DE405752C - Maschine mit freiem Kolben - Google Patents
Maschine mit freiem KolbenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1924
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
KLASSE 47f GRUPPE 19
(B 105828 Xll\4jf)
Jules Babin in Paris.
Maschine mit freiem Kolben.
Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unions vertrage vom 2. Juni ig 11 die Priorität auf Grund
der Anmeldung in Frankreich vom 30. Juli 1921 beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen mit einem oder mehreren freien Kolben, d.h.
Kolben, bei denen keine mechanische Verbin-
u. dgl. verwendet werden können. Durch die Erfindung soll die Abdichtung und die
Schmierung von Kolben, welche gewöhnlich
dung mit anderen Teilen besteht, wie sie j mit sehr großer Geschwindigkeit laufen, bei
für Explosionskraftmaschinen, Kompressoren ] verringerter Reibung bewirkt werden. Zu die-
sem Zweck ist bei den genannten Maschinen, bei denen Kolben ohne Segmente nach Taucherart
verwendet werden, eine Flüssigkeitsdichtung vorgesehen, welche ausschließlich aus
einem oder mehreren Flüssigkeitsringen besteht, die durch eine oder mehrere in der
Zylinderwand in möglichst großer Entfernung von der Zylinderöffnung angebrachte kreisförmige
Nuten gebildet werden. Die Flüssigkeit wird dauernd auf einem Drucke gehalten, der mindestens gleich dem Drucke des Gases
ist, dessen Entweichen verhindert werden soll, so daß ein allmähliches Entweichen der Flüssigkeit
nach der Zylinderölinung hin stattfindet und dem einen wesentlich größeren
Verlust an mechanischer Energie darstellenden Entweichen elastischer Flüssigkeit entgegenwirkt.
Es wird durch die Erfindung möglich, bei Kolben aller Größen und besonders bei schnellaufenden Kolben eine
Schmierung und Dichtung mit Wasser anzuwenden, welche sich bei alten, langsam laufenden
Kompressoren bewährt hat, aber dort nur unter Verwendung von Glyzerin bei Kältemaschinen.
Die Verwendung der Wasserdichtung ist besonders bedeutungsvoll bei den eingangs erwähnten Maschinen mit freiem Kolben
wegen der wichtigen Rolle, welche bei derartigen Maschinen die mechanische Reibung
spielt. Bei diesen Maschinen übertragen sich diese Reibungen nicht nur wie bei den Maschinen mit Kurbeltrieb, wo sie
eine mechanische Verminderung ergeben, die vom indizierten thermischen Wirkungsgrad
abzuziehen ist; dieser thermische Wirkungsgrad wird unmittelbar vermindert,
indem die Geschwindigkeit des Kolbens verlangsamt wird, was in zweierlei Hinsicht
schädlich ist. Einmal wird die Berührungsdauer der warmen Gase mit der Zylinderwandung
verlängert, was den Verlust an Kalorien durch die Wandung vergrößert, dann wird die Dauer der Entspannung verringert,
was die in Arbeit umgewandelte Wärmemenge der Explosion verringert. Anderseits sind diese Maschinen sehr gut zur Ausstattung
mit hydraulischer Dichtung' geeignet. Zunächst läßt die sehr große Geschwindigkeit,
mit der ein freier Kolben laufen kann, den Drücken keine Zeit, durch die flüssige Verbindung
hindurchzugehen. Dann übt ein Kolben, der ohne mechanische Verbindung ist und der nur den Gasstößen ausgesetzt ist, die ■
beispielsweise auf seine senkrechte Achse wir- ! ken, überhaupt keinerlei Reibung auf die Zylinderwandungen
aus, da kein Druck ihn an ! diese Wandungen zu drücken strebt. Eine selbst so leicht bewegliche Flüssigkeit wie
Wasser genügt, um den Kolben von der Zylin- , derwandung fernzuhalten und ihn von ihr in
gleichmäßigem Abstand zu erhalten, wie gering auch der Spielraum zwischen beiden
Teilen sein mag. Diese Art der selbsttätigen Zentrierung wirkt viel genauer als eine von
außen her wirkende Führung, wie beispielsweise ein Schieber. Ein so ausgeglichener und
geschmierter freier Kolben ist ebensowenig wie sein Zylinder der Abnutzung und einer
Gestaltsveränderung" unterworfen. Sie können beide sorgfältig ineinander eingepaßt bleiben,
so daß das Entweichen von Flüssigkeit durch die Verbindungsstellen auf ein Mindestmaß
eingeschränkt wird. Schließlich bietet diese Art der Schmierung ein vorzügliches Mittel,
um die Erhitzung und die Gestaltsveränderung· der in Wirkung stehenden Flächen zu
verhindern, und gestattet auch, sie auszurichten, ohne Spiel für Verzerrungen zu lassen.
