DE13825C - Neuerungen an geschlossenen Luftmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende geschlossene Heifsluftmaschine ist bestimmt, mit Luft von hoher Spannung zu arbeiten. Sie besteht in ihrer vollständigen Ausführung aus zwei Verdrängercylindern und zwei Arbeitscylindern, von denen je ein Arbeitscylinder und ein Verdrängercylinder mit einander arbeiten. Die Kolben der beiden Verdrängercylinder arbeiten in der Weise, dafs der eine die eingeschlossene Luft nach der heifsen Stelle des letzteren hindrängt, während der andere die Luft seines Cylinders nach der kalten Stelle schiebt. Demnach wird der Kolben des einen Arbeitscylinders von der durch die Erhitzung im heifsen Theil des Verdrängercylinders ausgedehnten Luft vorwärts oder hinaufgetrieben, während der andere Arbeitskolben wegen der Zusammenziehung der in den kalten Theil des zugehörigen Verdrängercylinders geschobenen Luft rückwärts oder hinabgeht.

D und D¹ sind die beiden Arbeitscylinder, deren Kolben mit den Enden eines Balanciere K verbunden sind; NN, Fig. 2, sind die beiden Verdrängercylinder, deren Kolben mit einem Balancier U verbunden sind. Jeder der beiden Balanciere besitzt eine besondere Axe. Die Wirkung der Arbeitscylinder DD¹ wird durch einen Nebenarm K* des Balanciere K, Fig. 3, sowie durch eine Schubstange K¹ auf eine Kurbel L übertragen, deren Welle Z¹ in den Lagerböcken M gelagert ist. Der Kurbel Z gegenüber und mit entsprechender Voreilung versehen sitzt eine andere Kurbel Z², Fig. 2, welche vermittelst der Schubstange W und des Armes V, Fig. 2, den Balancier U bewegt.

Das Spiel der Maschine ist folgendes. Geht der Verdrängerkolben R, Fig. 5, in dem inneren Einsatzcylinder P nieder, so wird die unter ihm befindliche Luft durch die von der Feuerung in A erhitzten Röhren e^x hindurch und in den ringförmigen Zwischenraum zwischen P und N gedrängt. Beim Durchgang durch diesen Zwischenraum giebt sie ihre Wärme zum Theil schon an darin befindliche wellenförmige, dünne Bleche ab; während sie aber durch die oberhalbN angebrachten Röhren η geht, welche in einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Aufsatze S eingeschlossen sind, giebt sie ihre Wärme an die Flüssigkeit ab, die durch eine Pumpe oder durch Zuflufs aus einem höher stehenden Behälter stets erneuert wird. Die gekühlte Luft strömt dann in den Raum über dem Kolben R, welcher in dem Räume R³ stets erneuertes Kühlwasser enthält. In dem Mafse, als die Luft unter dem Kolben R weg und durch die angegebenen Wege über den Kolben gedrängt wird, vermindert sich ihre Spannung, und infolge dessen geht der Arbeitskolben H abwärts, indem er die unter ihm befindliche Luft durch die Röhren e in den Zwischenraum h, von da durch q* q¹ q und ρ in den Cylinder P drängt. Von dort nimmt sie den bereits angegebenen Weg. Die Luft mufs also auch vor ihrem Eintritt in den Arbeitscylinder durch eine Anzahl U-förmig gebogener Röhren e strömen, welche den Röhren e¹ ähnlich sind und von den durch E¹ F und F¹ ziehenden Verbrennungsgasen erhitzt werden.

Wenn sich der Verdrängerkolben R wieder aufwärts bewegt, treibt er die kalte Luft durch η in den ringförmigen Zwischenraum, wo sie die den eingeschlossenen dünnen Wellenblechen vorher abgegebene Wärme wieder aufnimmt. Sodann gelangt sie in die Heizröhren e¹ und

von da in den Cylinder P unter den Kolben. Die Luft dehnt sich demnach aus, treibt den Arbeitskolben H in die Höhe und strömt dabei durch die zweite Erhitzungsvorrichtung e e.

