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Kolben- und Zylinderausbildung Bei der Verwendung von Luft als technisch
und wirtschaftlich außerordentlich günstiges Kompressionsmittel sind der Verwendung
dieses Mittels deshalb gewisse Grenzen gesetzt, weil die Dichtung des Kolbens gegenüber
dem Zylinder erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt. Dichtungen, die leicht
flüssigkeitsdicht sind, sind bei Verwendung von Luft keineswegs geeignet, wie z.
B. Kolbenringe od. dgl. Bei sehr geringen Hubbewegungen kann man als Dichtung eine
Metallmembran benutzen, doch versagt auch diese, sobald es sich um größere Hubbewegungen
handelt.
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Die Erfindung betrifft in erster Linie die Dichtung zwischen Kolben
und Zylinder und besteht darin, daß der Ringraum zwischen Zylinder und Kolben durch
ein im wesentlichen schlauchartiges Gebilde verschlossen ist, welches an Zylinder
und Kolben dichtend anliegt. In der Praxis ist dies Gebilde zweckmäßig ein nach
innen gestülpter .schlauchartiger Körper, welcher einerseits an dem Zylinder und
andererseits an dem Kolben dichtend befestigt oder gegen eins oder beide dieser
Teile dichtend abgestützt ist.
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Des weiteren betrifft die Erfindung auch die Ausnutzung derartig gebauter
Kolben- und Zylinderanordnungen zum Zwecke der Zu- bzw. Abteilung des Druckmittels
sowie Ausgestaltungen, welche zur Kraftüberleitung von einem gasförmigen Druckmittel
auf ein flüssiges Druckmittel dienen.
In der Zeichnung sind einige
Ausführungsformen des Erfindungsgedankens beispielsweise dargestellt.
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Fg. I zeigt im senkrechten Längsschnitt einen Zylinder i mit einem
Deckel 2 - und einen in Richtung des Pfeils A auf und ab beweglichen Kolben 3. Dieser
'Kolben ist mit einem erheblichen Spiel in der Zylinderwandung geführt, so daß zwischen
Kolben und Zylinderwandung ein ausgesprochener, ringförmiger Freiraum verbleibt.
Zwischen den abgerundeten Kanten der Zylinderwandung i und dem klauenartig übergreifenden
Rand des Zylinderdeckels 2 ist ein Gummischlauch q. befestigt, der nach innen umgestülpt
und mit seinem anderen Ende an dem Kolben 3 befestigt ist, z. B. durch eine Klemmhaube
5 und Mutter 6. Wird der Kolben nun gegenüber der Zylinderwandung nach unten verschoben,
so rollt sich der nach innen ' gestülpte schlauchartige Gummizylinder 4 einerseits
an der Zylinderwandung und andererseits an der :Kolbenwandung ab, wobei die Umbiegestelle
7 des Gummischlauchs immer tiefer gelangt, bis der Kolben 3 seine entsprechende
Totpunktl_age erreicht hat.
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Bei umgekehrter Bewegung des Kolbens rollt sich der Gummischlauch
in umgekehrter Richtung ab, bis der Kolben in seine obere Totpunktlage gelangt.
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Wenn in dem Raum zwischen Zylinderkopf 2, Zylinderwandung i, Kolben
3 und Gummischlauch 4 -z. B. Luft enthalten ist, und zwar so, daß diese Luft bei
der unteren Tötpunktlage des Kolbens 3 unter atmosphärischem Druck steht, so kann
die geschilderte Vorrichtung als Puffer dienen, indem alle auf die Kolbenstange
8 wirkenden Stöße unter entsprechender Komprimierung der Luft allmählich abgebremst
werden. Ein Entweichen der Luft ist durch den mit seinen beiden Enden am Zylinder
bzw. Kolben angeschlossenen Gummischlauch völlig -verhindert.
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Fig. 2 und g zeigen im senkrechten Längsschnitt einen Kolben 9 und
einen Zylinder io; wobei das eingelegte Gummiteil i i nach Form eines völlig geschlossenen
Gummihohlkörpers ausgebildet ist, welcher durch eine nicht dargestellte Klemmvorrichtung
od. dgl. am Zylinder io mit seinem einen Ende befestigt ist, während das andere
Ende sich auf den Kolbenboden abstützt.
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Hier ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher der Innenraum zwischen
Zylinder io und Kolben g durch eine Leitung 12 von außen her zugänglich ist. Fig.
2 zeigt den Kolben in seiner oberen Totpunktlage, Fig. 3 zeigt den '.Kolben in "
der unteren. Totpunktlage.
