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Umlauf-Gegenkolbendampfmaschi_ne Die Erfindung betrifft eine ventillose
Gleichstrom-Gegenkolbendampfmaschine mit einfach wirkenden Kolben, die in Gegenkolben
laufen, die ihrerseits sich in Zylindern hin und her bewegen, welche in einer Mehrzahl
zu einem Zylinderstern angeordnet sind, der zwangläufig in ein- oder mehrfachem
Übersetzungsverhältnis zur Kurbelwellendrehzahl, im Gegensinn zur Kurbelwelle, die
wahlweise stillsteht oder sich dreht, rotiert.
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Außer den gängigen Arten von Kolbendampfmaschinen und Turbinen sind
rotierende Dampfmaschinen, auch solche mit Gegenkolben, bekanntgeworden, deren einzelne
Merkmale zum Teil mit Merkmalen der Erfindung übereinstimmen. So wurde eine Maschine
bekannt, deren Zylinder sternförmig um eine zentrale Dampfzuführung angeordnet sind,
und zwar feststehend. Dampfeinlaß wird durch Ventil, Dampfauslaß durch Rundschieber
gesteuert. Von Nachteil ist die Vielzahl der Kurbelwellen, die Steuerung und die
Nichtausnutzung des Arbeitsdruckes auf den als Einlaßv entil dienenden Zylinderdeckel.
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Eine andere Konstruktion zeigt eine Turbo-Dampfkraftmaschine, die
eine Kombination eines Dampferzeugers mit einer Turbine darstellt und deren Abdampf
in einem luftgekühlten, mit Turbinendrehzahl umlaufenden Kondensator niedergeschlagen
und als Kondensat durch Fliehkraft in den Dampferzeuger zurückgedrückt wird. Von
Nachteil ist die Führung des Abdampfes zum Kondensator durch die heißeste Zone des
Dampferzeugers, der somit wieder aufgeheizt den Kondensator stark zusätzlich belastet
bzw. dessen Leistung in Frage stellt. Auch handelt es sich um eine Turbine und nicht
um eine Umlauf-Gegenkolbendampfmaschine. Bekanntgeworden ist auch eine Dampfmaschine,
bei welcher einfach wirkende Kolben in Gegenkolben laufen, deren Pleuel auf um 180°
versetzte Kurbeln arbeiten, somit einen inneren Arbeitsraum begrenzen, und bei der
der Gegenkolben sich in einem feststehenden Zylinder bewegt und somit einen äußeren
Arbeitsraum zwischen Kolben und Zylinderdeckel bildet. Nachteilig ist die Notwendigkeit
von Steuerungselementen und die Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades
durch die unproduktive Vernichtung des Arbeitsdruckes auf dem äußeren Zylinderdeckel.
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Es besteht demnach die Aufgabe eine ventillose Gleichstrom-Umlauf-Gegenkolbendampfmaschine
zu schaffen, die einen guten thermischen Wirkungsgrad erreicht, einfach gebaut,
bei geringstem Baugewicht pro Leistungseinheit leistungsfähig und als ortsfeste
oder selbstortsbewegliche Maschine zu verwenden ist.
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Die Lösung nach der Erfindung sieht daher vor, daß der Gegenkolben,
der dem Einfachkolben um etwa 6,25 °/o vom Hub nacheilt, den Dampfein-und-auslaß
steuert und daß der Abdampf in einem luftgekühlten, mit hohlen, breitgedrückten,
fächerförmig angeordneten Abdampfrohren ausgerüsteten Zentrifugalkondensator niedergeschlagen,
das Kondensat in einem nachgeschalteten feststehenden, ringförmigen Sammelkanal
aufgefangen und zum Ölabscheider weitergeleitet wird.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf den schematischen Zeichnungen dargestellt,
und zwar an einem Ausführungsbeispiel einer Vier-Zylinder-Um,lauf-Gegenkolbendampfmaschine
mit einem luftgekühlten Zentrifugalkondensator -mit 60 Rohren, mit eingebautem Gegenlauf-Magnetgenerator
nach dem deutschen Patent 1027 301, mit eingebautem Maximaldrehmomentverlagerer_mit
doppeltem Riementrieb, für eine Übersetzung von 1 :2 und Freilaufkränzen auf den
Kurbelwellenscheiben. Nicht Gezeichnetes und Beschriebenes wird als bekannt vorausgesetzt.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt der Maschine, Fig. 2 einen Querschnitt nach der
Linie A-A der Fig. 1, Fig.3 einen Teilquerschnitt und eine Teilansicht des Gegenlauf-Magnetgenerators
nach der Linie B-B der Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie C-C der Fig.
1, Fig. 5 a und 5 b eine Draufsicht auf die Kontaktscheiben des Doppelschalters.
