DE11301C - Heifsluftmaschine - Google Patents

Description

1880.

Klasse 46.

A. TODT in FRANKFURT a. O. HeiFsluftmaschine.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 29. Februar 1880 ab.

Die Maschine hat den Zweck, direct mit heifsen Verbrennungsgasen betrieben zu werden und möglichst viel Wärme des Brennstoffs in mechanische Arbeit umzusetzen. .

A ist das Untergestell, B B₁ der Treib cylinder, Kk der Ventil -Treibkolben, C der obere, D der untere Gylinderboden, E das Zuleitungsrphr für die Feuergase, zur Maschine, F G der Verbrennungsofen.

Der Kolben ist durch eine hohle Kolbenstange mit dem Kreuzkopf und dieser in üblicher Weise durch eine Pleuelstange mit Kurbel und Schwungradwelle verbunden. Durch die hohle Kolbenstange geht die Ventilstange des Kolbenventils, die unten am Kreuzkopf mit dem Steuerungsmechanismus versehen ist. Das Einlafsventil V wird von der Schwungradwelle aus durch Excenter, Hebel- und Sperrwerk gesteuert.

Der Gang der Maschine ist folgender. Befindet sich der Kolben in seiner oberen Stellung, und wird das Schwungrad in entsprechender Richtung gedreht, so bewegt sich der Kolben nach unten,' und gleichzeitig wird das Ventil V gehoben. Das Kolbenventil V₁ bleibt geschlossen. Durch das Rohr E tritt heifse Luft in die Kammer C und von hier in den Cylinder über den Kolben. Ist dieser in seine unterste Stellung gelangt, so wird sein Ventil V₁ geöffnet, V.dagegen geschlossen. Beim Kolbenaufgange treten die warmen Gase axis dem oberen in den unteren Cylindertheil und werden hier durch eingespritztes Wasser stark abgekühlt. Die Spannung über und unter dem Kolben bleibt dabei nahezu gleich. In der höchsten Stellung des Kolbens wird sein Ventil wieder geschlossen, das Zulafsventil geöffnet. Der Druck der neu eintretenden Gase über dem Kolben ist gröfser, als der Druck der gekühlten Gase unterhalb des Kolbens. Dieser Ueberdruck wirkt nun treibend auf den Kolben. Der eben beschriebene Vorgang wiederholt sich jetzt.

Die verbrauchten Gase und das Kühlwasser werden durch die Ventilklappe R, ausgestofsen. Das Zulafsventil wird zweckmäfsig während des Kolbenabw.irtsganges geschlossen, so dafs die über dem Kolben befindliche Luft mit Expansion arbeitet. ;

Der Cylinder besteht aus zwei Theilen B B₁, welche durch einen schlechtleitenden Zwischenflantsch von einander getrennt sind. Der Deckel C des Cylindes bildet gleichzeitig die Ventilkammer, deren unterer Theil sich der Vertiefung im Kolbenkopfe und den Zwischenräumen zwischen den Stegen des Kolbenventils anpafst, um den schädlichen Raum möglichst auszufüllen. In diese Ventilkammer mündet das Zuführungsrohr E und das Abführungsjohr E₁ für die heifsen Gase. Letzteres wird während des Ganges der Maschine durch das Ventil ν mittelst Winkelhebel und belasteter Zugstange geschlossen gehalten. Nur bei Inbetriebsetzung des Ofens und zum Anwärmen der Maschine wird ν geöffnet, wobei dann E, als Esse wirkt. Der' Deckel der Ventilkammer, welcher von letzterer durch eine dicke Zwischenlage von Asbestpappe getrennt ist, um vor zu starker Erhitzung geschützt zu .sein, trägt die Stopfbüchse und den Steuerungsmechanismus für das Einlafsventil. Die Ventilstange wird durch eine Feder niedergedrückt und an seitlichen Zapfen von einem Gabelhebel h gefafst. Am rechten Ende desselben ist die Hülse Ji₁ in Zapfen drehbar befestigt, /ι, trägt den Klinkhebel /z„ und ■ umschliefst die Schubstange e, . welche durch ein auf der Kurbelwelle sitzendes Excenter auf- und abbewegt wird. Das Excenter ist so gestellt, dafs gerade, wenn der Treibkolben .von seiner oberen Stellung nach abwärts gehen will, der auf der Schubstange festsitzende Ring e, den Klinkhebel Zi₁, fafst, mit diesem die Hülse A₁ nach abwärts zieht und so das Zulafsventil hebt. Beim Weiterabwärtsgange von Zi₁ stöfst der waagrechte Arm von h„ gegen einen festen Vorsprung g oder gegen irgend eine andere, regulirbare Auslösvorrichtung. Die Klinke löst sich dann von i„ und das Zulafsventil fällt in seine Schlufslage zurück.

Der untere Boden D des Cylinders ist innen mit einem vorspringenden Ring versehen, auf welchen eine hohle ringförmige Kupferkappe d angedichtet ist, deren Form sich den unteren Vertiefungen des Treibkolbens anpafst, um die schädlichen Räume möglichst auszufüllen. Am oberen Rande ist die Kupferkappe mit Brauseöffnungen versehen, durch welche kaltes Wasser in den Untercylinder gespritzt wird. Die Zuführung des kalten Wassers in die Kappe geschieht durch das Rohr JR, dessen Fufsventil

sich nach innen öffnet, sobald die Spannung im Cylinder kleiner als der äufsere Atmosphären-, druck ist. Die Ventilklappe Ii, dient zur selbstthätigen Abführung des Kühlwassers und der verbrauchten Verbrennungsgase, sobald die Spannung im Untercylinder gröfser als der äufsere Atmosphärendruck ist. Der Kanal i führt das verbrauchte Kühlwasser aus dem inneren Kessel der Kupferkappe nach aufsen.

Der Treibkolben besteht aus dem guföeisernen Kolbenkörper K und dem aus schlechtleitendem Stoffe hergestellten Kopfe k. .Kolbenkörper und Kopf sind nach der Mitte zu eingezogen. Die

/dadurch entstehenden Vertiefungen werden in

- den Endstellungen des Kolbens durch die entsprechende Form des Cylinderdeckels und Bodens und der Brausekappe möglichst ausgefüllt, r r sind Verbindungsrippen zwischen Kolbenkörper und Kolbennabe. Am Grunde der Kolbeneinziehung befindet sich das Durchgangsventil V₁, dessen Stange durch eine Stopfbüchse und durch die hohle Kolbenstange und den hohlen Kreuzkopf nach unten führt. Durch ,cine im Kreuzkopf befindliche, am unteren Ende der Ventilstange wirkende Feder wird das Ventil fest auf seinen Sitz geprefst. Das Ventil ist zweckmäfsig ein Cylinderventil mit abgedichtetem Rande oder ein Doppelsitzventil.

·. Seine Steuerung befindet sich am Kreuzkopf der Kolbenstange. Derselbe ist in seiner obersten Stellung und ferner in einer Lage gezeichnet, in welcher er aus seiner untersten Stellung schon wieder etwas in die Höhe gegangen ist. Der am Kreuzkopf drehbare Hebel η geht durch seitliche Oeffnungen der Kolbenstange und durch einen Schlitz der Ventilstange. Der Klinkhebel m ist am Kreuzkopf drehbar und. stöfst in der obersten Stellung des Kreuzkopfes gegen den Auslöser /. Hebel η und Ventilstange sind dann nach abwärts gezogen. Geht der Kreuzkopf nach abwärts, so drängt der rechte Arm von η die Sperrklinke ο zurück, stemmt sich aber gegen dieselbe, sobald der Kreuzkopf wieder nach aufwärts geht. Hierbei hebt der linke Hebelarm das Durchgangsventil und legt sich selbst auf die Sperrnase des Klinkhebels m, so dafs das Durchgangsventil nicht eher zurückgeht, als bis m an/ stöfst und den Hebel «auslöst. Es ist wesentlich, dafs das Durchgangsventil sich erst beim Wiederaufwärts-

, : gange des Kolbens hebt, damit durch vorzeitiges Oeffhen nicht verbrauchte Gase und Kühlwasser in den oberen Theil des Kolbens treten. . . '

Der Verbrennungsofen besteht aus zwei cylindrischen Theilen F und G₁ aus Kesselblech genietet und mit Chamotte ausgefüttert. Der Füllschacht G- ist mit dem Untertheil F luftdicht verschraubt und kann zum Zwecke der Reparatur des Feuerherdes etc. abgenommen werden. Die Füllöffnung am oberen Theile des Schachtes kann durch einen Mannlochdeckel luftdicht verschraubt werden. Der Verbrennungsherd besteht aus den beiden geneigten Cha- motteflächen // und der Zwischenzunge z. Die Luft geht durch das Zuführungsrohr ί nach der rechten Kammer, über die Zunge ζ durch den unteren, glühenden Theil des Brennstoffs nach der grofsen linken Kammer, in welcher Asche u. s. w. abgesetzt wird, von hier weiter durch E nach dem Cylinder. Die Luft durchstreicht nur immer eine kurze Schicht des glühenden Brennstoffs, wodurch eine möglichst vollkommene Verbrennung erzielt wird. Da aber die Luft nur mit Unterbrechung in die Maschine eingelassen wird und in den Zwischenpausen im Ofen steht, so dafs sich am Herde immer noch Kohlenoxyd bilden kann, so ist die Zunge ζ mit mehreren kleinen Oeffnungen u ti versehen, durch welche direct Luft in die heifsen Verbrennungsgase gelangen kann, um diese vollständig zu oxydiren. t ist ein Reinigungsdeckel; die Reinigungsöffnung ist mit einem Chamotte_r stück versetzt.

Durch das Rohr ί kann entweder Luft von atmosphärischer Spannung eingesaugt werden,, oder es kann mit der Maschine eine Luftverdichtungspumpe verbunden sein, welche Luft von höherer Spannung in den Ofen prefst. Zwei- bezw. mehrcylindrige Maschinen sind sowohl wegen des gleichmäfsigen Ganges als auch wegen des gleichmäfsigeren Luftdurchflusses durch den Brennstoff vorteilhaft.

Der Verbrennungsofen, das Rohr E, der obe.re Cylindertheil B₁, sowie das Ventilgehäuse C sind in üblicher Weise mit schlechten Wärmeleitern umhüllt.

Als Vortheile der Maschine und des Ofens führt der Erfinder folgendes an. Die Maschine kann mit beliebig erwärmter Luft, sowie direct mit Feuergasen von gewöhnlicher atmosphärischer oder höherer Spannung betrieben werden. Die eigenthümliche Form des Kolbens, des Cylinderdeckels und des Bodens mit der Brausekappe vermindern die schädlichen Räume. Hierdurch ist es möglich, die heifsen Gase mit sehr hoher Expansion arbeiten zu lassen, wodurch ihre freie Wärme zum grofsen Theil in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Die Gase treten nur in den obersten Theil des Cylinders mit hoher Temperatur ein. Sobald das Zulafsventil geschlossen ist, beginnt die Expansion und dadurch die Temperaturerniedrigung der Gase, wodurch eine starke Erhitzung des unteren Cylindertheils vermieden wird. Dies ermöglicht die Einfachheit der Kolbendichtung. Die fast während des ganzen Kolben-Auf- und Niederganges wirkende Abkühlung der unterhalb des Kolbens tretenden Gase bewirkt eine be- .. deutende Spannungsverminderung derselben und somit eine Erhöhung des wirksamen Ueberdrucks auf den Kolben. Das Einspritewasser dient gleichzeitig als Kolbenschmiere, wodurch , eine besondere Schmierung des Kolbens unnöthig wird. Der Ofen braucht wenig Bedienung. Er bleibt auch nach längerem Stillstande der Maschine in glühendem, wirksamen Zustande, ohne dabei wesentlich Brennstoff zu verzehren. Die

Verbrennung im Ofen während des Ganges der Maschine ist trotz des periodisch unterbrochenen Luftstromes doch eine möglichst vollkommene. Flugasche hat vollkommen Zeit, sich in der grofsen Kammer F abzulagern, so dafs die Verbrennungsgase rein in die Maschine gelangen. Das Anwärmen der Maschine geschieht einfach und schnell· durch Oefmen des Ventils v. Die Wärmeverluste der heifsen Gase vom Ofen bis zur Maschine sind bei guter Umhüllung des Ofens, des Leitungsrohres und des Obercylinders mit Ventilkammer nur sehr gering.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   In Anwendung auf Heifsluft- bezw. Feuerluftmaschinen:

   .i. Der durchbrochene Ventilkolben K mit dem schlecht wärmeleitenden Kopfe k in seiner durch Zeichnung und Beschreibung erläuterten Form, zum Zwecke des kurzen Verbindungsweges zwischen oberem und unterem Cylinderraum und zum Zwecke der geringen Wärmeübertragung auf die untere Cylinderwandung und auf die Abdichtung des Kolbens. ■'■'■..
2. 2. Der durch vorstehende Beschreibung und beiliegende Zeichnung erläuterte Steuerungsmechanismus des Durchgangsventils ein- •schliefslich der hohlen Kolbenstange, durch welche die Steuerung des Ventils ermöglicht wird.
3. 3. Die Brausekappe d bezüglich ihrer Form zum Ausfüllen der schädlichen Vertiefungen im Kolben.
4. 4. Der obere Cylinderdeckel bezüglich seiner Form zum Ausfüllen der oberen schädlichen Kolbenvertiefungen und bezüglich seiner gleichzeitigen Verwendung als Gehäuse für das Zulafsventil, ferner zum Zwecke der schnellen Anwärmung der oberen Cylinder- und Kolbentheile.
5. 5. Das Ventil ν mit Hebel und belasteter Zugstange als Mechanismus zur schnellen Inbetriebsetzung des Ofens und der gleichzeitigen schnellen Erwärmung der Ventilkammer mit dem oberen Cylindertheil.
6. 6. Der durch vorstehende Beschreibung und beiliegende Zeichnung erläuterte Verbrennungsofen in seiner Gesammtconstruction.
7. 7. Die durch vorstehende Beschreibung und beiliegende Zeichnung erläuterte besondere Form des Verbrennungsherdes ff ζ u zum Zwecke der möglichst vollkommenen Verbrennung des Brennstoffs bei absetzendem wie bei stetigem Durchgange des Luftstromes. ·

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.