DE155189C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die verschiedenen im praktischen Gebrauch befindlichen Dampfselbstfahrer lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen, nämlich in solche Selbstfahrer, die mit festem Brennstoff, wie z. B. Kohle, Koks, Briketts usw., beheizt werden, und solche, die mit einem flüssigen Brennstoff, wie z. B. mit Petroleumessenz, schwerem Petroleum, Benzin, verschiedenen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen oder dergleichen, beheizt werden.

Bei den Selbstfahrern der ersten Gruppe, deren Urbild die gewöhnliche Lokomotive ist, hat sich die Aufmerksamkeit des Führers gleichzeitig auf die Unterhaltung des Feuers, die Speisung des Kessels und die Führung der Maschine zu richten. Die Veränderungen in der Arbeitsleistung können nur durch die Regelung dieser drei voneinander unabhängigen Elemente erzielt werden.

Bei den Selbstfahren der zweiten Gruppe können die Unterhaltung des Feuers und die Speisung des Kessels mit Hilfe einer von einer gemeinsamen Handhabe abhängigen Vorrichtung bedient werden, während die Bedienung des Motors davon unabhängig bleibt.

Demgegenüber besteht die vorliegende Erfindung darin, daß von einer einzigen Handhabe aus sowohl die Regelung der Feuerung mit flüssigem Brennstoff als auch die Kesselspeisung und schließlich die Bedienung des Motors ausgeht. Es genügt also eine einzige Bewegung, um die Leistung der gesamten Maschine zu regeln, ohne daß der Führer sich besonders darum bekümmern müßte, die Feuerung der Speisung des Kessels oder die Dampferzeugung dem Verbrauch des Motors anzupassen.

Um eine vollkommene Selbsttätigkeit der Regelung der Arbeitsleistung zu erzielen, müssen folgende notwendige Bedingungen erfüllt werden:

i. Die Veränderung der Wärmeentwickelung der Feuerung muß erzielt werden durch die Veränderung der Gewichtsmenge des verbrauchten flüssigen Brennstoffes, wobei die Gewichtsmenge Luft, die zur Verbrennung nötig ist, ihrerseits dem Gewicht des Brennstoffes proportional bleiben muß, so daß der Nutzeffekt der Feuerung von der Belastung Null bis zur Maximalbelastung einen konstanten Wert behält.

Das in den Kessel geschickte zu verdampfende Wasser muß in seiner Gewichtsmenge stets proportional der Gewichtsmenge des verbrauchten Brennstoffes sein, um einerseits die Erzeugung eines zu stark überhitzten Dampfes und andererseits die Erzeugung eines feuchten Dampfes oder gär eines Gemisches von Dampf und Wasser zu verhüten.

3. Die erzeugte Dampfmenge muß beständig der vom Motor verbrauchten Dampfmenge gleich sein, welches auch die vom Motor bei irgend einer Geschwindigkeit verlangte .Leistung ist. .

Diese allgemeinen, für die Selbsttätigkeit der Regelung der Arbeitsleistung nötigen Bedingungen eines Dampfselbstfahrers können nur durch Vermeidung mehrerer Unzuträg-

lichkeiten erfüllt werden, deren Bedeutung die Praxis gezeigt hat. Um zu veranschaulichen, wie gemäß der vorliegenden Erfindung diese Unzuträglichkeiten vermieden werden, ist es erforderlich, zunächst die Hauptbestandteile des Erfindungsgegenstandes zu erläutern.

Die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendete Wärmequelle ist eine Feuerung für flüssigen Brennstoff, der durch

ίο die Hitze der Flamme selbst verdampft wird und verbrennt, nachdem er mit der zu seiner Verbrennung nötigen Luftmenge innig gemischt ist. Der flüssige Brennstoff wird mittels einer durch das Fahrzeug angetriebenen Pumpe in die Feuerung geschickt. Die Hitze der Feuerung' wird ausgenutzt in einem schlangenförmigen Kessel, der mit schneller Verdampfung arbeitet und in den das AVasser mit Hilfe einer ebenfalls vom Fahrzeug angetriebenen Pumpe eingeführt wird.

