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Zweistufenverdichter Die Erfindung betrifft einen Zweistufenverdichter.
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Es sind Zweistufenverdichter mit gleichliiufigen, in einem gemeinsamen
Zylinder arbeitenden :Kolben bekannt, bei denen die erste Stufe durch einen doppelt
wirkenden Kolben und die zweite Stufe zwischen beiden Kolben erfolgt und ini Kolbengestänge
eine zweiarmige Winkelschwinge angeordnet ist. Nach der Erfindung liegt die Winkelschwinge
zwischen dem einfach wirkenden Kolben und dem Kreuzkopf.
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Bei einer Ausführungsform mit festen Anlenkungspunkten des Gestänges
ist der eine Arm der Winkelschwinge mit dem einfach wirkenden Kolhen durch eine
den anderen Arm kreuzende Lenkerstange verbunden und beim größten Kolbenabstand
mindestens bis zur Parallellage mit der Kolbenstange des doppelt wirkenden Kolbens
verschwenkt.
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Bei einer anderen Ausführungsform mit verstellbaren Anlenkungspunkten
hat die Schwinge Führungsschlitze für einen Zapfen des Kreuzkopfes und einen Zapfen,
der mit dem einfach wirkenden Kolben durch eine Lenkerstange verbunden ist.
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Es ist nach der Erfindung möglich, die Kurbelwelle in den Totlagen
vollständig zu entlasten. Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Es zeigen: Fig. i einen; Längsschnitt durch einen Zweistufenverdichter
senkrecht zur Achse der Kurbelwelle, Fig. i a den entsprechenden Schnitt durch die
Kurbelachse, Fig.2 schematisch im Schnitt wie nach Fig. i eine andere Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 2 a den Fig. i a entsprechenden Schnitt zu Fig. 2, Fig.3 einen
Teilschnitt der Merladungsvorrichtung, Fig. q. bzw. 5 schematisch in kleinerem Maßstabe
die Totpunktlagen der Ausführung nach den Fig. i und i a und Fig.6 bzw. 7 in gleicher
Weise die Totpunktlagen der Ausführung nach den Fig. 2 und 2 a.
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Bei der Ausführung der Erfindung, beispielsweise in Anwendung auf
einen zweistufigen Luftverdichter, ruht ein Zylinder i auf einem entsprechenden
Rahmen 2 und besitzt zwei Kolben 3 und q., zwischen derien die Luft verdichtet wird.
Den Kolben wird mittels eines schwingenden Antriebsgliedes, das aus zwei Armen 5
und 6 besteht, eine Bewegung
erteilt. Die Arme sitzen an einer
Nabe, die uni eine -Welle 7,auf Kngel-. öder Rollenlagern 8 schwingt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel bilden `die7 Arme an ihrem Scheitelpunkt einen Winkel von etwa
63°. Dieser Winkel kann jedoch gegebenenfalls geändert werden. Der längere Arm 5
ist mittels einer kurzen Lenkerstangeg nlit-;.einem Zapfen i o eines Kreuzkopfes
i i verbunden, der in Führungen 12 geführt ist. Der Kreuzkopf besitzt zweckmäßig
Kolbenform-. und , ist durch eine Kolbenstange 13 mit dein unteren, doppelt wirkenden
Kolben4 verbunden. Der kürzere Arni 6 ist mittels einer langen- Lenkerstange 14
nlit dein oberen Kolbeil3 verbunden. Der Zapfen 15 dieses Kolbens geht seitlich
durch einen entsprechenden Schlitz 16 der Zylinderwandung. Die verschiedenen Arme
und Lenker sind zweckmäßig an beiden Seiten vorgesehen, damit symmetrische. Beanspruchungen
entstehen. Bei der dargestellteil Arbeitsstellung befinden sich beide Kol-1)en aiu
IÄnde ihres Aufwärtshubes. Der .Arm 5 bildet iliit der Waagerechten einen Winkel
von etwa 3o°. Wenn die Kolben ihren größten Allstand voneinander erreicht
haben, nünllich bei Beginn des Arbeitshubes, liegt der kürzere Arm 6 wenige Grade
über die Senkrechte hinaus, wie durch den Punkt 17 in Fig. i angedeutet ist. Eine
geeignete Antriebskraft, z. B. ein Elektromotor, wirkt auf den Verdichter mittels
einer Welle i8 und einer Kurbel i g, die mit dein Kreuzkopf i i durch eine Schubstailge
2o verbunden ist. Es ist ersichtlich, dafi bei der unteren Stellung des Kolbens
4. eine Drehung der Kurbel i9 die Kolben 3 und 4 in der gleichen Richtung, aller
mit verschiedener Geschwindigkeit bewegen wird, wobei der Kolben .4 sich dem olleren
Kolben nähert, bis sich die Teile in der dargestellten Stellung befinden. In oder
dicht vor dieser Stellung drücken die Lenkerstangen 9 und 14 in entgegengesetzten
Richtungen auf die Enden der Kurbelarme 5 und 6, und zwar wegen des Druckes der
Luft oder eines anderen Mediums, das zwischen den beiden Kolben verdichtet wird.
