DE105306C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Dampfmaschine mit rotirendem Kolben.

< Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. Dezember 1897 ab.

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf diejenige Klasse von Dampfmaschinen mit rotirendem Kolben, bei welcher auch die Expansionskraft nutzbar gemacht wird. Bei Maschinen der erwähnten Art hat man bisher meist schwingende Ventile angeordnet, welche als Anschlagvorrichtung benutzt wurden. Bei anderen Ausführungsbeispielen waren die mechanisch beweglichen Anschläge unabhängig von dem Ventilmechanismus angeordnet. Der Nachtheil der bisher bekannten Maschinen bestand hauptsächlich darin, dafs der Dampf nur ungenügend expandiren konnte und der Dampfzuführungsraum verhältnifsmäfsig lang war. Auch wurde der Procentsatz von Arbeitsreibung infolge der Vermehrung der Theile, welche zur Bethätigung der Ventilanschläge dienten, wie Hebel, Verbindungsstücke und dergleichen, erheblich erhöht.

Bei dem Gegenstand der Erfindung sollen diese Uebelstände vermieden und aufserdem noch ein gröfserer Wirkungsgrad erreicht werden. Ferner läuft eine Maschine der neuen Art bedeutend gleichmäfsiger und sanfter, Erschütterungen lallen fast gänzlich fort, so dafs die Maschine verhältnifsmäfsig geräuschlos läuft. Man hört nur das durch das Auslaisventil beim Absperren des Dampfes verursachte leichte Geräusch. Der Dampf tritt in den Arbeitscylinder mit dem in dem Schieber herrschenden Druck ein, da die Dampfzuströmungskanäle aufserordentlich kurz sind. Die letzteren bleiben gänzlich bedeckt, bis sie durch die Steuerungsorgane sofort vollständig geöffnet werden.

Die Maschine besteht im Wesentlichen aus einem rotirenden Kolben, der vortheilhaft elliptischen Querschnitt erhält und dessen schmale Flächentheile mit der inneren Cylinderwandung in Berührung sind. An jeder der Seiten des Cylinders befindet sich eine kreisförmige Ausbohrung, in welcher eine schwingende Dampfkammer gelagert ist, die gleichzeitig als Sammler für den Arbeitsdampf dient. In dieser Kammer befindet sich ein unabhängiges, bewegliches Dampfventil, welches den Dampfzutritt aus genannter Kammer in den Cylinder regelt. Es wird ein Ventilgetriebe bekannter Construction benutzt, welches durch einen Regler beeinflufst wird und selbstthätig in jedem Punkte seines Wirkungskreises den Dampf abschneiden kann, während gleichzeitig positiv wirkende Mechanismen vorgesehen sind, die mittelst einer rotirenden Curvenscheibe die Dampfkammer um ihre Achse übereinstimmend mit den Bewegungen des Kolbens schwingen lassen.

Auf beiliegender Zeichnung ist

Fig. ι eine Vorderansicht der Maschine.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das hintere Ende.

Fig. 3 ist ein entsprechender Querschnitt und zeigt die Beziehungen des Kolbens zu der das Ventil tragenden Absperrkammer, während die Einlafskanäle geöffnet sind.

Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt in Richtung der Liniejf-jf nach Fig. 1 unter Hinweglassung des Ventilgetriebes.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch die neue Maschine in einer anderen Ausführungsform , bei

welcher zwei Cylinder und nur eine einzige Dampfkammer vorgesehen sind.

Das Gestell der Maschine besteht aus einem Gufsstück a, dessen mittlere Aushöhlung einen Arbeitscylinder c bildet. Seitlich zu diesem sind Bohrungen angeordnet, die direct mit dem Cylinder in Verbindung stehen und cylindrische Kammern b bilden, in welchen die Dampfkammern d schwingen. Am vorderen und hinteren Ende ist das genannte Gestell durch Deckel a¹ und a² dampfdicht verschlossen. Die Bohrung c ist in Bezug auf die seitlichen Bohrungen b so angeordnet, dafs die Umfange beider sich schneiden und die verticale Entfernung zwischen den Schnittkanten ungefähr halb so grofs ist, als der Durchmesser des Arbeitscylinders. Der Kolben ρ ist auf der Haupttriebwelle r befestigt. Die beiden Enden der Berührungsflächen des Kolbens sind mit dampfdichten Packungen p^l versehen, so dafs an diesen Stellen der Dampf vollständig abgeschlossen wird. Die verticalen Seiten der in die Bohrungen b dampfdicht eingepafsten Dampfkammern d sind concav gestaltet, und zwar in der Weise, dafs sie die innere Cylinderwandung c vervollständigen. Der Dampf wird bei der in Fig. ι bis 4 gezeichneten Maschine auf beiden Seiten des Kolbens an im Wesentlichen diagonal gegenüberliegenden Punkten zugeführt. Auf diese Art bekommt der Kolben bei jeder Umdrehung vier Antriebe.

