DE42433C - Halbkugelige Dampfmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

: (New-York, V. St. A.).

Halbkugelige Dampfmaschine. Patentirt im Deutschen Reiche vom 20. Juli 1887 ab.

Die neue Dampfmaschine besteht aus einem kugelsegmentförmigen Kolben, welcher in einer Kammer von der Form eines Kugelsegments eine wälzende, theilweise rotirende und theilweise schwingende Bewegung hat.

In der Zeichnung ist:

Fig. ι ein senkrechter Längsschnitt durch die Maschine,

Fig. 2 theilweise eine obere Ansicht, theilweise ein Horizontalschnitt durch dieselbe,

Fig. 3 ein Längsschnitt durch das Ventil;

Fig. 4 und 5 sind Querschnitte nach den Linien x-x und y-y in Fig. 1;

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine Zwischenplatte in vergröfsertem Mafsstabe,

Fig. 7 derselbe Querschnitt eines etwas modificirten Anschlags,

Fig. 8 Längsschnitt durch einen Theil der Maschine mit umsteuerbarem Ventil,

Fig. 9 Querschnitt nach x-x in Fig. 8 in vergröfsertem Mafsstabe,

Fig. ι ο Längsschnitt durch einen Theil der Maschine mit selbsttätigem Regulator,

Fig. 11 Querschnitt nach x-x in Fig. 1 o,

Fig. 12 Querschnitt nach y-y in Fig.. ι ο in vergröfsertem Mafsstabe,

Fig. 13 Schnitt durch eine abgeänderte Construction der Dampfkanäle.

Die Maschine kann mit Dampf, comprimirter Luft, Wasser oder einer anderen unter Druck befindlichen Flüssigkeit betrieben werden.

Das Gehäuse A der Maschine hat die Gestalt einer Halbkugel und ist durch einen Deckel A¹ geschlossen. In A befindet sich der Kolben B, welcher die Form eines Kugelsegments hat, schräg in dem Gehäuse A sitzt und dasselbe nur theilweise ausfüllt, so dafs zwischen seiner flachen Seite und dem Deckel A' ein Dampfraum b bleibt. An dem convexen Ende des Gehäuses A, concentrisch mit der Achse desselben, befindet sich die Dampfkammer C, welche mit dem Dampfzuströmungsrohr c versehen ist und mit dem Gehäuse A in Verbindung steht. Die Haupttriebwelle D liegt in der Fortsetzung der Achse von A und dreht sich in dem an der Aufsenseite der Dampfkammer C befestigten Lager d. An dem Ende dieser Welle sitzt eine Kurbelscheibe D¹, welche sich in der Dampfkammer C bewegt und durch einen Kurbelzapfen d' mit dem Kolben B verbunden ist. Die dem Kolben B gegenüberliegende Seite der Scheibe D^λ ist gekrümmt und concentrisch mit dem Gehäuse A und dem Kolben B. Zwischen derselben und dem Kolben B ist ein kleiner Zwischenraum, in welchen Dampf aus der Dampfkammer C eintreten kann. Auf diese Weise wird von dem Dampfe ein gewisser Druck auf die convexe Seite des Kolbens B ausgeübt, welcher dem auf die flache Seite des Kolbens ausgeübten Drücke einigermafsen entgegenwirkt und dadurch die Reibung zwischen Kolben und Gehäuse vermindert. Der Kurbelzapfen d¹ ist mit einer axialen Bohrung d² versehen, welche sich gegen die Dampfkammer zu öffnet. Die äufsere Fläche des Kurbelzapfens kann die Form eines Kugelsegments haben und alsdann

ist sein Sitz in der hinteren Seite des Kolbens in gleicher Weise geformt. Wenn der Kurbelzapfen cylindrisch geformt ist, wie in Fig. 8 und io dargestellt, so mufs er in einem schiefen Winkel zu der Welle D stehen. Ist derselbe dagegen kugelförmig, wie in Fig. ι dargestellt, so braucht er dies nicht, wenn der Kolben hinlängliches Spiel um den Zapfen hat.

