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Einzylindriger Luftkompressor mit Stufenkolben. Gegenstand der Erfindung
ist ein zweistufiger einzylindriger Luftkonipressor, dessen Besonderheit darin liegt,
claß von insgesamt drei Arbeitsräumen der von .#ler Kolbenstange abgekehrte und
der ringförtnige mittlere für ,lie \ierlerdrticksttife und der die Kolbenstange
umebende für die Hochdruckstufe hentitzt ist.' Die '"orziige dieser Anordnung bestehen
in leichter Deinontierbarkeit, ferner darin, rlaß die zwei während jeder vollen
Unidrehung ini Triebwerk erfolgenden Druckweclisel alle Leide während des nämliciwn
Hubes und außerdem beide 'Male bei geringer Neigung der Drucklinie vor sich gehen.
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Der Erfolg Lezüglich des Druckwechsels läßt ;-;ich «-ede r],ei einzvlin(irige
nLuftkompressoren mit zwei Arbeitsräumen noch bei solchen mit vier Arheitsrä umen
erreichen, wie auch glie Arbeitsräume angeordnet sein mögen, und ist selbst bei
einzylindrigen Luftk_)mpressoren mit drei Arbeitsräumen in der vorgeschriebener
Anordnung nur deswegen erreichbar, weil neben den Arbeitskräften auch die '.Tassendrücke
maßgebenden Einfluß ausüben. Die 'Massenkräfte sind aber gerade deswegen von Bedeutung,
weil durch den zweimaligen sanften Druckwechsel leim iiäinlichen Hut) sehr viel
höhere Drehzahlen als bei den älteren einzylindrigen Luftkompressoren möglich werden.
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Auf der Zeichnung -zeigt Abb. i einen derartigen Kompressor ini schematischen
Längsschnitt.
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Abb. 2 ist (las Druckvolutnendiagrainm des hinteren, d. h. des von
der Kolbenstange al;-gekehrten Niederdruckratinies, Ahl).3 das Diagranen des ringförmigen
N ierlerdruckraumes und Abb. d. das des Hochdruckraumes, wobei die beiden letzteren
auf den hinteren Druckraum reduziert, cl. h. unter entsprechender Veränderung der
den Druck darstellenden Ordinaten auf gleichen Kolbenquerschnitt, nämlich den Querschnitt
des Niederdruckkolbens, bezogen sind. In _Uih. 5 sind die drei fn.lil:ator-fia"ratntne
finit den wirklich auftretenden Drücken zusaminengestellt.
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Abb. 6 zeigt las Ilassendruckdiagranitn für (1;e im Betriebe normale
Drehzahl und ALL. 7 das resultierende Kräftefliagranini. Die Pleuelstange a ist
am hinteren Ende in einem Kreuzkopf h geführt, an den sich die durch eine Stopfbüchse
c gehende Kolbeustange d anschließt. Die Stange d ist I;SsI#ar finit einem
Stufenkolben e, f verbunden, der aus einem vorrleren Stücke e von kleinerem
und einem hinteren Stückt von größerem Durchmesser besteht. Der Zylinder g ist entsprechend
abgestuft. Hinter dem Kolbenstück (befindet sich der große Nieder(Iruckraum I, vor
dein Kolbenstück f der riagförinige Niederdruckraum 1I und vor dem Kolbenstücke
um die Kolbenstange d herum der Hochdruckraum III. Durch die Ventile h,, h_ wird
wechselweise in die Niederdruckräume I und II Luft eingesaugt, diese Luft auf Niederdruck
verdichtet und durch die Druckventile il' i_ in den Aufnehmer k hinübergeschoben,
der in bekannter Weise finit Kühlung versehen werden kann. Die Druckvorgänge im
Aufnehmer sind für den Druckwechsel im Gestänge ohne Belang. Im üi;rigen sind die
Druckänderungen im Aufnehmer bei hinreichender Größe desselben und bei zweckmäßiger
Ben iessung des Größenverhältnisses zwischen den drei Arbeitsräumen geringfügig.
:Aus dem Aufnehmer gelangt die Luft durch ein Saugventil hl in den Raum III, wird
dort auf Hochdruck verdichtet und durch das Ventil i3 in die Hochdruckleitung hinübergeschafft.
