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Kompressor, insbesondere für hohe Drehzahlen mit vom Kolben gesteuerten
Einströmschlitzen und einem im Kolbenboden vorgesehenen Ansaugventil Bei Kolbenkompressoren
ließen sich bislang nur verhältnismäßig niedrige Drehzahlen erreichen, weil die
bekannten Steuerungen bei hohen Drehzahlen und der damit verbundenen, zum Einlassen
der Ladung zur Verfügung stehenden kurzen Zeit eine genügende Füllung des Zylinders
mit atmosphärischer Luft nicht ermöglichten.
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Bei solchen Kolbenkompressoren, die durch vom Kolben überschliffene
Schlitze gesteuert werden, entsteht beim Rückgang des Kolbens nach beendigtem Förderhub
ein starker Unterdruck, welcher den Kolben so lange in seiner Bewegung bremst, bis
die Einströmschlitze aufgedeckt werden. Hierdurch entsteht bei größeren Zylindervolumen
außer einem sehr störenden knallartigen Geräusch eine erhebliche Kraftvergeudung.
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Auch eine reine Ventilsteuerung ist für schnellaufende Kompressoren
nicht geeignet, weil das Ventil aus konstruktiven Gründen nur verhältnismäßig geringe
Querschnitte freigeben kann, so daß eine Drosselung der Ansaugeluft unvermeidlich
ist.
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Man hat nun auch bereits bei langsam laufenden Kompressoren eine Verbindung
von Ventil- und Schlitzsteuerung vorgesehen, bei welcher durch ein im Kolbenboden
oder Zylinderdeckel angeordnetes Voreinlaßventil zunächst eine Voreinströmung erzielt
wird, während der völlige Druckausgleich durch Freigabe der Schlitze durch den Kolben
in der unteren Totpunktlage erfolgt. Bei dieser Konstruktion ist das im Kolbenboden
angeordnete Ventil als ein federbelastetes oder eingespanntes Rückschlagventil ausgebildet,
wobei diese Belastung bei langsam laufenden Kompressoren - falls nicht besondere
Umstände vorliegen - notwendig ist, um eine Umsteuerung des Ventils zu verbürgen.
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In der Erkenntnis, daß nun solche federbelasteten Voreinströmventile
wegen ihrer zu langsamen Umsteuerung für schnell laufende Kompressoren nicht geeignet
sind, geht die Erfindung von dem Gedanken aus, mit einer solchen Steuerung durch
anfängliche Voreinstr8mung und späteren Druckausgleich durch Freigabe der Schlitze
ein solches Voreinströmventil zu verbinden, welches als eine im Kolbenboden angeordnete,
frei liegende, unbelastete Platte von geringem Hub ausgebildet ist, welche nur durch
die in den Totpunktlagen bei der Kolbenumkehr auftretenden hohen Differenzbeschleunigungskräfte
des Kolbens einerseits und der Ventilplatte andererseits gesteuert wird. So wird
beispielsweise bei stehender Kompressoranordnung dem Kolben in der oberen Totpunktlage
bei der Bewegungsumkehr nach unten eine außerordentlich hohe Beschleunigung erteilt,
während auf das Ventilnaturgemäß nur die verhältnismäßig geringe Erdschwere wirkt,
so daß sich die Ventilplatte mit einer entsprechenden - außerordentlich großen -Differenzbeschleunigung
relativ zum niedergehenden Kolben nach oben bewegt und mit
einer
dieser Differenzbeschleunigung und der Ventilmasse entsprechenden Kraft nach oben
fortgerissen wird. Diese Differenzbeschleunigung beträgt bereits bei einer Drehzahl
von iooo pro Minute und bei i8o mm Kolbenhub weit über iooo m/sek2. Es ergibt sich
auf diese Weise eine so unvermittelte und äußerst exakte Umsteuerung des Ansaugeventils
zwecks Einlassens der Zylinderladung, wie sie bei keiner der bekannten kraftschlüssigen
und zwangläufigen Steuerungen erzielt wird. Diese Steuerung der Ventilplatte durch
die Differenzbeschleunigungskräfte ist mit der angegebenen Wirkung nur bei schnell
laufenden Kompressoren möglich, weil bei langsam laufenden Maschinen entsprechend
der sich im quadratischen Verhältnis zur Drehzahl vermindernden Differenzbeschleunigung
die wirkenden Kräfte zu gering werden.
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Hierbei ist es an sich bekannt, im Kolbenboden unbelastete Kugelventile
anzuordnen. Es handelt sich hierbei um einen langsam laufenden Kompressor mit reiner
Schlitzsteuerung, bei dem Kugeln von außerordentlich großem Durchmesser und dementsprechendem
Gewicht und verhältnismäßig großem Hub im Kolbenboden vorgesehen sind, wobei die
großen Abmessungen zur Verhürgung der Umsteuerung durch die Gewichtswirkung erforderlich
sind. Bei dem Kompressor nach der Erfindung verbietet sich die Verwendung derartiger
Ventile mit Rücksicht auf die großen Massenkräfte von selbst, weil Sitz und Fänger
der Ventile in kurzer Zeit zertrümmert würden.