Die gleichen Vorgänge, nur in umgekehrter Ordnung, finden in dem gegenüber stehenden Cylinderpaar statt. Die über den beiden Arbeitskolben befindliche Luft spielt dabei von einem Arbeitscylinder in den anderen, da letztere an ihren oberen Enden durch eine Röhre /z³ mit einander in Verbindung stehen.

Die Construction der Heizvorrichtungen ist in vergröfsertem Mafsstabe in den Fig. 15 bis 18 dargestellt. Da die Röhren bei stetig durchströmender Luft grofser Hitze ausgesetzt sind, so werden sie von Nickel oder einer Legirung von Nickel hergestellt, die Anwendung weniger theurer und weniger widerstandsfähiger Stoffe ist jedoch nicht ausgeschlossen. Die Röhren sind eng und möglichst dünnwandig und in sehr grofser Anzahl vorhanden, damit die Heizfläche bei möglichst geringem Inhalt möglichst grofs sei. Das Gleiche gilt für die Kühlvorrichtung, Fig. 19 und 20. Bei den Heiz- wie bei den Kühlvorrichtungen sind die Röhren in den Böden G O bezw. Q befestigt und können sich unabhängig von einander ausdehnen und zusammenziehen. Des hohen Druckes und der Hitze wegen sind die Böden G und O nach innen gewölbt.

In den äufseren Cylinder JV der doppelwandigen Verdrängercylinder ist ein innerer Cylinder P eingesetzt, der unten den Boden O berührt und oben nahezu an den Deckel Q reicht. Der obere Rand des Cylinders ist ausgedreht, Fig. 8, um eine Gummischnur m aufzunehmen, die als Abdichtung zwischen Cylinder und Deckel dient. Der Cylinder P kann sich also genügend ausdehnen. Nahe an seinem oberen Rande besitzt er Ansätze O, Fig. 8, 11 und 12, welche in entsprechende Vertiefungen des Cylinders JV eingesetzt sind. An seinem unteren Ende hat der Cylinder/³ Vorspränge/¹^², Fig. 11, welche aufsen auf den Durchmesser des Cylinders N, abgedreht sind. Auf diese Weise ist der Cylinder P in JV centrirt und bleibt auch in seiner Lage festgehalten, wenn man den Boden O abschrauben wollte.

Der Raum zwischen den Cylindern P und JV dient zur Aufnahme einer Menge dünner Rege- ' neratorplatten, in welche senkrechte, , schmale Wellen oder Rippen eingeprefst sind, so dafs die in Fig. 13 gezeichneten engen Zwischenräume entstehen. Diese Regeneratorplatten werden durch Schrauben c^l c² am Cylinder P gehalten.

Der Verdrängerkolben, Fig. 5, besteht aus zwei Theilen, die mit einander verschraubt sind. Der obere Hohlraum £^s ist mit Kühlwasser gefüllt, der untere Hohlraum dagegen mit Asbest r^s und Chamottemasse r⁵. oder ähnlichen feuerbeständigen Stoffen und schlechten Wärmeleitern, um. die Wärmeleitung in dem Verdrängercylinder möglichst zu vermeiden. Zu dem gleichen Zwecke besitzt der Mantel· N unter seinem oberen Flantsch einen ringförmigen Hohlraum P, Fig. 5 und 8, in welchem ebenfalls Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit kreist. Nur ein .schmaler Ringstreifen des oberen Theiles des Kolbens geht passend, aber ohne Liderung in dem Cylinder P. Der Kammer Ä^s wird durch die hohle Kolbenstange Ji¹ vermittelst des die letztere durchdringenden Röhrchens «⁵ kaltes Wasser zugeführt, während das warm gewordene durch den Zwischenraum «⁶ und die Röhre h^% wegfliefst. Da die Kolbenstange Ji¹ sich bewegt, so ist die ,Verbindung der Ab- und Zuflufsröhrchen mit der Rohrleitung durch Schläuche n¹ oder bewegliche Gelenkröhren hergestellt.