Da die Arme ungleiche Länge besitzen, wird die von dem verdichteten Medium ausgeübte
Kraft zum Teil ausgeglichen, aber eine geringe nicht ausgeglichene Kraft wird vorhanden
bleiben. Ihr Zweck wird später dargelegt.
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Das untere Ende des Zylinders i ist durch einen Deckel 21 geschlossen,
der eine entsprechende Stopfbüchse für die Kolbenstange 13 besitzen kann. Der Zylinder
und der Deckel besitzen einen Wasserkühlmantel, wie dargestellt.
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Luft tritt zweckmäßig beim Aufwärts-(Saug-) Hut> des Kolbens 4 bei
22 ein und gellt durch ein Einlaßventi123 und einen Einläßschlitz 2¢ in das untere
Ende des Zylindets. Beins Abwärtshub des Kolbens " geht die Luft durch 24 nach dein
Auslaßventil 25. Von dort geht sie durch einen mit eineill Wasserkühlmantel versehenen
Kanal 26; der als Zwischenkühler dient. Der Kanal kann Kühlerrohre besitzen, wenn
es erwünscht :ist. Die Luft tritt darauf weiter durch das Einlaßventil 27 der zweiten
Stufe in (teil Rauin zwischen den beiden Kolben, uild zwar durch einen Schlitz
28. Bei dem -nächsten Aufwärtshubc des Koli)clls 4 ci-fol@t die Endverdichtung
zwischen (teil beiden 'r@oll>en: Die verdichtete Luft tritOdurch ein Ventil 29 in
ein geeignetes Auslaßl-0111- 30. Es ist zu beachten, daß jede übliche Ventilart
verwendet werden kann. Lösbare Deckel 3i und 32 ermöglichen ein leichtes Nachsehen
und Entfernen der Ventile.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es ersichtlich, daß in einem
einzigen Zylinder eine zweistufige Verdichtung erfolgt, und daß, obgleich die Kolben
ans @sildc des Endve rdichtnn gshubeS teilweise ausbalanciert sind, wodurch die
zur Verdichtung erforderliche Maxiillalkraft bedeutend verringert wird, trotzdem
an dieser Stelle eine geringe nicht ausgeglichene Kraft bleibt, die dazu dienen
kann, dein Moment der hin und her geschleuderten blassen Widerstand zu leisten und
die Umkehr und den Rückweg zu erleichtern. Es hat sich herausgestellt, daß durch
das Vorhandensein einer geringen Nichtausgeglichenheit auf diese Weise der Wirkungsgrad
und die Arbeit des Verdichters bedeutend verbessert werden. Ferner ergibt die besondere
für die Arme -gewählte Winkelstellung ein 'Nacheilen oder fast ein Stehenbleiben
des Kolbens 4, wenn der Arm 6 etwa am. Punkte 17 stellt. Diese Anordnung
ermöglicht eine Verringerung der Gesanitlängc des Zylinders. Es ist leicht ersichtlich,
daß durch Änderung des Winkels zwischen den Kurbelarmen 5 und 6 verschiedene Verhältnisse
zwischen den Zylindervolumen der ersten und zweiten Stufe erhalten werden können.