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Das als lose Platte ausgebildete, in an sich bekannter Weise mit Durchlaßöffnungen
versehene Ventil wird zweckmäßig zwischen zwei Bodenteilen des Kolbens angeordnet,
derart, daß eine oder mehrere Öffnungen der Platte mit einer Gruppe von Durchströmöffnungen
eines der Bodenteile korrespondieren, während sie gegen eine Gruppe von Öffnungen
im anderen Bodenteil versetzt sind. Hierbei sind bei Kompressoren Plattenventile
an sich bekannt, die mit Durchströmöffnungen versehen werden. Indessen handelt es
sich hierbei nicht um solche Organe, die als freifliegende Platten ausgebildet sind
und in der angegebenen Weise mit Einlaßschlitzen zusammenwirken.
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Ferner ist es vorteilhaft, diese Ventilplatte in einer im Kolbenboden
angeordneten Ventilkammer unterzubringen, die durch ein Verschlußstück abgedeckt
ist, das seinerseits selbst wieder zum Ventilkörper eines Rückschlagventils ausgebildet
ist und unter Federdruck steht, derart, daß sich die zu erreichende Druckhöhe im
Zylinder einstellen läßt und den Gegendruck dieser Feder überwindet, wenn der Druck
die gewünschte Höhe übersteigt. In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch wiedergegeben.
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Im Zylinder a des Kolbenkompressors bewegt sich der Kolben b, der
durch die Zwischenwand c geteilt ist und eine gesonderte Kammer d besitzt. In Höhe
der Zwischenwand c zeigt der Kolben eine eingedrehte Nut e, die mit einer
Einschnürung f in Verbindung steht. Diese Einschnürung erstreckt sich über
einen beträchtlichen Teil der Kolbenlänge und erreicht im Ausführungsbeispiel etwa
ein Drittel derselben. Die Schlitze g sind die Steuerungsschlitze in der Zylinderwandung,
durch welche die atmosphärische Luft in den Zylinder einströmt. Aus der Kolbenkammer
d führen Einströmöffnungen la zu der Nut e. Anderseits sind Ausströmöffnungen i
vorgesehen, durch welche die Kammer d mit der Ventilkammer k in Verbindung steht.
Auf der andern Seite vermitteln die Öffnungen l die Verbindung zwischen der Ventilkammer
k und dem Zylinderinnern.
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In der Ventilkammer k liegt eine lose unbelastete Platte m mit den
Durchlaßöffnungen n, die bei der gezeichneten Stellung der Platte den Durchlaß von
i nach l gewähren, während der Durchlaß von l nach i beim Arbeitsgang
des Kolbens gesperrt ist.
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Die Ventilkammer k ist im Kolbenboden c untergebracht und durch ein
Verschlußstück p abgeschlossen, das sich schlüssig gegen die kegelige Wandung der
Ventilkammer k anlegt; es wird in dieser Schließlage durch die Feder q gehalten,
die ihr Widerlager im Zwischenboden c findet, und zwar zweckmäßig durch ein Verschlußstück
r, das im Gewinde verstellbar ist, um den Gegendruck der Feder q zu regeln. s sind
die Kolbenringe, die den Kolben in bekannter Weise dichten. Das Verschlußstück r
wird durch die Stifte t versplintet.
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Der Arbeitsvorgang ist, wie leicht zu erkennen ist, der, daß der Kolben
beim Saughub (Pfeil x) bereits in der gezeichneten Stellung eine Voreinströmung
in die Zylinderkammer zuläßt, indem die atmosphärische Luft durch g, e, h, i,
n, l in den Zylinderraum einströmt, und zwar so lange, bis der Punkt y die Schlitze
g überschliffen hat. Nach Beendigung dieser Voreinströmung kann im Zylinder nur
so lange ein geringer Unterdruck entstehen, bis die Stirnfläche des Kolbens (bei
Punkt z) beginnt, die Schlitze g offen zu stellen. Nunmehr beginnt die Restfüllung
des Zylinders mit atmosphärischer Luft und kurz darauf der Rücklauf des Kolbens.
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Die Steuerung der unbelasteten Ventilplatte erfolgt einzig und allein
durch die in den Totpunktlagen auftretenden außerordentlich hohen Differenzbeschleunigungskräfte
des
Kolbens einerseits und der Platte anderseits, so daß eine fast
schlagartige Umsteuerung erzielt wird. Je nachdem, welcher Preßluftdruck gewünscht
wird, kann der Gegendruck der Feder q gegen das Verschlußstück p eingestellt
werden, da die vor dem Kolben erzeugte Preßluft ausströmt, sobald sie den Gegendruck
der Feder q zu überwinden vermag.
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Durch den teilweisen Fortfall des Unterdruckes im Zylinder beim Saughub
wird nicht unwesentlich an Betriebskosten gespart; auch ist die Ankurbelung des
Aggregates bedeutend erleichtert, wenn der Antrieb durch Verbrennungsmaschinen erfolgt.