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Sofern es sich um Drücke im Zylinderraum handelt, welche erheblich
werden, ist es zweckmäßig, - den Gummischlauch oder sonstigen Gummihohlkörper so
auszubilden, daß er gegen mechanische Beanspruchungen widerstandsfähig ist. Zu-
diesem Zweck kann der Gummischlauch, wie aus Fig. 4 ersichtlich, doppelschichtig
ausgebildet sein; indem z. B. die innere Schicht 13
gas- bzw. luftdicht ausgebildet
ist, z. B. aus Gummi besteht, während die äußere Schicht 14 mechanisch widerstandsfähig
ist, z: B. aus einem kräftigen Gewebe besteht. Die Ausbildung des Schlauchkörpers
wird -dann ähnlich wie bei den Decken für Automobilreifen.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform in einem vergrößerten Teilschnitt
an der Umkehrstelle des Gummischlauchs 15. Hier sind in die Zyliriderinnenwand
i6 und die Kolbenaußenwand 17 Nuten 18 bzw. ig eingearbeitet, in welchen
eine Anzahl von U-förmig umgelegten Stahlbändern 2o so laufen, daß bei Bewegung
des Kolbens in Richtung des Pfeils B der linke Schenkel der Stahlbänder 2o nach
Maßgabe des Vorschubs - des Kolbens 17 sich aus der Nut ig herausbewegt und sich
in die Nut 18 der Zylinderwandung hineinlegt. Die Stahlbänder 2o tragen einen kreisringförmigen
Stützring 2i, dessen obere und untere Fläche so abgerundet ist, daß ein leichtes
Gleiten bzw. Abwickeln der Stahlbänder 2o und des Gummischlauchs 15 ermöglicht ist.
Der Gummischlauch 15 ist hierbei von jeder mechanischen Beanspruchung entlastet
und dient lediglich dazu, die feinen Schlitze zwischen dem Stützring 2i,,den Stahlbändern
2o und den Wandungen von Zylinder 16 und Kolben 17 zu überdecken. Die gesamte mechanische
Beanspruchung durch die Kompression des Zylinderinhalts wird von den Stahlbändern
und dem Stützring aufgenommen.
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Der Stützring bewegt sich hierbei mit der halben Kolbengeschwindigkeit
auf und ab. Man kann den Stützring durch Zahnstangenführungen in dem Kolben und
in der Zylinderwand abstützen, in denen Zwischenräder abrollen, die den Zwischenkolben.
mit der richtigen Geschwindigkeit heben und senken. Es kann weiterhin auch ein aus
Gummi und Gewebe kombinierter Schlauch durch Stahlbänder mit oder ohne Stützring
abgestützt sein.
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Je nach Maßgabe der Breite des Ringraums zwischen Kolben und Zylinder
ist der Durchmesser des an die Zylinderwand anliegenden Schlauchteils größer als
der an den Kolben anliegende Schlauchteil. Da der Gummi in Umfangsrichtung dehnbar
ist, spielen nicht allzu große Abweichungen im Umfang des Kolbendurchmessers und
des Zylinderinnendurchmessers keine Rolle, da sie durch die elastische Aufspreizung
des Gummischlauchs überdeckt werden. Sind die Durchmesserabweichungen jedoch groß,
so kann die in Fig.6 dargestellte Ausführungsform gewählt werden, bei welcher die
Innenwandung des Zylinders 22 als Kreis ausgebildet ist, an die sich der entsprechende
Teil 23 des Gummischlauchs satt anlegt. Der in Fig. 6 im Querschnitt gezeigte Kolben
24 kann dann an seinem Umfang, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit Rillen versehen
sein, so daß seine Umfangslänge so vergrößert ist, daß sie der Umfangslänge der
Zylinderinnenwandung gleichkommt. Dann kann sich der an den Kolben 24 anliegende
Teil 25 des Gummischlauchs satt an den Kolben anlegen und braucht bei überleitung
von seiner Anlage an -den Kolben zur Antage
an den Zylinder in
Umfangsrichtung nicht aufgespreizt zu werden.
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In Fig. 4 ist weiterhin noch eine besondere Führungseinrichtung für
den Kolben 26 im Zylinder 27 gezeigt. Die Außenwand des Kolbens 26 wird durch, den
am Umfang des Zylinders 27 angeordneten Führungsring 28 geführt. Um ein Kanten des
Kolbens 26 zu verhindern, kann im Kopf des Zylinders 27 noch eine rohrförmige Stange
29 angeordnet sein, die hinreichend tief in das Kolbeninnere hineinreicht und an
der sich der Kolben 26 führt. An dem Kolben 26 kann weiterhin eine Stange. 3o mit
Kolben 3 i angeordnet sein.