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Was nun zunächst die Fragc dei Zugänglichkeit und der Demontierbarkeit
anbelangt, so erkennt man leicht, daß bei der beschriebenen Einrichtung die Kreuzkopfführung
offen liegt und daher besonders hinsichtlich des Schmierungszustandes leicht überwacht
werden kann. Nach Öffnen des hinteren Zylinderdeckels -iu und nach Lösen des Kreuzkopfkeiles
läßt
sich der Kolben leicht nach hinten herausziehen und nachsehen. Wesentlich für die
Möglichkeit dieses Herausziehens ist, daß der Teil des Kolbens, der den größeren
Durchmesser besitzt, also der Teil f, sich hinten befindet. Der Aufnehmer bzw. Zwischenkühler
k und die sämtlichenVentile nebst Steuerorganen usw. werden bei diesen Demontierungsarbeiten
überhaupt nicht berührt, weshalb das Herausnehmen und das Wiedereinsetzen des Kolbens
in wenigen Stunden durchgeführt werden kann, während bei älteren Anordnungen für
die gleiche Arbeit oft mehrere Tage notwendig waren. Es kommt hinzu, daß die Herausnahme
des Kolbens bei der neuen Maschine, anders wie bei den älteren Maschinen, nur sehr
selten nötig ist, weil der Kolben wegen des Vorhandenseins eines besonderen Kreuzkopfes
vom Führungsdruck entlastet ist und folglich nicht die Neigung zum Fressen hat.
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Schwieriger ist der Zusammenhang zwischen der den Erfindungsgegenstand
kennzeichnenden Anordnung und der eingangs behaupteten Wirkung bezüglich des Druckwechsels
einzusehen. Offensichtlich sind für die Aufzeichnung des resultierenden Kräftediagramms
die Ordinaten des Hochdruckdiagramms und des vorderen Niederdruckdiagramms (Abb.
3 und .4) zusammenzuzählen und die Ordinaten .des hinteren Niederdruckdiagramms
(Abb. 2) von dieser Summe abzuziehen; ferner muß beachtet werden, daß der Kolben
während der ersten Hälfte jedes Hubes zu beschleunigen ist, also den Druck im Pleuelstangenlager
erhöht, während der zweiten Hubhälfte hingegen verzögert werden muß und dementsprechend
den Druck erniedrigt.
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Man erkennt leicht, daß während der ersten Hälfte des Vorwärtshubes
des Kolbens die Ordinaten des vorderen Niederdruckdiagramms (des Ringraumes, Abb.
3) und des Hochdruckdiagramms (Abb. 4) gegenüber denen des hinteren Niederdruckdiagramms
(Abb.2) überwiegen, wozu der Massendruck noch hinzutritt. Es ergeben sich also während
dieser Hubhälfte durchweg positive Ordinaten von beträchtlicher Größe. Während der
zweiten Hälfte des Vorwärtshubes sind allerdings die Massendrücke negativ; inzwischen
haben aber die Verdichtungsdrücke im vorderen Niederdruckraum (Ringraum) und im
Hochdruckraum ihre Höchstwerte erreicht, während im hinteren Niederdruckraum nur
der Saugdruck, herrscht. Demzufolge bleibt auch während der zweiten Hälfte des Vorwärtshubes
die Gestängekraft mit hohem Betrage positiv (vgl. die obere Linie in Abb. 7).
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Beim Kolbenrückgang sinkt der Druck im vorderen Niederdruckraum (Ringraum,
Abb.3) sehr rasch auf die Saugspannung, d. h. ungefähr bis auf den Druck der Außenluft,
während im Hochdruckraum auch nach der vollen Drucksenkung immer noch der Enddruck
der Niederdruckverdichtung herrschend bleibt. Demgegenüber steigt zwar der Druck
im hinteren Niederdruckraum (Abb. 2) nur langsam. Da aber nunmehr der anfänglich
hohe Massendruck zum Widerstand im hinteren Niederdruckraum hinzutritt, so ergibt
sich der Druckwechsel etwa bei 2o° Drehwinkel hinter der Totlage, und später bleibt
wegen des abnehmenden Einflusses der Massenwirkung die resultierende Kraft klein.
In der zweiten Hälfte des Rückhubes wirken der Widerstand im hinteren Niederdruckraum
I und die Massenkräfte einander entgegen, was die Wirkung hat, .daß der zweite Druckwechsel
etwa 45° vor dem Totpunkt, und zwar bei noch sanfterer Neigung der Drucklinie als
beim ersten Druckwechsel, stattfindet.
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Bemerkenswert ist noch, daß die im Durchmesser großen Ringe zwischen
den beiden Niederdruckräumen nur gegen die verhältnismäßig kleinen Druckunterschiede
zwischen den Niederdruckräumen selbst abzudichten haben, während die Abdichtung
des Hochdruckraumes durch Ringe von kleinerem Durchmesser erfolgt, was dauernde
gute Saugleistung ohne Undichtigkeitsverluste verbürgt.