Dadurch kann man eine praktisch gleichmäßige Kurbelleistung während .eines Arbeitskreislaufes
erzielen.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform. kann eine doppelte Wirkung
erzielt werden, indem zwei Kolben mit langem Hub vorgesehen werden, die ähnlich
dem Kolben 4. sind. Sie arbeiten an entgegengesetzten Seiten eines Ausgleichskolbens
3. Die Verbindung mit den Kurbelgliedern erfolgt in ähnlicher _ Weise, wie bereits
beschrieben. Gegebenenfalls kann auch eine doppelte Wirkung dadurch erzielt werden,
daß die Verbindungen der Kolben mit den vorheschriebenen Kurbelarmen umgekehrt werden,
und daß ein
Kolben mit langem Hub vorgesehen wird, der zwischen
zwei Ausgleichskolben von kurzem Hub arbeitet.
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Eine abgeänderte Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung für einen
Verdichter etwa der beschriebenen Art ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. 4o
und 41 sind -zwei in einem gemeinsamen Zylinder arbeitende Kolben. Luft oder ein
anderes Medium wird zwischen ihnen verdichtet. Der Kolben 41 hat eine Kolbenstange
42, die mit einem Kreuzkopf 43 verbunden ist, in dem ein Zapfen 4.,4 sitzt. Ein
finit einem Schlitz versehener Arin 45 ist bei 46 am Rahmen des Verdichters angelenkt
und umfaßt den Zapfen 44. Der Arm 45 ist starr mit einem zweiten Arm 4.7 verbänden,
der einen langen Schlitz 48 besitzt. Der Winkel zwischen den beiden Arinen
ist bei dein gezeichneten Ausführungsbeispiel etwa 30°. Der obere Kolben
40 ist mittels Lenker oder Lenkern mit einem Zal)-fen 39 verbunden, der im Schlitz
48 geführt ist. Dieser Zapfen ist ebenfalls mittels eines cinarinigen Hebels 49
mit eirein festen Zapfen 5o des lZahmens verbunden.
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Die Anordnung der verschiedenen Teile ist derart, daß beim Aneinanderstehen
beider Kolben, nämlich in der Stellung nach der Fig. 2, <1.11. bei maximaler
Verdichtung beide Kurbelarme zweckmäßig oberhalb einer waagerechten Ebene liegen,
die durch den fisten Zalifen 50 geht: Der Antrieb kann für den Kreuzkopf 43 in jeder
beliebigen Weise ei-folgen. Es ist ersichtlich, daß bei einer Teildrehung der doppelarmigen
Kurbel 45, 47 der untere Kollier 41 uni eine Strecke bewegt wird, die durch die
Länge des Armes 45 bestiiliillt wird. Der Arm 47 wird sich um denselben Winkel bewegen,
aber weil der Zapfen durch den einarmigen Hebel 49 gehalten wird, bewegt er sich
im Schlitz 48. Infolgedessen wird der Kolben 4o durch einen Arm von allmählich abnehmender
wirksamer Länge angetrieben, so daß sich der obere Kolben nicht so weit wie der
untere bewegt. Beim Verdichtungsbube erfolgen diese Bewegungen in umgekehrter Größe,
und die Luft wird zwischen den beiden Kolben verclichtet. Dabei tritt ein teilweiser
Ausgleich wenigstens der Kolben ein, wenn das :Maximum der Verdichtung erreicht
wird.