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Die Hauptteile sind das mehrteilige Maschinengehäuse 1 mit Lagern
und festangebautem, ringförmigem Kondelnswassersammelkana117, die Kurbelwelle 2,
deren Kurbelzapfen für die Kurbellagerschale 9 soweit aus der 180°-Ebene in bezug
auf den Kurbelzapfen für die Kurbellagerschale 6 herausgedreht ist, daß der Gegenkolben
um etwa 6,25 % vom Hub dem Einfachkolben nacheilt, zu dem Zweck, die restlose produktive
Ausnutzung des Expansionsraumes ohne jeden schädlichen Raum zu erreichen und
die
ventillose Ein- und Auslaßsteuerung zu ermöglichen. Der Zylinderstern 3 hat nach
dem Beispiel vier Zylinder mit eingebauten wärmeisolierten Dampfzuleitungen 14 und
Abdampfleitungen 15, mit den Einlaßschlitzen 12 und den Auslaßschlitzen 13, den
Einfachkolben 4 mit ihren Pleueln 5, angreifend an den Bolzen der Kurbellagerschale
6. den Gegenkolben 7 mit ihren Pleueln 8, die an den Bolzen der Kurbellagerschale
9 angreifen, mit den Einlaßschlitzen 10 und den Auslaßschlitzen 11. Die Maschine
kann auch gebaut werden, indem die Einfachkolben an den Pleueln 8 und die Gegenkolben
an den Pleueln 5 angelenkt sind, was die Abdampffiihrung vereinfachen würde. Der
Zentrifugalkondensator 16 ist mit hohlen, breitgedrückten, fächerförmig angeordneten,
den Abdampf führenden Rohren versehen. Zum doppelten Magnetsystem 18 gehören die
Tragscheibe 19, das Zahnradvorgelege 20, 21, 22 und 23, der Generatoranker 24, der
Kommutator 25, die Stromabnehmer 26 a und 26 b, der Doppelschalter 27, die doppelte
Keilriemenscheibe 28a mit Freilaufkränzen für die Kurbelwelle. die doppelte Keilriemenscheibe28b,
das Stirnrad auf dem Zylindersternhals 29, das Stirnrad 30. mit der Nebenwelle 31,
der Bedienungshebel 32' zum gleichzeitigen zwangsweisen Verschieben der Keilriemenscheibenhälften.
Die Dampfwege sind fol-",ende: Frischdampf auf Leitung 14 gelangt durch die Einlaßschlitze
10 und 12 in den Expansionsraum, verläßt diesen nach der Expansion als Abdampf durch
die Auslaßschlitze 11 und 13 und gelangt in den Abdampfraum 32 des zugehörigen Kondensatorsektors.
Von hier aus wird er mittels der Fliehkraft durch die engen, von außen luftgekühlten
Abdampfrohre hindurchgesaugt, wobei der Abdampf kondensiert und das Kondensat durch
die nach außen gerichteten Rohrenden 36 in den feststehenden, seitlich offenen Kondenswassersammelkanal
17 geschleudert wird. Das Kondensat läuft zum tiefsten Punkt dieses Kanals und gelangt
durch das Abflußrohr 33 zum Ölabscheider. Von beiden Seiten wird durch die Öffnungen
35 mittels der Fliehkraft Kaltluft angesaugt, durch die Zwischenräume 34 der Abdampfrohre
16 hindurch gezogen, wobei sie beim Vorbeistreichen an den Wandungen der Abdampfrohre
die abzuführende Wärme aufnimmt, an den äußeren Enden herausgeschleudert und letzten
Endes durch die Auslaßöffnungen 37 im Gehäusemantel nach außen gedrückt wird. Auf
gleiche Weise vollzieht sich auch die Kühlung des Generators. Sofern diese Warmluft
weiterverwendet wird, z. B. als Verbrennungsluft, erhöht sich der wirtschaftliche
Wirkungsgrad der Maschine. Die Wärmeisolation ist mit 38 bezeichnet. Bei dem dargestellten
Beispiel erfolgt das Verschieben der Keilriemen mittels eines Handrades, es kann
auch mittels eines Fahrhebels oder Fußpedals erfolgen. Anstatt Doppelkeilriemenscheiben
können auch ein- oder mehrriementriebige Keilriemenscheiben, Reibradsätze oder andere
geeignete Vorrichtungen verwendet werden.
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Wirkungsweise: Im Ruhezustand steht der Doppelschalter 27 auf El.
der Bedienungshebel 32' in Stellung »Start«. Für Rechtslauf der Kurbelwelle ist
eine Drehung des Doppelschalters im Uhrzeigersinn und für Linkslauf eine solche
im Gegensinn maßgebend. Zur Inbetriebsetzung der Maschine wird der Doppelschalter
27 auf »Start« gedreht, dadurch wird +-Batterie (+B) mit --Generator (-G) und +-Generator
(+G) mit --Batterie (-B) verbunden, der Magnetgenerator läuft nun als Anlassermotor
im richtigen Drehsinn der Kurbelwelle an, bringt den Zylinderstern in Drehung, beschleunigt
diesen, bis die Drehzahlsumme aus der normalen Kurbelwellendrehzahl und der normalen
Zylindersterndrehzahl erreicht ist, wodurch auch die Zentrifugalkondensation zur
vollen Wirkung kommt und somit an den Dampfauslaßschlitzen bzw. in den Abdampfräumen
32 das entsprechende Vakuum vorhanden ist. Anschließend an die Drehung des Doppelschalters
wird das Frischdampfventil etwas geöffnet, so daß Heißdampf die Maschine passiert
und dieselbe anwärmt. Eine Kondenswasserbildung ist ungefährlich, weil im Stadium
des Dampfeintrittes durch das Nacheilen des Gegenkolbens genügend Raum zur Verfügung
steht, an den Auslaßschlitzen das normale Betriebsvakuum vorhanden und außer diesem
Umstand das einer Kondensation im Zylinder zur Verfügung stehende Zeitintervall
sehr klein ist. Die Kurbelwelle steht noch still. da die Keilriemen im Freilauf
laufen. Das Frischdampfventil wird weiter geöffnet und der Doppelschalter auf »Betrieb«
gedreht, wodurch die Stromkreise vertauscht werden, so daß nun -.-Generator mit
-'--Batterie und --Generator mit --Batterie verbunden ist. Der Generator liefert
nun schon im Leerlauf der Maschine Strom von der Ladespannung an die Batterie. Wird
der Bedienungshebel langsam auf die Stellung »Betrieb« gebracht, so gleiten die
Keilriemen aus den Freilaufkränzen in die treibenden Teile der Keilriemenscheibe,
die Kurbelwelle beginnt sich zu drehen und ist in der Lage, sogleich die Maximalleistung
abzugeben, da die Drehzahlsumme von Zylinderstern und Kurbelwelle stets gleichbleibt.
Die Drehzahl des Zylindersterns nimmt im gleichen Maße ab, wie die Drehzahl der
Kurbelwelle zunimmt. bis die betrieblichen Drehzahlen erreicht sind. Beherrscht
werden die Drehzahlen durch den Fliehkraftregler, der eine Dampfdrosselklappe beeinflußt
und durch den Maximaldrehmomentverlagerer. Sollen sich die Expansionen bei Doppelkolbenmaschinen
zeitlich folgen, so, muß die Zylinderzahl auf dem Zylinderstern eine ungerade Zahl
sein. Bei den selbstortsbeweglichen Maschinen ist der Bedienungshebel mit einer
Getriebebremse gekuppelt, so daß bei »Start-Stellung« die Getriebebremse angezogen,
sonst aber frei ist. Bei diesen Maschinen kann durch Weiterdrehen des Doppelschalters
der Generator kurzgeschlossen werden (Stromkreise: +-Generator verbunden mit --Generator,
+-Batterie verbunden mit [BL] Bremslicht), so daß derselbe als elektrische Bremse
in Funktion kommt. Eine Umsteuerung aus dem Stillstand erfordert nur die entsprechende
Links-oder Rechtsdrehung des Doppelschalters mit nachfolgender Freigabe des Frischdampfes.
Die erfindungsgemäße Maschine kann auch mit Doppelkolben oder auch mit fester Übersetzung
zwischen Kurbelwellendrehzahl und Zylindersterndrehzahl, z, B. mit einem Kegelzahnrad-Umkehrsatz
ausgeführt werden.
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Die Vorteile und der technische Fortschritt der Erfindung gegenüber
den bekannten Kolbendampfmaschinen sind: a) nach dem technischen Aufbau: kein Schwungrad,
keine Ventile, keine Steuereinrichtungen besonderer Art, geringe Kolbengeschwindigkeit,
geringe zeitlich sich folgende Drücke, hoher Gleichförmigkeitsgrad, kleines Baugewicht,
geringe Fundamente, einfache Kondensation durch Fliehkraft im Verein mit Luftkühlung,.
geringer Platzbedarf wegen der Turbobauart und andere, b) im Betrieb: bisher unerreicht
hoher thermischer Wirkungsgrad, geringer Wärmeverbrauch pro PSh, keine Kühlwasserumstände,
geringe, aus Regenwasser leicht zu ergänzende Kondenswasserverluste,
keine
besondere Wasserreinigungsanlage, einfache, leichte Bedienung sowie Umsteuerung,
wirtschaftlicher als Dampfturbinen und andere Vorteile.
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Das Anwendungsgebiet ist allumfassend für ortsfeste wie auch für selbstortsbewegliche
Kolbendampfmaschinen, sowohl als Langsam- wie als Schnelläufermaschinen.