Der erzeugte Dampf verläßt den Kessel in überhitztem Zustande, um alsdann nach einem Motor zu gelangen, der beispielsweise mit dreifacher Expansion arbeitet. Nach dem Verlassen des Motors g'eht der Dampf in einen rohrförmigen Kondensator, der durch den durch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges erzeugten Luftstrom gekühlt wird und in dem eine Luftpumpe ein gewisses Vakuum aufrecht erhält.

Das Kondenswasser geht nach dem Wasserbehälter zurück, an den die Speisepumpe des Kessels angeschlossen ist. Das Wasser durchläuft also einen vollständigen Kreislauf, ohne merklichen Verlust und mit dem Vorteil, daß ein Teil seiner Kondensationswärme für die Wiedererhitzung beim Eintritt in den Kessel ausgenutzt wird.

Die erste Unzuträglichkeit, ' die vermieden werden muß, ist die Einführung einer zu großen oder zu kleinen, der Verdampfungsfähigkeit der Feuerung nicht entsprechenden Wassermenge in den Kessel. Dies tritt ein, wenn die Speisepumpen für die Feuerung und für den Kessel direkt durch das Fahrzeug angetrieben werden, denn in diesem Falle wechselt ihr Gang und demnach auch ihre Förderleistung proportional mit der Geschwindigkeit des Wagens. Es folgt daraus, daß bei großen Geschwindigkeiten die in den Kessel gespeiste Wassermenge zu groß werden und die Leistungsfähigkeit der Feuerung überschreiten kann. Andererseits kann beim Befahren von Steigungen, wo also der Kessel dem Motor ein Maximum an Dampf liefern muß, die geringe Geschwindigkeit des Fahrzeuges, die sich natürlich auch den Pumpen mitteilt, verhindern, daß die Pumpen die Feuerung und den Kessel genügend speisen.

Man hat diese Schwierigkeiten dadurch zu beheben versucht, daß man die Pumpen mit einer Vorrichtung versieht, durch die der Maschinist ihre Geschwindigkeit unabhängig von derjenigen des Wagens beeinflussen kann. Diese Anordnung hat aber den Fehler, die Aufmerksamkeit des Wagenführers zu erfordern, der die Geschwindigkeit der Pumpen nicht nur nach der Fahrgeschwindigkeit, sondern auch noch mit Rücksicht auf die zu leistende Arbeit verändern muß, die mit den wechselnden Widerständen des Weges sich ändert. Wenn z. B. der Führer, dessen Aufmerksamkeit durch das Achtgeben auf die Fahrtrichtung in Anspruch genommen ist, beim Übergang aus einer geringen zu einer höheren Geschwindigkeit vergißt, die Leistung der Pumpen in der erforderlichen Weise zu regeln, so kann das in den Kessel eingeführte Wasserquantum ebenso wie die Brennstoffmenge zu hoch werden, und es tritt dann sowohl im Brenner der Feuerung als auch in dem Kessel ein »Ertränken« ein, so daß das Feuer erlischt, die Verdampfung aufhört und , das Fahrzeug stehen bleibt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist jede Unzuträglichkeit dieser Art beseitigt, und die Arbeitsleistung in der ganzen Maschine wird selbsttätig geregelt, unabhängig von der Aufmerksamkeit des Wagenführers. Die Speisepumpe für den Kessel, welche durch den Wagen angetrieben wird, steht unter der Wirkung eines besonderen Zentrifugalregulators, der ihre Leistung unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges konstant erhält. Zu diesem Zwecke wird der Hub des Pumpenkolbens unigekehrt proportional der Geschwindigkeit, das heißt der Tourenzahl der Pumpe gemacht. Auf diese W^Teise bleibt also die Leistung der Pumpe bei jeder Geschwindigkeit des Fahrzeuges konstant, und zwar ist die Einrichtung so getroffen, daß die Pumpe das Maximalquantum fördert, das der Kessel zu verdampfen imstande ist.