Einige der angedeuteten Maschinen und besonders diejenige, welche im folgenden Ausführungsbeispiel
gewählt ist, können mehrere übereinander angeordnete Zylinder aufweisen, wobei sie einen Kolben erhalten, der ein
. Ganzes bildet, aber verschiedene Querschnitte aufweist. Da jeder dieser Kolbenquerschnitte
sorgfältig in seinen besonderen Zylinder eingepaßt sein muß, ist es erforderlich, daß besondere
Maßnahmen zur Verbindung dieser ■ Zylinder vorgesehen sind, welche das genaue
Zentrieren und Ausrichten derselben untereinander gestatten. Deshalb wird auch im folgenden
als Fortbildung der Erfindung eine Verbindungsart beschrieben, welche die obigen
Bedingungen erfüllt und den schnellen Aufbau und Abbau ohne langes Versuchen gestattet,
wie es bei den Zustandsprüfungen notwendig ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf einen Motorkompressor ist in
der Zeichnung im Schnitt schematisch dargestellt.
Der Explosionszylinder ist mit 1 bezeichnet. Das Ansaugen und die Kompression der
Luft erfolgen im oberen Teile des Zylinders 2, dessen unterer Teil mit der Außenluft
frei in Verbindung steht. Ein Zylinder von etwas geringerem Querschnitt als der Zylinder 1 ragt mit seinem offenen unteren
Ende in einen Behälter 4 für Druckluft, der in großen Abmessungen ausgeführt ist und
als künstliche Atmosphäre oder Luftfederung dient. Ein gemeinsamer Kolben 5 verschiebt
sich in diesen drei Zylindern.
Dieser Kolben 5 weist drei verschiedene Querschnitte auf, von denen der obere, 6, als
Arbeitskolben, der mittlere, 7, als Pumpkolben und der untere, 8, als Gegendruckkolben
dient. Die frische Mischung wird mit dem Druck des Behälters 4 in den Zylinder 1 einge'führt,
wenn der Kolben 5 sich am oberen Ende seines Hubes befindet. Die frische Mischung drückt den Kolben während des
ersten Teiles seines Hubes infolge des Querschnittunterschiedes zwischen den Kolben 6
und 8 langsam nach unten. Die Explosion, die darauf vor sich geht, drückt die im Zylinder
3 enthaltene komprimierte Luft in den Behälter 4 und verursacht 'gleichzeitig das Ansaugen
einer Ladung Luft in die Pumpe 2. Sobald der Kolben seinen Arbeitshub beendet hat, wird er durch den Druck der komprimierten
Luft im Behälter 4 wieder nach oben gedrückt, wobei er aus dem Zylinder 1 die
verbrannten Gase ausfegt und dann die in der Pumpe 2 enthaltene Ladung zuerst komprimiert
und dann durch das Rohr 9 in den Behälter 4 drückt. Darauf wird eine neue Ladung in den Zylinder 1 eingelassen usf.
