieberstange
um den Schieberzapfen e mitmacht und mit dem Kolben h durch die Gelenkstange
k o. dgl. verbunden wird, wobei ein Hebelsystem zur Vergrößerung oder Verkleinerung
der Bewegung zwischengeschaltet werden kann.-Wie aus den Fig:2 bis 5 zu ersehen,
schwingt der Hebel i in dem ersten Quadranten (Fig.2 und 3) nach unten, so daß der
Kolben h sich nicht nur mit dem Schieber a,
sondern auch in diesem
abwärts bewegt. Der Kolben eilt also im ersten Quadranten dem Schieber vor und erhält
eine in bezug auf Kurbelradius und Umdrehungszahl der Maschine erhöhte Geschwindigkeit.
Infolgedessen werden die im Schieber d befindlichen Saugeöffnungen l und
Kanäle L', welche mit den Öffnungen 11 und dem Ansaugeraum n. stets
in Verbindung stehen, mit dem vom Kolben freigegebenen Zylinderraum in Verbindung
gebracht und rasch eröffnet. Die Voreilung des-Kolbens im ersten Quadranten wird
im zweiten Quadranten (Fig.3 und q.) durch eine entsprechende Verzögerung des Kolbens
ausgeglichen, indem sich der Schieber a mit dem Kolben lz, weiter abwärts der Kolben
aber im Schieber., also relativ zu diesem durch die Rückkehr des Hebels i in seine
Mittellage
(Fig, q.) aufwärts bewegt. Hierbei schließt der Kolben
die Saugeöffnung en L und Kanäle l' gegen das Zylinderinnere wieder ab. Dadurch,
daß die Saugeöffnuilgen l und Kanäle L' im Schieber a angebracht sind, der
den Umfang des Zylinders b hat, wird unter Wegfall eines besonderen Schieberkastens
und Vereinfachung des Antriebsgestänges ein großer Ansaugequerschnitt erreicht und
der volumetrische Wirkungsgrad noch dadurch erhöht, daß die Ansaugekanäle l' im
Gegensatz zu sonstigen Schiebersteuerungen, während des Druckhubes gegen das Zylinderinnere
abgeschlossen sind und somit nicht als schädlicher Raum wirken.
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Da sich der Ausgleich der Voreilung, die der Kolben im ersten Quadranten
gegenüber dem Schieber erhält, im zweiten Quadranten - bei größter Schiebergeschwindigkeit
-zunächst langsam und erst am Ende des Saugehubes - wenn der Schieber seine kleinste
Geschwindigkeit hat - mit größter Beschleunigung vollzieht, schwingt der Kolben
über die durch den Kurbelradius r bedingte Hub= länge im gleichen Sinne .zur Schieberbewegung
hinaus. Demgemäß erfolgt sein Hubwechsel; bevor die ihm im ersten Quadranten erteilte
Voreilung völlig aufgehoben ist, also ehe der Hebel i gänzlich in seine Mittelstellung
zurückgekehrt ist (Fig.. q.). Wenn nun die Saugeöffnungen L im Schieber a
so angeordnet sind, daß sie der Kolben la gerade beim Hubwechsel oder kurz darauf
gegen den Zylinderraum abschließt, so wird dadurch der Kolbenhub gegenüber dem Kurbelhub
um den beim Abschluß der Saugeöffnungen noch nicht ausgeglichenen Teil der Voreilung
des Kolbens wirksam vergrößert und die Leistungsfähigkeit der Maschine erhöht. Ferner
ergibt sich aus der in bezug auf den Kurbelradius r und Umdrehungszahl der Maschine
verminderten Geschwindigkeit des Kolbens im zweiten Quadranten, daß die durch den
großen Querschnitt der Öffnungen l und Kanäle l' schon erzielte geringe Ansaugegeschwindigkeit
in diesen in der zweiten Hälfte des Saugehubes noch mehr verringert wird. Dadurch,
daß zu Beginn der Verdichtungsperiode, und zwar unmittelbar nach dem Hubwechsel
des Kolbens dieser verdichtend, der Schieber aber bis zu -seinem Hubwechsel noch
saugend wirkt, kann bei entsprechender Bemessung des wirksamen Querschnitts von
Kolben und Schieber im Verhältnis zu ihrer gegenseitigen Verschiebung. erreicht
werden, daß sich die verdichtende Wirkung des Kolbens und die saugende des Schiebers
aufheben, was einem Stillstand des Kolbens für eine gewisse endliche Zeit zu Beginn
der Ver= dichtungsperiode gleichkommt, während dies sonst beim Kurbeltrieb, nur
im Augenblick des Hubwechsels eintritt. Werden demgemäß die Saugeöffnungen l erst
kurz nach dem Hubwechsel geschlossen, so daß sie während der Periode der unwirksamen
Verschiebung' des Kolbens noch geöffnet bleiben, kann -währenddessen ein völliger
Druckausgleich zwischen Zylinderinnerem und Ansaugeraum a stattfinden, was insbesondere
bei Luftpumpen für hohes Vakuum von wesentlicher Bedeutung ist.
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Beim Aufwärts-(Verdichtungs-).hube vollzieht sich der gleiche Vorgang
wie beim Abwärts-(Saug-)hube. Denn, während der Kurbelzapfen durch den dritten Quadranten
(Fig. q. bis 5) läuft; schwingt der Hebel i über die Mittelstellung hinaus nach
oben, so daß der Kolben sich sowohl mit als auch in dem Schieber aufwärts bewegt.
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Die auf diese Weise im dritten Quadranten in bezug auf den Schieber
bewirkte Voreilung des Kolbens wird im vierten Quadranten (Fig. 5 und 2) zunächst
durch geringe und erst am Ende desselben - wenn der Schieber wieder seine kleinste
Geschwindigkeit hat -durch sehr starke Verzögerung des Kolbens ausgeglichen, so
daß auch- hier der bei dessen Hubwechsel (Stellung in Fig. z) noch nicht ausgeglichene
Teil seiner Voreilung als- Vergrößerung des wirksamen Hubes, der Maschine in Erscheinung
tritt.
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In' gleicher Weise wie während der Ansaugeperiode im zweiten Quadranten
bewirkt die Verzögerung des Kolbens im vierten Quadranten in der zweiten Hälfte
des Druckhubes eine Verringerung der Geschwindigkeit des durch das Druckventil m
(Fig. z) odersonstigen Steuerungsorganes aus, dem Zylinder austretenden verdichteten
Mittels. Durch diese Geschwindigkeitsverminderung aber können kleinere Abmessungen
des Druckventils bzw. eine größere- mittlere Kolbengechwindigkeit gewählt werden.
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Während der auch zu Beginn der Saugeperiode unmittelbar nach, dem
Hubwechsel des Kolbens eintretenden Periode der unwirksamen Verschiebung des Kolbens,
kann Selbstbei erhöhter mittlerer Kolbengeschwindigkeit ein völliger Druckausgleich
zwischen Zylinder und Druckbehälter p über das die Überströ= rnung vermittelnde
Ventil m erzielt und bei geringerer als sonst üblicher Federbelastung ein sanftes
und dabei rechtzeitiges Aufsetzen desselben ermöglicht werden.