Der Arbeitskolben H hat eine ähnliche Construction wie der Verdrängerkolben, nur dafs er keine Wasserkühlung besitzt. Dagegen befindet sich in seinem unteren Theil die Asbestschicht r⁵ und die Chamottefüllung r⁵. Nur sein oberes Ende geht dicht in dem Cylinder und wird dort durch eine doppelte Stulpendichtung j, die mit Ringen k k^x zusammengeschraubt ist, abgedichtet, Fig. 5 und 7. Damit diese Stulpendichtung von der Hitze nicht leide, ist zwischen dem Theile des Cylinders D, in welchem die Dichtung arbeitet, und dem unteren, mit heifser Luft gefüllten Theile ein ringförmiger Hohl·: raum n^l angebracht, in welchem Kühlwasser kreist und welcher mit dem Hohlraum l^l des Verdrängercylinders in Verbindung steht. Ueberhaupt ist eine beständige Verbindung aller wassergefülltenKühlräume und dem entsprechende Wasserströmung hergestellt. Da die Räume über den beiden Arbeitskolben durch eine Röhre A^s mit einander in Verbindung stehen, und da diese Räume mit Luft von derselben Spannung, wie sie in die übrigen Räume der Maschine durch die Luftpumpe eingepumpt wird, erfüllt ist, so ist der Druckunterschied in dem Raum unter und über der Dichtung nur so grofs, als er durch die jeweiligen Temperaturunterschiede bezw. durch die jeweiligen Kolbenstellungen bedingt ist.

Der untere Theil des Arbeitscylinders ist doppelwandig, damit die Luft, welche von P herkommt und durch ^² einströmt, die U-förmig gebogenen Heizrohren e in der gewünschten Richtung durchströme, Fig. 5. Der Einsatzcylinder / sitzt unten auf dem Boden G auf, oben ist sein Rand genau in die Ausdrehimg eingepafst, und eingesetzte Federn g¹, Fig. 10, bewirken, dafs er stets den Boden G berührt, ohne dafs seine Ausdehnung oder Zusammenziehung in der Längsrichtung verhindert sei. Um den gleichmäfsigen Eintritt der Luft in den ringförmigen Raum h von q² her zu erleichtern,

ist in der Höhe des Stutzens q², Fig. 5, eine excentrisch verlaufende Rinne im äufseren Cylinder eingearbeitet, Fig. 9.

Zur Regulirung der Geschwindigkeit der Maschine befindet sich in den Röhren q eine Drosselklappe oder ein Ventil -r, wodurch der Uebertritt der Luft von P nach f und umgekehrt mehr oder weniger erschwert oder ganz aufgehoben werden kann. Auf beide Klappen wirkt ein gemeinschaftlicher Centrifugalregulator vermittelst der in Fig. 14 gezeichneten Stangen und Hebel r⁵ r⁴ r³ τ-² und der gemeinschaftlichen Drosselklappenwelle r^l, Fig. 2 und 3.

Alle Räume der Arbeits- und Verdrängercylinder werden vermittelst einer Luftpumpe Ό¹, Fig. 2 und 3, welche am Ende des Balanciere U angehängt ist/ mit Luft von mehreren Atmosphären Spannung gefüllt. Von der Luftpumpe D¹ führen Röhren h^l nach den Verdrängercylindern N, deren jeder an der Eintrittsstelle der Luft ein Gegenventil h'" besitzt. Weiter führt ein Zweigrobr nach dem Ventil A², welches in das Verbindungsrohr h^% der beiden Arbeitscylinder einmündet. Es können also alle inneren Räume der Maschine mit gespannter Luft gefüllt werden, und durch ein Sicherheitsventil mit verstellbarem Gewicht kann man die Höhe der Spannung beliebig begrenzen. Die Luftpumpe kann beliebig in oder aufser Gang gesetzt werden.