In dem Kolben B befindet sich ein cy- ■ lindrischer Ventilsitz E¹, welcher mit seinem hinteren Ende mit dem Sitz des Kurbelzapfens d¹ und mit seinem vorderen Ende mit einer halbkugelförmigen Höhlung e central mit der Vorderseite des Kolbens B communicirt. In diesem Ventilsitz befindet sich das Ventil If, welches durch Nuth und Feder e¹ derart mit dem Kurbelzapfen verbunden ist, dafs es sich mit diesem drehen mufs. Dasselbe ist der Länge nach durch eine diagonale Scheidewand /, Fig. 3, in zwei Abtheilungen getheilt. Diese Scheidewand trennt die Einströmungsöffnung fⁱ des Ventils von dessen Ausströmungsöffnung f². Die Einströmung/¹ communion mit dem offenen vorderen Ende des Ventils, welches dem Kurbelzapfen gegenüberliegt, während die Ausströmung/'² mit dem dem offenen hinteren Ende der Höhlung e gegenüberliegenden Ende des Ventils communicirt.

In dem Kolben B sind in gleichen Abständen von einander Dampfkanäle g angebracht. Dieselben öffnen sich mit ihrem inneren Ende nach dem cylindrischen Ventilsitz E¹, mit ihrem äufseren Ende aber nach der Vorderseite des Kolbens B. G sind Anschläge oder Platten, welche sich zwischen Kolben B und Deckel A ^x durch den Dampfraum b hindurchstrecken, so zwar, dafs je eine Platte G zwischen je zwei Dampfkanälen g liegt und der Dampfraum b in so viel Abtheilungen getheilt ist, als Dampfkanäle g vorhanden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Platten G mit dem Deckel A^l durch abgerundete Rippen g^l verbunden, welche an den Platten G gebildet sind und in ähnlich geformten radialen Rinnen g·², Fig. 6, des Deckels A¹ stecken, so dafs dadurch Gelenke gebildet werden, um welche die Platten G schwingen können. Die Platten erstrecken sich in radiale Schlitze h des Kolbens B, welche tief genug sind, um dem Kolben das erforderliche Spiel auf den Platten zu gestatten und den letzteren zu ermöglichen, sich mit dem Kolben gut abzudichten. h^l h¹ sind Dichtungsrippen, welche sich gegen die beiden Seiten einer jeden Platte in der Nähe des äufseren Endes der Kammer h anlegen. Jedes Rippenpaar h^x besteht aus zwei Segmenten eines Cylinders und liegt in entsprechenden cylindrischen Aussparungen &² h². so dafs sich die Rippen h¹ in ihren Sitzen /τ² drehen können , wenn die Platten G ihren Winkel zu ■der Vorderseite des Kolbens verändern. Damit letzteres geschehen könne, sind die Kammern h nach innen hin erweitert, wie aus Fig. 6 ersichtlich.

In der Mitte des Deckels A' befindet sich ein Gelenk /, welches mit seinem inneren kugelförmigen ■ Ende i in der halbkugeligen Höhlung e des Kolbens steckt und dadurch letzteren centrirt. Auf diese Weise ist der Kolben B an seiner Vorderseite um das Gelenk I gelagert und auf seiner Rückseite um den Kurbelzapfen d. Die Aufsenpartie des Gelenkes / ist mit Gewinde i^l versehen, so dafs das Gelenk nach Mafsgabe der Abnutzung des Kolbens B justirt werden kann.' Die inneren Enden der Platten G sind cöncav und ruhen dicht an dem Kugelgelenk /, während ihre äufseren Enden sich dicht an die Innenwand des Gehäuses A anlehnen. Wenn man das Gelenk / nach innen schraubt, so werden die Platten G nach aufsen gedrängt und aut diese Weise mit der Innenwand des Gehäuses A abgedichtet.