Zwischen der Pumpe und dem Kessel ist in die Leitung ein Hahn eingeschaltet, der das zugeführte Wasser auf die richtige Menge drosselt. Dasjenige Wasser, das auf diese Weise aus der Pumpe nicht in den Kessel gelangt, geht durch ein Federventil nach der Pumpe zurück.

In der Leitung zwischen der Brennstoffpumpe und dem Brenner der Feuerung be^ findet sich ebenfalls ein Drosselorgan, welches die Brennstoffmenge auf den erforderlichen Betrag bringt. Schließlich ist in die vom Kessel nach dem Motor führende Dampfleitung ebenfalls ein Drosselorgan eingeschaltet, durch das der Druck im Kessel konstant erhalten werden kann.

Die drei erwähnten Drosselorgane für das Wasser, den flüssigen Brennstoff und den Dampf sind zu einer einzigen, im Bereich des

Führers angeordneten Handhabe vereinigt. Ihre Durchlässe sind derart angeordnet und bemessen, daß stets für jede Beanspruchung des ganzen Systems die durchgelassenen Mengen des Wassers, des Dampfes und des Brennstoffes die geeigneten Werte haben, derart, daß die zu ,verdampfende Wassermenge proportional dem verbrannten Brennstoff und die dem Motor gelieferte Dampfmenge an Gewicht

ίο gleich dem in den Kessel eingeführten Wasser bleibt. ' ■ .

Die den Brennstoff zuführende, durch das Fahrzeug angetriebene Pumpe ist nicht mit einem Regulator ausgestattet. Ihre Leistung bleibt veränderlich mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, und die Brennstoffmenge, die der Brenner nicht verbrennen kann, wird durch ein Rückschlagventil zurückgesaugt.

Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Fig. ι veranschaulicht einen danach eingerichteten Selbstfahrer zum Teil im Schnitt und zum Teil in einer Seitenansicht. Fig. 2 ist eine Ansicht von oben und Fig. 3 eine Rückansicht. D^e Fig. 4 und 5 veranschaulichen Einzelteile zur Bewegung der erwähnten D ross el organe.-

Es sei zunächst der Fall angenommen, daß.

das Fahrzeug eine normale Geschwindigkeit hat. Die Hauptmotorwelle 1 wirkt dabei mit Hilfe eines Kettengetriebes oder dergleichen auf die Antriebwelle 2 der drei Pumpen, von denen die Pumpe 3 das Wasser und die Pumpe 4 den Brennstoff zuführt, während 5 die Kondensatorluftpumpe ist. Die Pumpe 3 steht unter der Einwirkung eines Regulators 6 (Fig. 3) und befördert infolgedessen ein unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit stets konstantes Wasserquantuni in die Leitung 7. In der Pumpe 3 ist für den Rückfluß der überschüssig beförderten Wassermenge ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Rückschlagventil angeordnet. Wenn der Druck in der Druckleitung der Pumpe die Schließkraft der das Rückschlagventil schließenden Feder übersteigt, so öffnet sich das Ventil, und ein Teil des in die Druckleitung beförderten Wassers fließt nach dem Speisewasserbehälter 8 zurück. Andererseits ist der von der Pumpe 3 erzeugte Druck gleich dem in dem Dampfkessel 9 herrschenden Druck plus dem Druckverlust, der dadurch entsteht, daß der in die Leitung vor dem, Kessel eingeschaltete Hahn ίο eine Drosselung bewirkt. Wenn dieser Hahn weit geöffnet ist und das ganze System volle Arbeit leistet, so ist der durch die Pumpe 3 erzeugte Druck im wesentlichen gleich dem Kesseldruck. Das Rückschlagventil der Pumpe 3 begrenzt also den Kesseldruck im Voraus auf einen bestimmten Betrag. Sobald der Kesseldruck diese Druckgrenze übersteigt, so öffnet sich das Rückschlagventil, und das Wasser geht zum Teil nach dem Wasserbehälter zurück, wodurch in demselben Verhältnis die in den Kessel eingeführte Menge sich vermindert. Es wird also durch die Vereinigung des Drosselhahnes 10 mit der Pumpe 3 und dem Rückschlagventil verhindert, daß in dem Kessel die festgesetzte Druckgrenze überschritten wird und ferner, daß die tatsächlich in den Kessel eingeführte Wassermenge beliebig von Null bis zu dem von der Pumpe geförderten ganzen Betrage unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges geändert werden kann.