Das kalte Wasser aus einem Behälter 10
wird durch die Öffnungen n über die Saug- ■ ventile 12 geführt und vermischt sich mit der
von der Pumpe 2 angesaugten Luft. Dieses Wasser wird mit der komprimierten Luft durch das Rohr 9 in den Behälter 4 gedrückt,
wo es sich auf dem Boden sammelt. Durch das Rohr 13 wird dieses Wasser aus dem
Behälter 4 entnommen und durch die Öffnung 14 in den Explosionszylinder 1 eingespritzt,
wenn am Ende der Expansion der verbrannten Gase der Kolben 6 diese Öffnung freigegeben hat. Das Wasser wird dann mit r
den verbrannten Gasen aus dem Zylinder 1 ausgetrieben und in Apparaten gesammelt
und gekühlt, bevor es zum Behälter 10 zurückgeführt wird.
In der Wand der Zylinder 1 und 3 sind ringförmige Nuten 15 und 16 angeordnet,
denen durch das Rohr 21 Wasser mit dem Druck des Behälters 4 unmittelbar zugeführt
wird, um eine Wasserabdichtung zu bilden. Zu diesem Zweck wird der Wasserschlag ausgenutzt,
der im Rohr 13 nach jedem Einspritzen von Wasser in den Zylinder 1 entsteht,
sobald der Kolben 6 bei der Aufwärtsbewegung die Öffnung 14 plötzlich schließt.
Um diese Wirkung zu erzielen, ist das Rohr 13 in eine Glocke 17 geführt, wo es in einem
Absperrventil 18 endet. Der Glocke 17 wird
komprimierte Luft durch das Rohr 19 zugeführt, das in den Behälter 4 mündet, mit
einem Hahn 24 versehen ist und ebenfalls mit einem Absperrventil 20 ausgestattet ist.
Das zur Speisung der Dichtungsnuten 15 und :
16 bestimmte Wasser wird am unteren Ende der Glocke 17 durch das Rohr 21 entnommen,
Um die Anordnung in Gang zu setzen, wird ein wenig Wasser durch eine obere, in
der Zeichnung nicht dargestellte und mit einem Verschluß versehene Öffnung in die 1
Glocke 17 eingeführt. Dann wird in dieser Glocke der Druck des Behälters 4 hergestellt,
indem der Hahn 27 des Rohres 19 geöffnet wird. Nach jedem Einlaß von Wasser
in den Zylinder 1 wird eine gewisse Wassermenge unter Anhebung des Ventils 18 in die
Glocke 17 treten. Der Flüssigkeitsspiegel wird steigen und zufolge des Absperrventils 20 das
eingeschlossene komprimierte Luftvolumen in der Glocke verringern. Der Druck dieser
Luftmenge und demgemäß auch der Druck des Wassers in der Glocke wird bis zu einem
bestimmten Gleichgewichts werte steigen, der durch die Entweichungen an den Verbindungsstellen
15 und 16 gegeben ist. Wenn nun auf diese Verbindungsstellen ein Druck ausgeübt
wird, der höher ist als der Druck der Luft des Behälters, so erreicht man mit Sicherheit, daß diese Entweichungen an den
Verbindungsstellen 15 und 16 ausschließlich flüssige und demgemäß sehr eingeschränkt
sein werden.
Die Zylinder 1, 2, 3 sind miteinander und mit dem oberen Ende des Behälters 4 durch
sehr breite Flansche 22 und 23 verbunden, die vollkommen flach sind, also keine Ausbauchungen oder Einbauchungen
aufweisen, so daß sie auf der ganzen Oberfläche gut geglättet werden können. Die Berührungsflächen
der beiden miteinander zu vereinigenden Flansche sind jede auf einem größtmöglichen Durchmesser mit einer ringförmigen
Nut 24, 25 ausgestattet. Ein auf dem inneren und äußeren Durchmesser hergerichteter
Ring 26 greift in die beiden gegenüberstehenden Nuten ein, ohne auf dem Boden der Nuten aufzuliegen. Überall wo
diese Flansche eine Fuge bilden, wird die Abdichtung dieser Fuge lediglich durch das
Richten der Oberflächen gesichert, die, falls erforderlich, mit einer klebrigen Flüssigkeit
bestrichen werden kann, aber ohne Zwischenschaltung irgendeines festen, auftragenden
Materials. -Wenn man den Ring 26 dazu verwenden will, die Abdichtung der Fuge zu
vervollständigen, wird man ihn innerhalb des Kreises der Spannbolzen der Flansche anordnen
und aus einem Material herstellen, dessen Ausdehnungskoeffizient größer ist als derjenige
der Flansche. Es ist klar, daß in Apparaten der beschriebenen Art die lebendige Kraft des Kolbens die Hauptrolle spielt.
Der Kolben, dessen Geschwindigkeit sich während des ersten Teiles seines Vorwärtshubes
beschleunigt, speichert somit in der Form von lebendiger Kraft den größten Teil der Explosionsleistung auf. Seine Geschwindigkeit
verringert sich darauf bis zum Stillstand während des zweiten Teiles des Hubes, und er verwendet somit seine lebendige Kraft,
um den Druck' des Behälters 4 zu überwinden. Während des Rückhubes treten ähnliche Erscheinungen
auf, wobei die komprimierte Luft des Behälters diesmal die treibende Kraft
ist, während die komprimierte Luft in der [ Pumpe die Widerstand leistende Kraft ist. i
Es ist somit klar, daß mit Bezug auf die j thermische Leistung jegliche Reibung des ι
Kolbens auf der Wand des Zylinders von j großer Wichtigkeit ist. Es ist aber ferner
klar, daß diese Maschinen in derselben Hinsicht zwei Vorteile bieten: Erstens ist es leicht,
den Druckmittelpunkt der Gase und denSchwerpunkt der Kolben mit der Achse dieser KoI- i
ben in Übereinstimmung zu bringen, wodurch ! jegliche Druckkomponente quer zu dieser
Achse unterdrückt wird. Es ist daher mit Rücksicht auf die Reibungen nicht nötig, daß
das Schmiermittel, welches die Wand des Zylinders von derjenigen des Kolbens trennen
soll, eine große Viskosität besitzt, die geeignet ist, zu verhindern, daß das Schmiermittel
zwischen diesen Wänden durch das Bestreben der Wände, sich einander zu nähern, ausgetrieben
wird. Zweitens verkürzt die sehr große | Geschwindigkeit der Kolbenhübe die Zeit',
welche den Gasen bleibt, um zwischen den Wänden zu entweichen, so daß also, mit Rücksicht
auf die Abdichtung, kein sehr viskoses Schmiermittel unbedingt nötig ist. Im übrigen
ist es wichtig, daß das Schmiermittel sehr leicht beweglich sei, damit das , Gleiten der
Moleküle des Schmiermittels aufeinander keine wesentliche Kraft absorbiert. Wasser I
scheint allen diesen Bedingungen gut zu ent- j sprechen. Man führt das Wasser im übrigen
in die Abdichtungsfugen unter einem Druck ein, der, falls erforderlich, den höchsten
Augenblicksdruck der zurückzuhaltenden Gase übertreffen kann. Infolge dieser Anordnung |
könnte Wasser in die Zylinder eintreten, \ was aber nichts auf sich hat, während im Ge- ;
genteil jegliches Entweichen der Gase in um- ; gekehrter Richtung unmöglich ist auf Kosten I
eines systematischen Entweichens von Wasser, ■ was aber ohne Bedeutung ist, besonders da, !
wie oben erwähnt, das Kühlwasser der Pumpe j zur Speisung der Fugen Verwendung findet.
Es ist klar, daß, um das Entweichen von Wasser durch die Fugen der Kolben in zu- '
lässigen Grenzen zu halten, ein sorgfältiges ' Richten der Kolben in dem Zylinder nötig \
ist. Der schwierigste Teil des Zusammen- | baues besteht darin, mehrere Zylinder genau
zu montieren, in welchen zur gleichen Zeit mehrere starr miteinander verbundene Kolben ;
wie* die Kolben 6, 7 und 8 arbeiten sollen. '. Zu diesem Zweck dienen die oben vorgeschlagenen
Einrichtungen: sehr breite und i flache Flansche, unabhängige Ringe für das Zentrieren der Zylinder, vollständige Vermeidung
von plastischen Abdichtungen.
Man erreicht somit durch die Vereinigung der vorgeschlagenen Bauart mit der Verwendung
von Plungerkolben mit Abdichtung durch Wasser ohne Druck eine Gesamtanordnung, die den angestrebten Zweck gut erfüllt, nämlich
die mechanische Reibung auf das Mindestmaß zu beschränken.
Claims (4)
- Patent-An Sprüche:i. Maschine mit freiem Kolben nach Taucherart, bei welcher die Dichtung des gliederfreien Kolbens in seinem Zylinder durch eine durch eine oder mehrere in der Zylinderwand angebrachte kreisförmige Nuten eintretende Flüssigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit bei einem Druck eingeführt wird, der mindestens gleich dem Druck des Gases ist, dessen Entweichen verhindert werden soll, wobei die Kolben keine Zentriereinrichtungen aufweisen.
- 2. Maschine nach Anspruch 1 mit mehreren gleichachsigen Zylindern, die eine einzige freie Masse mit mehreren Querschnitten bilden, wobei die Zylinder mit breiten Flanschen, Nuten und Ringen versehen sind, die nicht auf dem Boden der Nuten aufliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe, deren Seitenflächen sorgfältig abgerichtet sind, ohne seitliches Spiel in die Nuten passen und daß die Flansche sich ohne Dichtungszwischenlage berühren.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 in Anwendung auf einen Motorluftkompressor; dadurch gekennzeichnet, daß als das die Verbindungsstellen abdichtende Wasser dasjenige Wasser verwendet wird, welches zur Kühlung der Druckluft gedient hatte.
- 4. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher die in der Leitung des Druckwassers in den Explosionszylinder auftretenden Wasserstöße zur Erhöhung des Druckes dieses Wassers unter Verwendung einer Druckluft einschließenden Glocke dienen, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegte Druckwasser stoßweise durch ein Absperrventil in die Glocke gelangt, hierbei andauernd das in der Glocke enthaltene Luftvolumen verringert und hierdurch den Druck des Wassers in der Glocke erhöht, noHierzu ι Blatt Zeichnungen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR405752X | 1921-07-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE405752C true DE405752C (de) | 1924-11-07 |
Family
ID=8897210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEB105828D Expired DE405752C (de) | 1921-07-30 | 1922-07-28 | Maschine mit freiem Kolben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE405752C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE762969C (de) * | 1942-06-06 | 1954-09-27 | Turbinenfabrik Brueckner | Schnellaufende Gleichstromdampfmaschine |
DE3342183A1 (de) * | 1983-11-23 | 1985-05-30 | Breinlich, Richard, Dr., 7120 Bietigheim-Bissingen | Von fluid durchstroemte aggregate mit in zylindern hin- und herbewegten kolben, wie pumpen, motoren, verbrennungsmotoren und brennkraftmaschinen |
-
1922
- 1922-07-28 DE DEB105828D patent/DE405752C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE762969C (de) * | 1942-06-06 | 1954-09-27 | Turbinenfabrik Brueckner | Schnellaufende Gleichstromdampfmaschine |
DE3342183A1 (de) * | 1983-11-23 | 1985-05-30 | Breinlich, Richard, Dr., 7120 Bietigheim-Bissingen | Von fluid durchstroemte aggregate mit in zylindern hin- und herbewegten kolben, wie pumpen, motoren, verbrennungsmotoren und brennkraftmaschinen |
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