Die Ingangsetzung der Maschine wird in folgender Weise bewerkstelligt. Man drückt auf den Einklinkdaumen wz^r, Fig. 1, und kann alsdann die Lenkerstange W sammt der auf ihrer Gabel angelenkten Stange mⁱ, Fig. 2 und 5, in¹ die Höhe heben. Die Stange m* tritt dann in eine köcherartige Büchse des Hebels F² ein, der lose auf V^s schwingt. Eine Kerbe m⁵, in welche die Feder des Daumens m¹ einschnappt, hält den Hebel W in der erhobenen Stellung, und die Stange W arbeitet dann leer und aufgehängt an dem Hebel F"². Man kann jetzt den Hebel V am Handgriff des Zapfens V¹ erfassen, hin- und herschieben und damit von Hand die Verdrängerkolben steuern. Man hat dabei so weit auszuholen, dafs der Balancier an die Anschläge tt, Fig. 2, stöfst. Da hierdurch das Gleichgewicht in dem Druck gestört wird, so kommt die Maschine nach wenigen Bewegungen in Gang. Alsdann löst man die Aufhängevorrichtung aus, läfst die Gabel W einfallen, und die Maschine arbeitet selbstthätig weiter.

Der grofse Uebelstand bei Heifsluftmaschinen, dafs man die Ingangsetzung durch Drehung des Schwungrades bewerkstelligen mufs, ist hierdurch beseitigt. Man kann die Maschine hierbei auch rückwärts mit der Hand steuern, und indem man entweder eine Coulisse oder statt des einfachen Zapfens, wie gezeichnet, einen Doppelarm mit zwei Zapfen an V anbringt, kann man, je nachdem man die Gabel an dem einen oder dem anderen Zapfen einfallen läfst, die Maschine selbstthätig vor- oder rückwärts laufen lassen. Dasselbe kann man auch bewirken, indem man statt der festen Kurbel I? ein loses Excenter wie bei Dampfschiffsmaschinen anbringt, oder indem man wie bei Locomotiven zwei Excenter und eine Stephenson'sche Coulisse anwendet.

Aus Fig. 2 ist die Kühlwasserpumpe F* ersichtlich, deren Thätigkeit auch durch irgend eine andere Wasserzufuhr erfüllt werden kann.

Die Fig. 21 und 22 zeigen eine Abänderung und Vereinfachung der Maschine. Der Arbeitscylinder ist doppeltwirkend; der eine Verdrängercylinder steht durch die Röhre q¹ mit dem unteren Raum des Arbeitscylinders, der andere Verdränger durch das Rohr q^ mit dem oberen Raum des Arbeitscylinders in Verbindung. Da hier der obere wie der untere Raum des letzteren mit der heifsen Luft in Berührung kommt, so ist zur Kühlung der Kolbendichtung darunter und darüber ein ringförmiger Kühlraum mit Wasserfüllung angeordnet, und der Cylinder besitzt an der Dichtungsstelle eine Fuge. Im übrigen unterscheidet sich diese Maschine nicht von der vorher beschriebenen.
¹ Eine dritte Abänderung ist die Anwendung von nur einem Verdrängercylinder und einem einfach wirkenden Arbeitscylinder, welche genau wie in der zuerst beschriebenen Maschine angeordnet sind. Eine solche einfach wirkende Maschine ist zum Betrieb einer Arbeitsmaschine geeignet, welche nur einseitige Kraft braucht, wie z. B. eine einfach wirkende Schachtpumpe etc. Durch Anbringung von Gegengewichten oder durch Verdichtung von Luft in einem Raum über dem Arbeitskolben kann man die Arbeitskraft aufspeichern, so dafs ein Theil derselben beim Rückgang des Kolbens zur Verwendung gelangt.