Gleichzeitig mit der Verstellung der Durchflußöffnung des Hahnes 10 wird aber auch in gleicher Weise die Öffnung des Brennstoffhahnes 11 und des Dampf hahnes 12 verändert. Das Petroleum oder der sonstige flüssige Brennstoff wird aus dem Behälter 13 durch die Pumpe 4 nach dem Hahn 11 und von da unmittelbar nach dem Brenner befördert. Die Pumpe 4 besitzt eine mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges veränderliche Leistung, da sie ohne Regulator ist. Sie hat aber ebenfalls wie die Wasserpumpe ein Rückschlagventil in der Druckleitung, das nach der Saugleitung oder dem Brennstoffbehälter führt. Die Brennstoffpumpe ist so berechnet, daß sie bei der geringsten Geschwindigkeit des Fahrzeuges, also zum Beispiel beim Befahren einer Steigung, noch eine Brennstoffmenge liefert, die höher ist als diejenige, die der Brenner verbrennen kann, und zwar bei dem durch das Rückschlagventil begrenzten Druck. Dieses Ventil ist also immer offen, und ein Teil des flüssigen Brennstoffes fließt aus der Druckleitung auf die Saugseite zurück. Die wirklich in den Brenner eingeführte Brennstoffmenge wird also durch die Durchflußweite des Plahnes 11 geregelt, der in Gemeinschaft mit dem Hahn 10 wirkt. . - -,

Der Dampf gelangt aus dem Kessel in den mit einem Sicherheitsventil versehenen Reinigungstopf 14 und von hier nach dem Hahn 12, um alsdann bei 15 in den Motor einzutreten. Er verläßt den Motor bei 16 und geht durch die Leitungen 18 und 19 nach dem Kondensator 17.

Durch Drehung des Hahnes 12 mittels desselben Hebels 20, durch welchen auf die Hähne 10 und 11 eingewirkt wird, wird also der Kesseldruck, infolgedessen der Gang des Fahrzeuges geregelt. Wenn der Wagenführer die Geschwindigkeit vermindern will, so drosselt er durch Drehen des Hahnes ,12 den Dampf-, austritt teilweise. Der Druck im Kessel steigt, während die Menge des eingeführten Speisewassers ebenso wie die Gewichtsmenge des dem Brenner zugeführten Brennstoffes sich

vermindern. Es tritt ein neuer Gleichgewichts- J . zustand ein, der einer verminderten Arbeits- j leistung entspricht. Wenn dagegen der Wagenführer die Durchlaßöffnung des Hahnes 12 vergrößert, so wird auch durch die gleichzeitige Bewegung der Hähne ii und 12 mehr Speisewasser und mehr Brennstoff zugeführt. Die Schwankungen in der Temperatur des Speisewassers sind nach Annahme, des Erfinders bei diesem Verfahren äußerst gering, so daß sie keinen wesentlichen Einfluß auf die Verdampfung ausüben. Die Anordnung des Hahnes 12 hat den Zweck, in der Dampfleitung zwischen dem Kessel und der Maschine erforderlichenfalls eine Druckverminderung herbeizuführen, die nötig ist, um im Kessel einen annähernd konstanten Druck zu erhalten.