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Die Änderung der wirksamen Länge eines der Hebelarme während des Hubes
mittels der vorbeschriebenen Teile ermöglicht, daß eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses
in ziemlich weiten Grenzen erzielt werden kann. In gleicher Weise ist es auch möglich,
den Unterschied der von den beiden Kolben zurückzulegenden Wege zu verändern, und
lie auf jeden Kolben wirkenden Kräfte können an jeder beliebigen Stelle des Hulies
ausgeglichen werden, und zwar dadurch, daß in geeigneter Weise die Stellung des
festen Zapfens 5o geändert wird.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wurde vom oberen Ende des
Zylinders angenommen, claß es mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Bei der abgeänderten
Ausführungsform nach Fig. 3 ist dieses Ende des Zylinders geschlossen. Es kann zur
Vorverdichtung von Luft für Überladungszwecke dienen oder gegebenenfalls, um eine
erste Verdichtungsstufe zu bilden, die ähnlich der ist, die auf der unteren Seite
des unteren Kolberis erreicht wird. Bei dem vorhergehenden Beispiel besitzt der
obere Kolben in der einfachsten Farin einen Hohlraum, der durch eine Platte 52 geschlossen
ist. Ein Deckel 53 sitzt am olleren Ende des Zylinders und besitzt ein schwaches
federbelastetes Einlaßventil 54 und eine Rohrverbindung 55, die nach der unteren
Zylinderkammer führt, und -zwar über ein Rückschlagventil57, das so federbelastet
ist, daß es sich bei einem bestimmten Druck öffnet. Die Kolben können durch eines
der vorbeschridienen Mittel angetrieben werden. Beim Abwä rtshub des Kolliers 51
wird Luft durch das Ventil 54 eingesaugt, und beim Gegenbube des Kolliers, d.li.
wenn der untere Kolben Luft in den Raum 56 einsaugt, wird die Luft im oberen Rauire
verdichtet. In einem bestimmten Zeitpunkt während des Hubes wird die Luft unter
Druck durch das Ventil 57 ausgestoßen, um die bereits in den Rauin 56 eingesaugte
Luft zu ergänzen. Auf diese Weise wird der volunietrische Wirkungsgrad des Verdichters
verbessert, und ferner wirkt die Luft am Ende des Arbeitshubes wie ein Kissen. Bei
Überladung wird ein Zwischenluftbehälter oder -kühler zweckmäßig verwendet. Die
Überladungsluft gelangt in-diesen, ehe sie in den Zylinder im gewünschten Zeitpunkte
eingelassen wird.
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In den Fällen, in denen die Luft auf den Druck der ersten Stufe verdichtet
wird, wird sie zuerst in den Zwischenkiihlerraunl gebracht und nachher in den Raum
der zweiten Stufe des Verdichterzylinders.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein zweistufiger Verdichter,
z. B. nach Fig. 1, eine Vorrichtung besitzen, um selbsttätig eine Verdichtungsstufe
zu unterbrechen, wenn der Luftbedarf unter ein vorherbestimmtes Maß fällt. Diese
- Wirkung kann durch ein besonderes Einlaßventil hervorgerufen werden, das unmittelbar
in das Rohr 26 mündet. Dieses Ventil kann durch ein Relais gesteuert werden, das
von den Förderbedingungen abhängig ist. Wenn es geöffnet ist, läßt es unmittelbar
Luft in den Ratiill zwischen den Kolben ein, so daß der
Verdichter
darauf nur einstufig arbeitet..Das Relais arbeitet, wenn der Druck in der Hauptleitung
oder in"hein Behälter ein vorherbestimmtes Maximum` erreicht. Umgekehrt öffnet es
den Haupteinlaß 22, wenn der Druck unter ein vorherbestimmtes Minimum fällt.
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Es kann auch noch eine Einrichtung getroffen sein, um den Verdichter
nicht aufzuladen, indem das Saug=entil der ersten Stufe offengehalten wird, wenn
deT Druck in dem Behälter einen Höchstwert erreicht. Diese Einrichtung kann auch
zum Erleichtern des Anlassens dienen.
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Es ist zu beachten, daß die -1-Erfindung nicht auf Verdichter oder
Pumpen beschränkt ist, die nur zwei Verdichtungsstufen besitzen, sondern (laß durch
Hinzufügen von weiteren Kolben oder Zvlindern die Anzahl der Stufen nach Wunsch
erhöht Nverden kann.
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Die Erfindung kann; auch leicht auf einfach oder doppelt wirkende
ha.lbunilaufende Punillen angewendet Werden.