DE29887C - Luftdampfmotor - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Luftdampfmotor.

Der in der beiliegenden Zeichnung abgebildete Luftdampfmotor bezweckt die directe Umwandlung der in einem Brennstoff aufgespeicherten Wärme in mechanische Arbeit mit Hinzufügung von Wasserdampf zur Herabminderung der Temperatur und Vergröfserung des Volumens der Arbeitsgase.

Die drei Haupttheile des Motors, der Ofen, der Arbeite- und Luftpumpencylinder und die •Uebertragungsvorrichtung der entwickelten Arbeit auf eine Kurbelwelle sind über einander aufgebaut. In dem Ofen, der während des Betriebes vollständig geschlossen ist und unter Druck steht, wird der Brennstoff durch eingepumpte Luft in Glut erhalten, die heifsen Verbrennungsgase treten aus dem Ofen in einen Mischraum, welcher eventuell mit einer porösen, unverbrennlichen Masse angefüllt ist; durch permanente Einspritzung von Wasser in diesen Raum wird für die Verdampfung desselben dadurch, dafs die poröse Masse das Wasser aufsaugt, eine grofse Oberfläche geboten. Es entstehen überhitzte Dämpfe, mit denen sich die Verbrennungsgase schwängern, wobei nicht allein das Volumen derselben zunimmt, sondern auch ihre. Temperatur so weit erniedrigt wird, dafs die bekannten, mit dem Hineinlassen heifser Verbrennungsgase in einen Arbeitscylinder verbundenen Uebelstände fortfallen und die Erhaltung der Dichtungen ebensogut möglich erscheint, als bei Dampfmaschinen, welche mit hochgespanntem .Dampf arbeiten.

In den Luftpumpencylinder wird behufs Entziehung der Compressionswärme und dadurch bedingter Herabminderung der Widerstandsarbeit der Luftpumpe Wasser eingespritzt.

Fig. ι und 2 stellen den Motor in zwei Verticalschnitten dar. Der Motor ist einfach wirkend. Der Luftpumpenkolben ist mit dem Arbeitskolben aus einem Gufsstück hergestellt. Während die Arbeitsgase durch Volldruck und Expansion im Cylinder A den Kolben arbeitsverrichtend in die Höhe treiben, wird die durch das Ventil v_% angesaugte Luft in den ringförmigen Raum des Luftpumpencylinders über dem Arbeitskolben zusammengeprefst und durch ein Druckventil V₁, Fig. 2, in einen Behälter H gedrückt. Es kommt sonach nur die Differenz zwischen der positiven Arbeit im eigentlichen Arbeitscylinder und der negativen (Widerstands-) Arbeit der Luftpumpe als förderliche Arbeit auf die Schwungradwelle.

Mit der Luft gelangt in den Behälter H gleichzeitig das in die Pumpe eingespritzte Wasser.

Hier sammelt sich dasselbe und fliefst durch ein Ueberlaufrohr u nach dem Mischraum D, in welchen es permanent durch einen geringen, zwischen dem Behälter H und Mischraum D bestehenden Ueberdruck hineingetrieben wird. Der Schwimmer Y dient nur zur Erhaltung einer ruhigeren Wasseroberfläche, die ohne denselben durch das stofsweise Eintreten der Luft in starke Wallungen versetzt werden würde.

Die im oberen Theile des Behälters H sich ansammelnde Luft tritt durch das Rohr t in ein Hahngehäuse W, aus welchem dieselbe in einem für vollkommene Verbrennung passenden Verhältnifs, durch besondere Oeffnungen im Hahn getheilt, theilweise unter den Rost, theilweise in die Verbrennungsgase über den Rost geführt wird, wie die eingezeichneten Pfeile

andeuten. Das Verhältnifs beider Luftmengen ist durch den Hahnkonus mittelst eines Hebels und einer Scala von aufsen genau einstellbar. Die Fig. 4 und 5 zeigen Schnitte durch den Hahn nach α-β und γ-$, aus denen ersichtlich, wie durch Vergröfserung der Oeffnungen 1 eine Verkleinerung der anderen Oeffnungen 2, und umgekehrt, bedingt ist. Die über den Rost geleitete Luft passirt zunächst einen in der Chamottemauerung ausgesparten ringförmigen Raum/, wobei unter gleichzeitiger Vorwärmung der Luft die radial ausstrahlende und fortgeleitete Wärme zum gröfsten Theil aufgefangen wird. Aus diesem Raum tritt die Luft durch einen Spalt χ in die Verbrennungsgase, führt die vollkommene Verbrennung derselben herbei und tritt dann mit diesen in den Mischraum D, wo sie sich mit den durch ihre überschüssige Wärme gebildeten überhitzten Dämpfen schwängert. Von hier aus tritt das Gemisch nach Passirung eines Absperrventils in den Schieb er kasten des Arbeitscylinders.

Die Steuerung am Arbeitscylinder geschieht durch einen einfachen Muschelschieber S, der mit entsprechend grofser äufserer Ueberlappung versehen ist und durch ein Excenter Q. mit grofser Voreilung betrieben wird, so dafs die Arbeitsgase mit entsprechend starker Expansion arbeiten.

Die mit der Expansion durch einen einfachen Schieber gleichzeitig verbundene hohe Compression kommt beim Niedergang des Kolbens für die Aufzehrung überschüssiger Niedergangsgeschwindigkeit sehr zu statten und trägt das ihrige zu einem ruhigen Gange des Motors bei. Die Steuerung mittelst eines einfachen Schiebers an Stelle der sonst üblichen Ein- und Auslafsventile erscheint bei dem vorliegenden Motor nicht allein möglich, sondern auch zweckmäfsig, weil die niedrige Temperatur der Arbeitsgase von ca. 200 bis 250⁰ noch ein Schmieren der Gleitflächen gestattet, andererseits die Steuerung vollkommen geräuschlos arbeitet.

Das Schwungrad K ist mit Uebergewicht versehen, welches beim Aufgang der Kolben gehoben werden mufs, beim Niedergang derselben aber förderlich wirkt. Dadurch wird ein weiteres Moment zur möglichsten Ausgleichung der durch die einseitige Kraftentwickelung herbeigeführten Ungleichförmigkeit gewonnen^

Die Regulirung des Motors ist in compendiöser Weise angeordnet und erstreckt sich sowohl auf die Luftzuführung als auch auf die Wassereinspritzung. Der Regulator N ist in das Schwungrad eingebaut und rotirt direct um die Schwungradwelle. Durch die Centrifugalkraft des Regulators, welcher eine Spiralfeder entgegenwirkt, wird ein Doppelsitzventil 0 mittelst eines zweiarmigen Hebels r verstellt.

Dieses Ventil beherrscht den Eintritt der Luft durch das Saugventil in der Luftpumpe. Es kann aber auch in dem Uebertrittsrohr von der Luftpumpe zum Behälter H, also im Druckraum O, placirt sein bezw. durch eine Drosselklappe ersetzt werden. In beiden Fällen wird, je mehr der Motor entlastet wird, je mehr er also die Tendenz hat, schneller zu gehen, um so weniger Luft in die Luftpumpe gelassen. Infolge verminderter Luftzufuhr nach dem Ofen sinkt sofort die Spannung der Verbrennungsgase, zumal der Arbeitscylinder mit fester Expansion arbeitet und die Abnahme der expandirenden Arbeitsgase grofser ist als deren Erzeugung.

Durch eine Zweigverbindung beherrscht der Regulator aber gleichzeitig auch ein Ventil V₃ in der _: Zuleitung des Einspritzwassers zum Mischraum.

Dadurch wird dessen Zuflufs ebenfalls variirt und im Grenzfalle ganz abgesperrt. Zu der Volumenverminderung durch geringere Luftzufuhr kommt noch diejenige durch verminderte Dampfbildung, wodurch in energischer Weise die Leistung im Arbeitscylinder herabgezogen wird, sowie es der geringeren Belastung des Motors entspricht. Es ist wichtig, die Zufuhr von Luft und Einspritzwasser in ein gewisses Verhältnifs zu einander zu setzen, was durch entsprechende Verbindung der beiden Regulirorgane mit der Regulatorhülse zu erreichen ist. Nimmt die Zuführung der zur Erhaltung der Verbrennung im Ofen nöthigen Luft mit der Zuführung von Einspritzwasser in einem bestimmten Verhältnifs ab, so ist es möglich, die Temperatur der Arbeitsgase bei allen Belastungen des Motors nahezu constant zu erhalten.

Der Ofen ist mit den nöthigen Verschlüssen zur Entfernung der Schlacken unter und über dem Rost, zur leichten Auswechselung des Rostes und zur Aussetzung des Feuerraumes mit Chamottesteinen versehen. Auch der Mischraum D enthält dementsprechende Flantschverschraubungen. Die Beschaffung des Wassers geschieht durch eine kleine, vom Schieberexcenter mittelst Hebelwerkes getriebenen Pumpe L, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Diese Pumpe drückt das Wasser zunächst in die Ummantelung J des Arbeitscylinders, wobei letzterer sowie die Liderung des Arbeitskolbens kühl gehalten wird.

Von hier aus führt eine Zweigleitung in die Ummantelung des Füllschachtes E, um diesen erforderlichenfalls zu kühlen. Aus der Ummantelung des Cylinders tritt das Wasser durch mehrere kleine Bohrungen in das Innere des Luftpumpencylinders. Die Füllung des Ofens mit Brennmaterial erfolgt in der bei offenen Heifsluftmotoren mit geschlossener Feuerung üblichen Weise mittelst einer vorgelegten Luft-

schleuse F, die sich zwischen zwei Ventilen befindet, welche von aufsen geöffnet werden können. Die Luftschleuse F steht durch ein Druckausgleichsrohr y mit dem Füllschacht in Verbindung. Aufserdem ist, damit das untere Ventil stets kühl und dicht bleibt, ein Verbindungsrohr zwischen dem Luftraum im Behälter H und dem Füllschacht vorgesehen, durch welches stets etwas Luft überströmt, die die sich unter dem Ventil ansammelnde heifse Luft verdrängt.

Mit dem vorhin erwähnten Regulirhahn ist man im Stande, durch vollkommene Absperrung der Luft vom Ofen bei gleichzeitiger Absperrung der Einspritzwassermengen, was durch eine geeignete Hebelverbindung zu bewirken ist, den Motor zum Stillstand zu bringen.

Beim Auslauf desselben nimmt der Druck im Behälter H noch bis zu einem gewissen Grade zu, während andererseits der Druck im Ofen abnimmt. Die Zunahme des Druckes im Behälter H und die Höhe des Wasserstandes in demselben wird durch das Standrohr / mit Sicherheitsventil beherrscht. Ueberschreitet der. Druck ein gewisses Mafs, so strömt Luft und Wasser durch das Ventil frei ab.

Gute Dichthaltung vorausgesetzt und angenommen, dafs das Feuer in einem allseitig geschlossenen, vor Ausstrahlung gut geschützten Ofen einige Zeit, etwa eine Nacht hindurch, in Glut bleibt, wird man im Stande sein, allein durch Oeffnung des Regulirhahnes und Einspritzwasserhahnes den Motor sofort wieder in Gang zu setzen. Denn die höher gespannte Luft im Behälter H facht die Glut wieder lebhaft an und das energisch durch den Ueberdruck aus dem Behälter H in den Mischraum D hineinspritzende Wasser verwandelt sich sofort in Dampf.

Durch einen kleinen Dreiweghähn kann man den Zuflufs der Einspritzwassermenge theils in den Ofen, theils ins Freie leiten, falls die Kühlwassermenge gröfser ausfallen sollte als die Einspritzwassermenge.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Die Gesammtanordnung eines Luftdampfmotors, im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Muschelschiebersteuerung und durch die Anordnung eines besonderen Mischraumes D₇ in welchem die aus dem geschlossenen Ofen kommenden Gase sich mit Dämpfen schwängern.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.