DE247364C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 247364 -KLASSE 14«. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Dezember 1910 ab.

Die Erfindung bezweckt, eine Kolbendampfmaschine zu schaffen, die bei großen Leistungen für höchste Umdrehungszahlen (bis 2000 und darüber) bzw. für größte Kolbengeschwindigkeiten (bis 10 m/sek.) geeignet ist.

Um diesen Zweck zu erreichen, wird eine Dampfmaschine verwendet, die aus mehreren gleich großen, einfach wirkenden, in einer Ebene liegenden und auf eine und dieselbe Welle wirkenden selbständigen Maschinen besteht, welche an vier gleichfalls in einer Ebene liegenden Kurbeln angreifen, wobei sowohl die Dampfmaschinen als die Kurbeln, von einer die Wellenachse senkrecht schneidenden Ebene aus gerechnet, nach beiden Seiten symmetrisch angeordnet sind. Der Erfindung gemäß sind hierbei von acht Maschinen je vier zu beiden Seiten der Welle angeordnet.

Durch diese Maschine werden, was für die Erreichung des erstrebten Zieles von grundlegender Bedeutung ist, nicht nur die hin und her gehenden und rotierenden Massen und ihre Momente, sondern auch die Kolbendrücke ausgeglichen. Vor anderen Maschinen, mit denen ebenfalls eine Ausbalancierung angestrebt wird, zeichnet sie sich dadurch aus, daß auch die durch die endliche Schubstangenlänge bedingten Fehler beseitigt sind. Theoretisch genommen und vom Eigengewicht abgesehen, schwebt daher die Welle der Maschine frei in ihren Lagern. Für die Erhöhung der Umdrehungszahlen ist dies natürlich von erheblicher Bedeutung, da dadurch Vibrationen nach Möglichkeit vermieden sind. Außerdem aber wird durch die Verminderung der Reibung in den Wellenlagern der mechanische Wirkungsgrad der Maschine gegenüber gleichwertigen anderen um ein beträchtliches erhöht.

Von großer Bedeutung ist es, die Maschine mit einer selbsttätigen Steuerung zu versehen, weil damit alle äußeren Steuerungsteile fortfallen. Die hin und her gehenden Massen des Steuerungsgestänges lassen sich nämlich nicht in so einfacher und vollkommener Weise ausgleichen wie die Massen des Triebwerkes. Bei den angestrebten hohen Umdrehungszahlen muß aber vollkommenster Ausgleich angestrebt werden. Als besonders zweckmäßig erweist sich eine selbsttätige Steuerung nach Art der in Patentschrift 76651 beschriebenen. Diese Steuerung besteht in einem Ventil, das ständig das Bestreben hat, sich nach außen zu öffnen und sich unter der Einwirkung der durch den fortschreitenden Kolben hervorgerufenen Druckverhältnisse schließt. Eine solche Steuerung bietet in Verbindung mit der vorher gekennzeichneten Maschine noch ganz besondere Vorteile. Es ist klar, daß bei einer Maschine mit so hohen Umdrehungszahlen bzw. Kolbengeschwindigkeiten das Mitreißen von Wasser in die Zylinder und das Durchgehen beim Versagen des Regulators ganz besonders gefürchtet werden muß, da dadurch offenbar explosionsartige Wirkungen hervorgerufen werden können. Diese Gefahren werden durch die Anwendung der erwähnten Steuerung behoben. Denn das für Dampf berechnete Ventil schließt sich sofort, wenn der Dampf mit Wasser beschwert ist, und

das etwa vor dem Schluß des Ventils einge drungene Wasser kann leicht herausgedrückt werden, da das Ventil nach außen öffnet. Ein gefährliches Durchgehen aber beim Versagen des Regulators wird dadurch verhindert, daß ?ich bei zu schnell gehendem Kolben das Ventil früher schließt als bei normaler Kolbengeschwindigkeit. Die Füllung wird hierbei verkleinert, und es stellt sich schließlich ein Beharrungszustand

ίο für eine mäßig erhöhte Umdrehungszahl ein.

Die Maschine ist dadurch sozusagen gefahrlos.

Für das erstrebte Ziel, Kolbenmaschinen zu

erlangen, die bei großen Leistungen sehr hohe Umdrehungszahlen bzw. Kolbengeschwindigkeiten haben, ist ferner von großer Bedeutung die Verwendung sehr hoher Dampfspannungen (bis 50 Atm. und darüber) bei gleichzeitiger Benutzung eines großen Spannungsabfalles nach beendeter Expansion. Denn dadurch kann man . ohne wesentliche Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit kleinste Zylinderdimensionen und kleinste Gewichte der hin und her gehenden Teile erhalten. Außerdem wird es dadurch möglich, trotz der großen Geschwindigkeiten die hin und her gehenden Massen noch durch die Kolbenkräfte allein zu beschleunigen. Auch sonst ergibt die Verwendung sehr hoher Dampfspannungen und eines starken Spannungsabfalles nach beendeter Expansion noch Vor- teile für die Maschine, z. B. rücken infolge der kleinen Dimensionen die Zylindermitten näher aneinander, so daß Zwischenlager zwischen den Kurbeln entbehrlich werden usw.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Fig. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Mitte zweier Zylinder.

Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Maschine.