Es ist zu bemerken, daß diese Regelung die höchste Arbeitsleistung ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Fahrzeuges selbsttätig zu erzielen gestattet, so daß man also sowohl bei starker Steigung und geringer Geschwindigkeit als auch bei einer Fahrt auf ebener Bahn mit großer Geschwindigkeit und in allen Zwischenstadien selbsttätig einen guten Nutzeffekt erzielt.

Wie auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges sei, es kann ein »Ertrinken« des Kessels nicht vorkommen, da die Menge des eingeführten Speisewasers so geregelt wird, daß sie niemals die Menge übersteigt, die von dem Brenner in demselben Augenblick verdampft werden kann, da stets ein richtiges Verhältnis zwischen der Wassermenge und der Brennstoffmenge aufrecht erhalten bleibt. Da die Hähne 10 und 11 bei der Höchstgeschwindigkeit weit offen sind, so kann das in den Kessel eingeführte Wasser niemals den konstanten Betrag überschreiten, den die Pumpe 3 unter der Einwirkung ihres Regulators 6 liefert. Der verbrauchte Brennstoff ist dann gleich derjenigen Menge, die der Brenner bei dem begrenzten Druck der Brennstoffpumpe 4 im Maximum verbrennen kann.

Mittels des genügend groß zu wählenden Kondensators 17 kann das ganze verdampfte Wasser wiedergewonnen werden, so daß es unter beständigem Kreislauf als destilliertes und daher vollkommen reines Wasser unzählige Male benutzt werden kann, was für Dampfkessel mit augenblicklicher Verdampfung sehr wichtig ist.

Das Ingangsetzen des Fahrzeuges geschieht mittels der Handpumpen 21 und 22, die in die Brennstoffleitung und die Wasserleitung eingeschaltet sind. Der Brenner wird zuerst mit Hilfe einer Alkoholflamme angewärmt, während man durch die Pumpe 21 flüssigen Brennstoff nach dem Brenner befördert. Zu diesem Zwecke ist der Brennstoffhahn 11 nicht vollständig geschlossen. Es bleibt vielmehr ein genügender Durchgang, damit der Brennstoff mit einem Druck von einigen Kilogramm die Flamme aufrecht erhält. Will man abfahren, so wird Wasser in den Kessel durch die Pumpe 22 ein-· gelassen, mit der man den gewünschten Druck erzeugt. Ist der Wagen im Gang, so arbeiten die Pumpen 3, 4 und 5 und bewirken selbsttätig die erforderliche Verteilung.

Die Erfindung läßt sich selbstverständlich nicht nur auf Motorwagen, sondern überhaupt auf alle Motorfahrzeuge, z. B. auch Lokomotiven, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, anwenden.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Mit einem flüssigen Brennstoff betriebener Dampfselbstfahrer, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckleitung einer vom Fahrzeug angetriebenen, durch einen Regulator auf konstanter Leistung gehaltenen Kesselspeisepumpe, in die Druckleitung einer ebenfalls vom Fahrzeug angetriebenen Brennstoffpumpe und in die vom Dampfkessel nach dem Motor führende Dampfleitung Drosselorgane eingeschaltet und derart zwangläufig miteinander verbunden sind, daß mit einer Veränderung der Dampfzufuhr nach dem Motor auch eine entsprechende Veränderung der in den Kessel eingeführten Speisewassermenge und der zum Brenner geführten Brennstoffmenge selbsttätig herbeigeführt wird, wobei die von den Pumpen in die Druckleitungen beförderten überschüssigen Wasser- bezw. Brennstoffmengen über ein Rückschlagventil auf die Saugseite der Pumpen zurückgeführt werden.

2. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasserpumpe derart unter der Einwirkung eines Zentrifugalregulators steht, daß die Größe ihres Hubes bei zunehmender Fahrtgeschwindigkeit sich vermindert, so daß ihre Förderleistung konstant bleibt, wie auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges sich ändern mag.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen