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Kolbenmaschine mit zwei verschieden großen Arbeitsräumen Die Erfindung
betrifft eine Kolbenmaßchine mit zwei verschieden großen Arbeitsräumen, denen Kolben
an lein gemeinsames, von einem Fremdantrieb aus bewegbares Triebwerk iangeschlossen
sind.
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Zweck der Erfindung ist, derartige Kolbenmaschinen als Verdichter,
insbesondere zur Beschaffung von Anlaßdruckluft für Brennkraftmaschinen, auszugestalten,
und zwar .derart, daß sie wahlweise sowohl mittels Diruckgases als auch mittels
eines unmittelbar am Triebwerk ,angreifenden An triebies, z. B. mittels Handkurbel,
angetrieben werden können. Weiterhin soll die Ausgestaltung ein niedriges Gewicht
und geringe Ausmaße der Maschine ermöglichen.
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Nach der Erfindung wird. der größere der beiden Arbeitsräume der Kolbenmaschine
mit einer vom Triebwerk aus bewegten Steuervorrichtung verbunden, die einen Antrieb
des Kolbens dieses Arbeitsraumes durch der Steuervorrichtung zugeführtes Diruckgas
im Sinne eines Druckgasmotors ermöglicht; die Diruckg,aseinlaßseite ,dieser Steuervorrichtung
steht hierbei mit dem Einlaß des kleineren" eine besondere, z. B. selbsttätige,
Ein- und Auslaßsteuerung aufweisenden Arbeitsraumes in dauernd :offhner Verbindung;
außerdem ist in die Diruckgaszufuhrleitung zur Steuervorrichtung .ein Abschlußglied
so eingebaut, daß es in S@chließstellung dile Diruckgaszufuhr sowohl zur Steuervorrichtung
als auch zum kleineren Arbeitsraum absperrt.
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Der größere der beiden Arbeitsräume kann hierbei entweder (Abschlußglied
in Druckgaszufuhr ,offen) Arbeitsraum eines Druckgasmotors oder (Abschlußglüed
geschloss-en)@
Arbeitsraureifes dem kleineren Arbeitsraum vorgeschalteten Vorverdichters stein.
Im zweiten Fall arbeitet die Maschine sonach Tals mveWufger Verdichter, wobei ihr
Antrieb vom Triebwerk her, z. B. mittels Handkurbel, erfolgt. .
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Zwei Ausführungsbieispiele der Erfindung. sind in der Zeichnung wesenhaft
dargestellt, iund zwar zeigt Abb. i eine Kolbenmaschine mit zwei in getrennben Zylindern
.angeordneten Arbeitsräumen und Abb.2 eine Kolbenmaschine mit zwei in einem Zylindiex
bielderseits, deines Stufenkolbens .angeordneten Arbeitsräumen.
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Gemäß Abb. i isst in zwei verschieden großen zylindrischen Arbeitsräumen
1, 2 je ein Arbeitskolhen 3, q. verschiebbar angeordnet. Jeder dieser Arbleitskolben.
ist über eine Pleuelstange 5 bzw. 6 finit einer in Lagern 7 drehbaren Kurbelwelle
8 trieblich verbunden. Dien größere Arbeitsraum i ist an seinem der Arbeitsseite
g des Kolbens 3 gegenüberliegenden. Ende durch eine Leitung i o mit einer Steuervorrichtung
verbunden. Die Steuervorrichtung besteht aus einem Steuerzylinder i i und einem
darin verschleblvchen Steuerkolben 12; der an ein mit der -Kurbelwelle 8-fest verbundenen
Exzenter 13 über eine Plew_elstame 1 ¢ angeschlossen ist. An die Steuervorrichtung
ist weiterhin eine Leitung 15 angeschlossen, durch die Diouckgas, ä. B. Druckluft,
zugeführt werden kann. Durch ein in der Leitung 15 angeordnetes Abschlußglied 16
kann die Diruckgaszufuhr abgesperrt werden.
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Der kleinere Arbeitsraum 2 ist mit selbsttätigen Ventilen 17, 18 versehen,
von denen das leine, 17,
dem; Einlaß und - das iandere, 18, den Auslaß des
Druckgases steuert.- Der Einlaß (Ventil 17) ist mit der Leitung 15 und somit auch
mit der Druckgaseinla.ßsieite der - Steuervorrichtung verbunden.
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Auf ein Ende .der Kurbelwelle 8 kann wahlweise eine Handkurbel 2o
iaufgesietzt werden, um mittels dieser die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen.
Auf dem ianderen Ende der Kurbelwelle 8 ist ein Rad 21, z. B. Kettenrad, fest angeordnet,
welches über ein endlbses Zugglied.22 ein zweites Rad 23 antreibt. Dias' Riad 23
ist übler eine in Lagern 2¢ drehbiare Welle 25 mit seinem Schwungrad 26 fest verbundlen.
Die übersietzung ddes GetAebles 21, 22, 23 Ist derart, @daß dass Schwungrad
26 mit einer höheren Drehzahl als, diele Kurbelwelle 8 umläuft.
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Diie Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Ist -das. in -der Diruckgas2juleitung
15 angeordnete Abschlußglied 16 geöffnet, iso strömt der Steuervorrichtung
durch die Leitung i 5 Diruckgas zu und wird von. -dem - Steuerkolben 12 so gesteuert,
:daß der im zylindrischen Arbeitsraum i angeordnete Arbiei;tskolben 3 im Sinne eines
Diruckgasmotors angetrieben wird. Dien Steuerkolben 12 wird hierbiei zwischen. zwei;
Endstellungen hin und her bewegt. Dile in Abb. i dargestellte Lage ödes Steuerkolbens
12 entspricht der Auspuffstellung des Druckgasmotors; das im Arbeitsraum i befindliche,
verbrauchte Drruckgas kann jetzt über die Leitung -i o durch das eine !offene Ende
des Steuerzylinders vi ins Freie entweichen. In seiner ,anderen Endstellung (gestrichelt
gezeichnet) gestattet der St'euerkolb,en.12 dem Diruckgas dem. Übertritt aus .der
Leitung 15 in die Leitung io und weiter in den Arbeitsraum i, wo es auf den dann
in seiner inneren Umkehrstellung befindlichen Arbeitskolben 3 einwirkt und diesen
nach auswärts schiebt. Dien so angetriebene Arbeitskolben i versetzt die Kurbelwelle
8 in Drehung und treibt über diese Kurbelwelle den Arbeitskolben q. im Arbeitsraum
2 an.
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Ein Teil des durch die Leitung 15 der Steuervorrichtung i i, 12 zuströmenden
Druckgases tritt beim Auswärtshub des Arbeitskolbens q. über :das Einlaßventil 17
in den Arbeitsraum 2 ein und füllt diesen aus. Beim Wiedereinwärts;gang des Kolbens
¢ wird das Dirwckgas über seinen Anfangsdruck hinaus verdichtet,durch das Auslaßventil
18 aus dem Arbeitsraum 2 hinausgeschoben und durch die Druckleitung 3o der Verbrauchsstelle
zugeführt. Hat beispi,els-Weisie das durch, die Leitung zuströmende Gas leinen Druck
von 5 atü, so wird der Druckgasmotor 1,,3 mit 5 atü betrieben und andererseits der
Verdichter 2, q. mit 5,atü geladen, so daß es leicht möglich ist, einen Ausschubdruck
des Verdichters von etwa 5o,atü zu erzielen.
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Dias von der Kurbelwelle 8 aus angetriebene Schwungrad 26 dient hierbei
in bekannter Weise als Energiespeicher.
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Ist das in der Leitung 15 angeordnete Abschlußglied 16 geschlossen
und wird das Triebwerk der Maschine durch deinen Fremdantrieb, z. B. mittels einer
auf der Kurbelwelle 8 aufgesetzten Handkurbel 2o, angetrieben, so iarbeitet die-,Maschine,
als zweistufiger Verdichter, wobei im Arb@eitsraum.i die erste Verdichtung und im
Arbeits.r,aum 2 die zweite Verdichtu%g des T)!ruckgasies erfolgt.
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Bei der dargestellten Stellung der Maschine (äußere Umkehrstellung
des größeren Kolbens 3) hat der Kolben 3 des Arbeitsraumes i gerade Luft von atmosphärischem
Druck durch das üffene Ende dies Steuerzylinders i i über die Leitung io angesaugt.
Beim Einwärtsgang des Kolbens 3 gelangt der Sbeuerkolb en 12 in die gestrichelt
wiedergegebene Lage, und das im Arbeitsraum i befindliche Gas wird demzufolge durch
die Leitung i o in die Leitung 15 und von dort über das Einlaßventil 17 in. -den
Arbieitsraum 2 gefördert. Im Arbeitsraum 2 erfolgt dann durch den Kolben q. die
Höherverdichtung des Gases in der schon beschriebenen Weise.
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Dlie Abmessungen der Maschine können so gewählt stein, daß beim Fremdantrieb,
z. B. Handantrieb, derselbe Enddruck erreicht wird wie beim Diruckgasantrüeb, diaß
also-, in Anlehnung an das vorerwähnte Zahlenbeispiel, das Gas im Arbeitsraum i
auf 5 atü verdichtet wird; so daß im Arbeits'raum 2 wiederum -ein Ausschubdruck
von etwa 5o,atü derzielt werden kann.
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Dia bei Handantrieb der Maschine die Kurbelwelle 8 eine verhältnismäßig
geringe Drehzahl besitzt, wirkt @es sich für diese Antriebsart besonders günstig
:aus, daß das Schwungrad 26 von der Kurbelwelle 8 :aus, über ein ins Schnelle übersetzendes
Getriebe angetrieben wird. Das- Schwungrad 26
kann @also wesentlich
kleiner und leichter ausgeführt sein., ,als wenn .es mit der Drehzahl ider Kurbelwelle
8 umlaufen würde, sio daß dadurch das Gewicht und die Ausmaße der Maschine kleiner
werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Maschine ortsveränderlich
sein soll.
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Brei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb.2 ist an Stelle zweier getrennter
Arbeitskolben ein Stufenkolbjen 3, 3 i vorgesehen, der mit der vollen Stirnfläche
9 im Arbeitsraum i, mit der wesentlich kleineren, ringförmigen Stirnfläche i9 im
ebenfalls ringförmigen Arbeitsraum 32 (der -dem Arbeitsraum 2 in Abb. i entspricht)
arbeitet. Wie im Beispiel nach Abb. i, wirken die Stirnfläche 9 des Kolbiens 3 und
der Arbeitsraum i entweder als Druckgasmotor oder als Vorverdichter und die Stirnfläche
i 9 und der Arbeitsraum 32 ,als Hauptverdichter.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Abschlußglied in der D@ruckgaszufuhrleitung
i 5 als selbsttätiges, zur Maschine hin öffnendes Rückschlagventil28 gestaltet.
Dias ergibt bei ortsveränderlichen Maschinen den Vorteil, daß bei Umschaltung der
Maschine von Hand- auf Druckgasantrieb lediglich eine Druckgasleitung, z. B. Schlauch,
an die Leitung 15 angeschlossen zu wgrden braucht. Das vorher' Ventil 28
öffnet sich dann beim Zuströmen des Druckgases selbsttätig.
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Die Wirkungsweise der in Abb.2 :dargestellten Maschine ist sinngemäß
die gleiche wie die der in Abb. i gezeigten Maschine.
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Der Vorteil einer Maschine mit Stufenkolben besteht neben der Möglichkeit
eines gedrängteren Aufbaues darin, daß bei Druckgasantrieb die auf der einen Seite
(Arbeitsseite 9) des Kolbens 3 wirkende Kraft -des Druckgases auf der anderen Kolbenseite
(Ringfläche i9) wenigstens teilweise unmittelbar zur Verdichterarbeit herangezogen
wird und hierzu nicht erst über ein Triebwerk zu einem anderen Kolben geleitet zu
werden braucht.
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Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine ist zum Verdichten aller Arten
von Gasen geeignet. Mit besonderem Vorteil kann sie zum Erzeugen hochverdichteter
Anlaßdruckluft benutzt werden, wie sie zum Anlassen von Brennkraftmaschinen benötigt
wird, @da in Betrieben mit solchen Antriebsmaschinen häufig Druckluft von verhältnismäßig
geringem Dlruck, z. B. zum Antrieb vorn Druckluftwerkzeugen od. dgl., verfügbar
ist, deren Druck aber für Anlaßzwecke nicht ausreicht. Die Maschine ermöglicht dann
ohne weiteres die Beschaffung .der hochgespannten Anlaßdruckluft, und !dies auch
dann noch, wenn die niedrig gespannte Druckluft mal nicht verfügbar sein sollte.
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Der große und Ader kleine Arbeitsraum und die Steuervorrichtung einschließlich
des beweglichen Zubehörs (Kolben, Pleuelstangen u. dgl.) können in derselben Maschine
auch mehrfach vorgesehen sein.