Fig. 3 zeigt einen Teil der Fig. 1 in größerem Maß stäbe und

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Modifikation der Maschine.
α ist der Maschinenrahmen. An diesem sind Lager b für die Welle angeordnet. Die Welle c hat vier Kurbeln d^x, d², d^a, d*. Diese liegen in einer gemeinsamen Ebene, die beiden mittleren d², d³ auf der einen Seite und die beiden äußeren d¹, d* auf der entgegengesetzten Seite der WeI-lenachse. Wenn man in der Mitte zwischen den Kurbeln d² und d^z eine Ebene senkrecht zur Wellenachse sich denkt, so liegen die Kurbeln zu beiden Seiten dieser Ebene symmetrisch.

Auf jeder Seite der Welle befinden sich vier gleich große einfach wirkende Dampfzylinder e¹, e², e³, eⁱ. Je zwei Dampfzylinder liegen einander konachsial gegenüber. Von der oben erwähnten, senkrecht auf der Wellenachse stehenden Ebene aus gerechnet liegen sie nach beiden Seiten symmetrisch. Die Kolben f der Dampfzylinder sind durch Pleuelstangen g mit den Kurbeln verbunden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegen die Köpfe der Pleuelstangen nur einseitig an den Kurbelzapfen an. Dies ist zulässig, da die Maschinen mit so hoher Kompression arbeiten, daß die Pleuelstangenköpfe ständig gegen die Kurbelzapfen angedrückt werden oder doch nur ein unschädliches Voreilen der Pleuelstangenköpfe stattfindet. Um die Pleuelstangenköpfe auch dann in ihrer Lage zu halten, wenn die Maschine nicht unter Dampf steht bzw. mit gedrosseltem Dampf arbeitet, sind über die an derselben Kurbel angreifenden Pleuelstangenköpfe Ringe k geschoben.

Die Dampf zylinder sind mit Auslaß öffnungen h versehen, die durch die Kolben gesteuert werden. Hierdurch wird eine hohe Kompression gewährleistet. Der Dampfeinlaß wird durch selbsttätige Ventile i bewirkt, die in den Deckeln der Dampfzylinder untergebracht sind. Die Ventile entsprechen dem der Patentschrift 76651. In Fig. 3 ist ein solches Ventil in größerem Maßstabe gezeichnet. Es besteht in einem Ringventil, das unter dem Druck einer Feder I sich ständig zu öffnen sucht. Der Hub des Ventils wird durch ein einstellbares Anschlagstück ζ begrenzt. Bei der Bewegung des Kolbens von der Dampfeintrittseite nach der Auslaßseite zu findet in den Durchfluß öffnungen des Ventils eine Drosselung des Eintrittsdampfes statt, die mit wachsender Kolbengeschwindigkeit zunimmt. Infolgedessen entsteht im Zylinder ein geringerer Druck als in der Dampfleitung. .Sobald der Unterschied des Druckes vor und hinter dem Ventil genügend groß ist, um die Federkraft zu überwinden, schließt sich das Ventil und bleibt während der Expansion und des Auspuffes geschlossen. Es bleibt auch noch während eines Teiles des Rückganges des Kolbens geschlossen und öffnet sich erst wieder, wenn der Kompressionsdruck eine gewisse Höhe erreicht hat.

Eine achtzylindrige Auspuffmaschine der in Fig. ι bis 3 dargestellten Art ergibt bei einer Dampfspannung von 50 Atm., einer Expansion bis auf 5 Atm. und daran anschließend einem Spannungsabfall auf 1 Atm. eine Leistung von etwa 1500 P.S. und eine Umdrehungszahl von 1200. Dabei mißt der Zylinderdurchmesser und der Hub je 180 mm. Die Kolbengeschwindigkeit ist 7,2 m/sek. .

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß nicht nur die hin und her gehenden und rotierenden Massen, sondern auch die Kolbendrücke vollständig ausgeglichen sind. Auch der Einfluß der endlichen Länge, der Pleuelstangen ist ausgeschaltet, da auf beiden Seiten der Welle stets gleich große Kolbenkräfte wirksam sind und diese auf um 180 ° versetzte Kurbeln einwirken. Das Drehmoment der Maschine ist verhältnismäßig gleichmäßig, da bei jeder halben Umdrehung ein 'Kraftimpuls erfolgt.

Wenn man zwei der oben beschriebenen Ma-

schinen derart vereinigt, daß die Zylinderebenen aufeinander stehen, wie dies beispielsweise in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, so wird das Drehmoment noch günstiger, denn in diesem Falle erfolgt bei jeder Viertelumdrehung ein Kraftimpuls.

Zur Erreichung des erstrebten Zweckes ist es nicht erforderlich, daß die Zylinderachsen

. gleich weit voneinander entfernt sind. Wesentlieh ist dagegen, daß sie, von der Mittelebene aus gerechnet, nach beiden Seiten symmetrisch liegen.

Auch die Art der Steuerung ist selbstverständlich nur von sekundärer Bedeutung.

Erwähnt mag noch werden, daß die beiden mittleren Maschinen auf jeder Wellenseite durch eine einzige von doppeltem Kolbenquerschnitt und doppeltem Gewicht der hin und her gehenden Teile ersetzt werden kann, ohne daß das Wesen der Erfindung geändert wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Dampfmaschine, die aus mehreren gleich großen, in einer Ebene liegenden und auf eine und dieselbe Welle wirkenden selbständigen, einfach wirkenden Maschinen besteht, welche an vier gleichfalls in einer Ebene liegenden Kurbeln angreifen, wobei sowohl die Dampfmaschinen als auch die Kurbeln, von einer die Wellenachse senkrecht schneidenden Ebene aus gerechnet, nach beiden Seiten symmetrisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß von acht Maschinen je vier zu beiden Seiten der Welle angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.