Jede der Dampfkammern d ist in ihrem Innern mit einem Ventil ν ausgestattet, welches den Eintritt des Dampfes in den Cylinder c durch den Kanal d³ regulirt, welch letzterer in der Wandung der Kammer vorgesehen ist. Zwischen genanntem Kanal d³ und der inneren concaven Seite der Dampfkammer d befindet sich eine Packung p², welche dicht auf der anliegenden Seite des rotirenden Kolbens schleift und somit das Entweichen des Dampfes in den Auslafskanal verhindert. Die Dampfkammern d erhalten eine abwechselnd schwingende Bewegung von ungefähr 90°. Um das Entweichen des Frischdampfes nach den Kammern b zu verhindern, sind die äufseren, d. h. die mit den Kanälen d³ versehenen Wandungen der Dampfgehäuse mit entsprechenden Abdichtungen d* ausgestattet.

Die Dampfkammern sind auf hohlen Wellen befestigt, die mit der Dampfzuleitung in Verbindung stehen. Die Verbindungsweise geht aus Fig. 4 hervor, welche einen Längsschnitt durch das Ventilgehäuse darstellt. Die Kammer d ist an beiden Enden offen und an der Vorder- und Hinterseite mit Kopfstücken g bezw. g¹ versehen. Das letztere setzt sich zu einem hohlen Zapfen e¹ fort, der durch eine Büchse g'² hindurchführt. Diese wieder ist in dem entsprechenden Deckel a¹ eingeschraubt. Das äufsere oder freie Ende des Zapfens ist in einer festen Stopfbüchse gelagert; die Dampfkammer d selbst wird durch einen Arm oder Hebel h bewegt, der mit der Spindel e² befestigt ist.

Das entgegengesetzte oder vordere Ende der Dampfkammer ist mit einem entsprechenden Kopfstück g verschlossen, welches ebenfalls mit einem kurzen Röhrenstück ausgestattet ist. Letzteres ist in der vorderen Büchse g³ drehbar gelagert, die ihrerseits wieder in den Deckel a² eingeschraubt ist. Das Kopfstück g ist mit einer Bohrung versehen, durch welche die hohle Ventilspindel e hindurchführt. Das eine Ende derselben ist geschlossen und in dem bereits erwähnten Deckel g¹ gelagert. Um nun das freie Durchströmen des Frischdampfes in die Dampfkammer d aus dem hohlen Zapfen e² zu ermöglichen, ist das Ende der Spindel e mit auf dem Umfang angebrachten Längskanälen e⁴ ausgestattet. Das vordere freie Ende der Spindel e ist in der Stopfbüchse C gelagert.

Es geht aus der Fig. 3 hervor, dafs die hohle Ventilspindel e innerhalb der Dampfkammer mit einem beständig offenen Dampfkanal ausgestattet ist und einen gegenüberliegenden kurzen Arm e³ besitzt. Mit letzterem ist das Abschlufsventil ν . verbunden, welches theils durch den inneren Dampfdruck, theils durch eine Hülfsfeder v¹ an die auf der Innenwandung der Dampfkammer vorgesehene Gleitfläche angeprefst wird. Es geht aus dem Gesagten hervor, dafs Frischdampf nach Belieben von beiden Seiten gleichzeitig oder nur von einer Seite aus in die Dampf kammern gelangen kann und somit der Druck innerhalb der Dampfkammer ausgeglichen wird.

Wenn die Dampfkammer d allein und in richtiger Weise ihre Schwingbewegungen macht, so mufs sie unter Vermittelung ihres Kanals d³ Frischdampf in den Dampfcylinder c einleiten und somit ein Drehen des Kolbens in der durch Pfeile angegebenen Richtung hervorbringen. Eine solche Wirkungsweise der Dampfkammer d würde jedoch eine Dampfverschwendung bedeuten und im Wesentlichen genau so wirken, als wenn die Dampfkammer ein Ventil wäre. Durch die Hinzufügung eines Ventiles v, welches eine von der Dampfkammer unabhängige Schwingbewegung erhält, kann der Dampfkolben jedoch selbstthätig an jedem gewünschten Punkte seines Hubes bezw. seiner Winkelstellung vom Frischdampf abgesperrt werden. Auf diese Weise wird eine Ma-' schine mit rotirendem Kolben geschaffen, deren Steuerungsorgane genau wie diejenigen an Maschinen mit hin- und hergehendem Kolben gesteuert werden können. Mit Hülfe geeigneter Mechanismen kann nämlich das Ventil ν auf jeden gewünschten Punkt eingestellt werden, wodurch die Maschine mit einem Absperr-

ventil ausgestattet ist. Die innere Seite des Dampfdurchlasses d³, welches den Ventilsitz bildet, wird durch die Schwingungen der Dampfkammer d geöffnet und geschlossen.

Die erwähnten, zum Abschlufs der Ventilspindel dienenden Stopfbüchsen ruhen in den äufseren Kopfstücken C. Beide sind so in den Cylinderdeckeln a¹ und a¹ gelagert, dafs sie concentrisch zu den Dampfkammern b liegen (Fig. 4). Die obere Seite jedes der Kopfstücke ist mit einem Ansatz f^ versehen, in welchen das untere Ende des Zweigrohres s¹ einmündet (Fig. 1). Letzteres aber steht mit dem ringförmigen Kanal/⁴ in Verbindung (Fig. 4), welcher seinerseits unter Vermittelung der Löcher /² mit dem hohlen Zapfen e'² in Verbindung -- steht. Auf diese Weise mufs der Dampf, wie ohne Weiteres ersichtlich ist, in das Innere der schwingenden Dampfkammer gelangen. Die Kappe f¹ innerhalb der Stopfbüchse wird durch einen Deckel f gehalten, welcher in das Kopfstück C eingeschraubt und durch eine Gegenmutter/³ gehalten wird (Fig. 4).

Die Hauptdampfleitung s ist mit den vier Zweigrohren s¹ ausgestattet, welche zu den vier Kopfstücken C führen. Auf diese Weise wird jede Dampfdrosselung vermieden, und die Dampfspannung in den Dampfkammern d ist im Wesentlichen der Kesselspannung gleich, während die Dampfkammern selbst eine Art Dampfsammler bilden. Die Auspufföffnung i¹ liegt nahe dem Schnittpunkt des Cylinders c mit den Dampfkammern b auf derjenigen Seite der Dampf kammern, welche dem Dampfkanal d^s gegenüber liegt. In genannte Auspufföffnung t¹ ist die Auslafsröhre t eingeschraubt. Wenn zwei Dampf kammern d vorhanden sind, so werden auch zwei Auslafsröhren t angeordnet (Fig. 1), die gewünschtenfalls in eine, einzige entsprechend erweiterte Röhre zusammenmünden.

Bezüglich der Theile, welche das Schwingen der Dampfkammern um ihre Achsen hervorbringen, ist Folgendes zu erwähnen.:

Das hintere Ende der Welle r ist mit einer geeigneten Curvenscheibe D ausgestattet (Fig. 2), welche bei ihrer Drehung zwei Winkelhebel E in Bewegung setzt. Letztere sind an der oberen bezw. unteren Seite des Gestelles oder Gehäuses α gelagert; das freie Ende jedes Hebels besitzt eine Laufrolle c², welche auf der Curvenscheibe rollen. Der andere Arm des Hebels ist mit einer Verbindungsstange h^l befestigt, welche andererseits mit dem kurzen Arm h gelenkig verbunden ist. Dieser endlich ist, wie bereits erwähnt, auf der hohlen Ventilspindel e² der Dampfkammer aufgekeilt. An Stelle der Curvenscheibe D kann auch eine Nuthenscheibe vorgesehen sein, in welch letzterem Falle die Federn s⁴, die die Hebel mit der Curvenscheibe D in Berührung halten, natürlich überflüssig werden. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dafs die Schwingbewegungen der Dampf kammern in ganz bestimmte Beziehungen zu den Bewegungen des Kolbens gebracht werden müssen.

Die Form der Curvenscheibe ist derart, dafs der Kanal d³ der Dampfkammer rasch geöffnet und geschlossen wird, während der Kolben eine Viertel-Umdrehung gemacht hat.

Fig. 3 zeigt die Stellung der Theile, bei welcher der Dampf aus der Kammer in den Cylinder strömt. In diesem Falle sind die relativen Bewegungen der Dampfkammer und des Kolbens constant, da die Curvenscheibe fest mit der Welle verbunden ist. Selbstverständlich kann eine geringe Veränderung dadurch ermöglicht werden, dafs man die Stellung der Gurvenscheibe auf der Welle verändert oder dafs man sie durch eine entsprechend anders gestaltete Scheibe ersetzt.