Claims (6)

1. P ATENT-Ansprüche:

   ■ι. Bei Heifsluftmaschinen die Construction und Anwendung der an dem Boden und Deckel des Verdrängercylinders angebrachten Heiz- bezw. Kühlvorrichtungen, bestehend aus engen, möglichst dünnwandigen, in grofser Anzahl vorhandenen Röhren, welche aus dem Innern des Verdrängercylinders ausmünden, sich" in den Heizbezw. Kühlraum erstrecken und wieder zurück in den Zwischenraum einbiegen, der durch den Mantel des Verdrängercylinders mit diesem letzteren gebildet wird, zum beschriebenen Zweck,
2. 2. Die Anbringung derselben Heizvorrichtung am Boden des Arbeitscylinders bei Maschinen mit vom Verdrängercylinder getrenntem Arbeitscylinder.
3. 3· Die Construction des doppelwandigen Verdrängercylinders, wobei in dem Zwischenraum zwischen beiden Wänden ein Regenerator eingesetzt wird, so dafs alle Luft, welche von einem Ende des Verdrängercylinders nach dem anderen geschoben wird, auf ihrem Wege von dem heifsen nach dem kalten Ende und umgekehrt jenen Zwischenraum durchströmen mufs, der innere Cylinder in der beschriebenen Weise eingesetzt, welche ihn in bestimmter Lage erhält, ihm aber Ausdehnung gestattet.
4. 4. Die Anordnung des Regenerators in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Cylinderwänden, so dafs sie an einem Ende mit der Kühlvorrichtung und am anderen Ende mit der Heizvorrichtung in Verbindung stehen.
5. 5. Die Construction des Arbeitscylinders bezüglich der Anbringung der Heizvorrichtung an seinem Boden in Verbindung mit dem ringförmigen Kühlraum in seinem mittleren Theil zur Verhütung der Wärmeleitung und in Verbindung mit dem Einsatzcylinder, welcher mittelst Federn auf den Boden des Arbeitscylinders niedergedrückt wird.
6. 6. Die Verbindung des in Fig. 5 gezeichneten, mit Heiz- und Kühlvorrichtung sowie einem Regenerator im Zwischenraum zwischen beiden Mänteln versehenen Verdrängercylinders mit einem nebenan liegenden Arbeitscylinder, der die in Fig. 5 gezeichnete Röhrenheizvorrichtung am Boden, den Einsatzcylinder und einen ringförmigen Kühlraum enthält, in der Verbindungsröhre zwischen beiden Cylindern von Hand oder durch einen Regulator bewegbare Drossel- oder andere Ventile zum Zweck der Geschwindigkeitsregulirung.
   Die Construction des Verdrängerkolbens mit einem Wasserraum am oberen Ende, einer Asbestschicht im mittleren und einer Chamotteschicht im untersten Theil in Verbindung mit der hohlen Kolbenstange mit Einrichtung zum Umlauf der Kühlflüssigkeit.

   Bei Heifsluftmaschinen die Vorkehrung zur Auslösung des selbstthätigen Betriebes der Verdränger, so dafs man dieselben stillstehen lassen oder behufs Ingangsetzung der Maschine mit der Hand vor- , oder rückwärts steuern kann.
   Die Construction der Mäntel der Oefen in zwei oder mehreren Theilen, so dafs man Theile derselben, ohne die Maschine aus einander zu nehmen, wegnehmen kann, um nöthig werdende Reparaturen an den Heizvorrichtungen vornehmen oder dieselben auswechseln zu können.
   Bei Heifsluftmaschinen mit zwei einfach wirkenden Arbeitscylindern das Verbinden der Räume über den beiden Arbeitskolben, so dafs die Liderung der Kolben weniger in Anspruch genommen wird, leicht dicht zu halten ist und weniger Reibung in der Maschine entsteht, wie beschrieben.
   Bei Heifsluftmaschinen mit einem einseitig wirkenden Arbeitscylinder die Anwendung von Gegengewichten oder einem Luftverdichtungsraum in Verbindung mit dem Raum oberhalb des einseitig wirkenden Kolbens zum Zweck wie beschrieben. ^:

   Hierzu 4 Blatt Zeichnungen.