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Um zu verhindern, daß die durch die Öffnungen 32 in das Innere 33
des Zylinders einströmende Luft, die z. B. durch die Leitung 3,. zugeführt wird,
an den Kolben 31 herankommt, kann das Rohr 29 unterhalb der Öffnungen 32 durch eine
fest eingebaute Platte verschlossen sein, die in Fig..I nicht dargestellt ist. Diese
Platte kann im Innern des Rohrs 29 festgeschweißt oder dichtend eingeschraubt sein,
so daß sie einen vollkommenen Luftabschluß sicherstellt. Auf diese Weise ist eine
sichere Führung des Kolbens 26 gewährleistet, ohne daß dieser Kolben, wie sonst
bei Kolben üblich, gegen die eigentliche Zylinderwand anliegt.
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Die in Fig..l dargestellte Führungseinrichtung für den Kolben kann
auch gleichzeitig dazu benutzt werden, um den übergang der Kraftwirkung von Luft-
zu Flüssigkeitskompressoren herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird die vorher erwähnte,
das Innere des Rohrs 29 gegen die Öffnungen 32 abschließende Platte durchbohrt und
mit einer Rohrleitung 35 versehen, welche mit einem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung
steht. Wird der Kolben> 26 in die mit gestrichelter Linie gezeichnete untere Totpunktlage
übergeführt, so sind das Zylinderinnere 33 und das Innere 36 des Rohrs 29 mit Luft
bzw. Flüssigkeit gefüllt. Wird nun der Kolben in seine obere Totpunktlage zurückgeführt,
so verdrängen bzw. komprimieren die Kolben 26 bzw. 31 die Luft bzw. die Flüssigkeit
in dem Zylinderinnenraum 33 bzw. 36. Man kann nun durch nicht dargestellte, gegebenenfalls
von der (Kolbenbewegung gesteuerte Ventile od. dgl. die Anordnung so treffen, daß
während des ersten Teils der Aufwärtsbewegung des Kolbens z. B. die Flüssigkeit
aus dem Zylinderinnern 36 ausfließen kann, während die Öffnungen 3 2 verschlossen
sind, so daß der erste Teil des Kolbenhubs nur durch die Kompression der im Zylinderinnern
33 vorhandenen Luft abgebremst wird. Dann können die Öffnungen 32 freigegeben werden,
während der Ausfluß der Flüssigkeit aus der Leitung 35 durch Einschalten von Drosselklappen
od. dgl. gehemmt wird, so daß nunmehr der weitere Teil des Kolbenwegs durch die
Bewegungswiderstände gehemmt wird, welchen die aus dem Innern des Rohrs 29 ausströmende
Flüssigkeit begegnet. Man kann auf diese Weise die Sanftheit der Bremsung beliebig
regeln und kann selbstverständlich auch .entweder die Reihenfolge der zur Wirkung
kommenden Bremsmittel vertauschen oder über den ganzen Kolbenhub hin oder einen
Teil des Kolbenhubs hin beide Bremsmittel gleichzeitig wirken lassen.
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Weiterhin kann man die geschilderte Anordnung auch so abändern, daß
der Flüssigkeitszu- bzw. ablauf am anderen Kolbenende liegt, so daß man dann z.
B. Druckluft in das Zylinderinnere 33 einleitet und damit im Rohr 29 Flüssigkeit
unter Druck setzt oder umgekehrt.
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Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt durch den oberen Teil des Kolbens,
bei welchem an Stelle der Ausströmungsöffnungen 32 von Fig. q, mehrere Zu-und Abflußöffnnugen
37, 38, 39. 40 mit entsprechenden Leitungen 44 4,2, .I3, .44. angeordnet sind, die
bei Verschieben des Kolbens 26 nacheinander freigegeben. «erden und die zu Vorratsbehältern
od. dgl. führen, in welchen Druckluft von verschiedenem Kompressionsgrad enthalten
ist. Gegebenenfalls können nach Maßgabe des Kolbenhubs die zuerst wirksamen Leitungen
verschlossen werden.
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Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher in das Führungsrohr
29 eine Stange q.5 hineinragt, die mit schraubenlinienförmig angeordneten Ansätzen
4.7, .48, .4.9 besetzt ist, die nach Maßgabe des Kolbenhubs unter die Einwirkung
von Steuernocken 5o kommen. Hierdurch wird das Ventil 51 geöffnet bzw. geschlossen,
durch welches der Zu-bzw. Abfluß des Druckmittels erfolgt.