Um nun das Abschliefsen des Dampfes an verschiedenen Punkten des Kolbens selbstthä'tig zu bestimmen, wird ein Regulatori? angeordnet. Der Regulator wird durch eine Riemscheibe i angetrieben, die auf der Hauptwelle r befestigt ist; von letzterer führt ein Riemen z¹ über die Riemscheibe z'² des Regulators, welcher die Bewegung des Absperrventils ν regulirt. Zu diesem Zweck ist mit der Ventilspindel e. ein Hebel m verbunden (Fig. 1 und 4). Das obere Ende dieses Hebels greift in einen Ansatz, der auf dem vertical angeordneten Sperrhebel k angeordnet ist, ein. Dieser Sperrhebel k wird durch eine Feder A:¹ beeinflufst. In das untere Ende des Armes m ist ein Bolzen w² eingepafst, welcher von dem Bund m⁶ horizontal hervorragt. Dieser Bund rotirt in einer ringförmigen Aussparung, die sich in der vorderen Büchse g^% beOndet. Da nun der Bund m° auf dem vorderen Kopfstück g der Dampfkammer befestigt ist, so ist ohne Weiteres ersichtlich, dafs seine Bewegungen zu allen Zeiten durch die letztere hervorgerufen und geregelt werden. Der Klinkhebel k kann auch, wie aus Fig. i ersichtlich ist, das Absperrventil festhalten, während die Dampfkammer nach vorwärts geschwungen wird, um den Dampfauslafskanal zu öffnen (Fig. 3). Wird die Belastung der Maschine verringert, so mufs die Geschwindigkeit des Regulators um ein Geringes vergröfsert werden und hierbei durch die Vermittelung des Armes wj⁴, Verbindungsstange /, Hebel wj⁵ und Daumenhebel m³ bewirken, dafs der Klinkhebel k von dem Ende des Ventilarmes m abgerückt wird. Die Feder k³ mufs in demselben Moment das Ventil ν rasch vorwärts bewegen, den Kanal d³ schliefsen und hiermit den Frischdampf von dem Cylinder absperren.

Der Arm m ist mit einer Verbindungsstange k'² gelenkig verbunden, welche mit einer

am Fufse des Gestelles befestigten starken Feder k³ in Verbindung steht. Sobald also der Arm m freigegeben wird, zieht die Feder denselben augenblicklich so weit vorwärts, bis sie durch den Bolzen m'² des Bundes m^a angehalten wird. Die Spannung genannter Feder hält inzwischen die Theile in inniger Berührung. Es mufs jedoch erwähnt werden, dafs der Dampf kanal d³ auf diese Weise nicht nur während der Vollendung des Vorwärtshubes, sondern auch während des Rückwärtshubes geschlossen gehalten wird, da die Dampfkammer und das Ventil, wie eben beschrieben, inzwischen gleichmäfsig sich bewegen. Am Ende des Rückhubes mufs der Ventilarm m sich in den Sperrhebel k einhaken. Durch die Wirkung der rotirenden Curvenscheibe JD wird die Dampfkammer wieder von dem nun feststehenden Ventil abbewegt, wodurch der in den Cylinder führende Dampfkanal freigegeben und so lange offen erhalten wird, bis er wieder durch die Wirkung des Ventilmechanismus, wie vorher beschrieben, eingeschlossen wird.

Die Beschreibung bezog sich bisher nur auf eine solche rotirende Maschine, in welcher ein einziger Dampfcylinder und Kolben mit zwei sich gegenüberliegenden ventiltragenden Dampfkammern d verwendet wird, jedoch kann vorliegende Erfindung mit gleichem Erfolg auch dann verwendet werden, wenn zwei Cylinder und eine einzige Dampfkammer angeordnet werden. Die letztere ist dann mit zwei gegenüberliegenden Dampfkanälen und Ventilen ausgestattet, welche mit beiden Cylindern gleichzeitig in Verbindung gesetzt werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Claims (3)

Pa tent-Ansprüche:

1. Dampfmaschine mit rotirendem Kolben, dadurch gekennzeichnet, dafs das Hauptabsperrorgan durch eine schwingende hohle Dampfkammer (d) mit einem Auslafskanal (d³) gebildet ist und in dieser Dampfkammer über besagtem Kanal (d³) ein unabhängig von der Dampfkammer bewegter, die Expansion bestimmender Schieber (v) gleitet.

2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Dampfzuleitung zu der Kammer (d) durch eine hohle Welle (e) derart geschieht, dafs diese Welle (e) in Stopfbuchsen gelagert und unabhängig von der Kammer (d) derart gedreht werden kann, dafs sie gleichzeitig als Antriebsorgan für den Schieber (v) benutzt werden kann.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dafs jede schwingende Kammer (d) mit einem hohlen Zapfen (e²) ausgestattet ist, der einerseits mittelst Stopfbüchse in einem Kopfstücke (C) gelagert und durch den Arm (h) angetrieben wird und andererseits der hohlen und den Schieber (v) betätigenden, von der anderen Seite in die Kammer (d) eingeführten Welle (e) als Lagerung dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.