In dem Gelenk / befindet sich eine axiale Bohrung j, von welcher aus radiale Kanäle j^l zu der Kammer / und dem Kanal J¹ für den Abdampf führen. .

Der Dampf strömt aus der Dampfkammer C durch den Kurbelzapfen d^x in das Ventil E und von dort durch die Oeffnung f^l in denjenigen Kanal g, welcher zur betreffenden Zeit mit derselben correspondirt. Dieser Kanal führt zu derjenigen Abtheilung des Dampfraumes b, welche durch die schiefe Stellung des Kolbens am engsten geworden ist, während die am weitesten gewordene Abtheilung desselben Raumes durch ihren Dampfkanal g mit der Ausströmungsöffnung f² des Ventils communicirt. Der in die verengerte Abtheilung eintretende Dampf drückt gegen den vorstehenden Theil der Vorderseite des Kolbens und drängt denselben nach hinten. Der Punkt, an welchem der Rückwärtsdruck auf die schräge Vorderseite des Kolbens ausgeübt wird, bewegt sich rings um die Fläche des Kolbens und bewirkt dadurch eine wälzende Bewegung des Kolbens, während welcher der Punkt der gröfsten Annäherung _#des Kolbens gegen den Deckel^!¹ hin einen Kreisweg beschreibt, welcher mit dem Gehäuse A concentrisch ist. Diese . Bewegung des Kolbens aber bewirkt eine drehende Bewegung des Kurbelzapfens d und der mit diesem durch die Scheibe ..D¹ verbundenen Welle D.' Die Ausströmung des Abdampfes erfolgt successive aus jeder Abtheilung durch deren Kanal g, die Ausströmung _/² des Ventils, den Kanal j und die Kammer J durch das Rohr JK Durch die wälzende Bewegung des Kolbens werden die Platten G gezwungen, in ihren Sitzen in dem

Deckel A¹ hin- und herzuschwingen. Man kann auch die Anordnung so treffen, dafs man die Platten in Aussparungen k, Fig. 7, des Kolbens lagert und die Kammern für dieselben in dem Deckel A' anbringt. Soll die Maschine mit Umsteuerung versehen werden, so kann dies mit Hülfe des in Fig. 8 und 9 dargestellten Mechanismus geschehen. Hier ist das Einlafsventil E mit einem cylindrischen Kurbelzapfen d^l durch einen cylindrischen Hals / verbunden, welcher das Ende des Zapfens umschliefst und gestattet, dafs sich das Ventil um denselben dreht. An dem Kurbelzapfen sitzt ein Stift Z¹, welcher in eine spiralförmige oder schiefe Rinne Z² des Ventils E greift. Diese Rinne ist von solcher Steigung und Länge, dafs, wenn man das Ventil in der Richtung seiner Längsachse verschiebt, die Rinne dasselbe um den Kurbelzapfen d' drehen macht, und zwar um so viel, als nöthig ist, um die relative Lage der Ein- und Ausströmungsöffnungen des Ventils umzukehren. Die entsprechende Längsbewegung des Ventils erfolgt durch die in dem Gelenk / sitzende, durch Gelenke m m' mit dem Ventil verbundene Schraube M.

Man kann auch den Dampf durch Seitenkanäle m², Fig. 13, aufserhalb des Kurbelzapfens zuführen. In den Fig. 10, 11 und 12 ist eine selbsttätige Regulirung dargestellt. Dieselbe besteht aus dem Ventil ZV, welches in dem Ventil ZV¹ angeordnet ist. Letzteres hat seinen Sitz in dem Kolben B. Das äufsere Ventil hat einen Einlafs η und einen Auslafs n^l. Das innere Ventil ZV ist der Länge nach durch eine Scheidewand Q. in zwei Abtheilungen getheilt, eine vom hinteren Ende des Ventils geschlossene für den Einlafs und eine am vorderen Ventilende geschlossene für den Auslafs. Die Einlafsabtheilung ist mit einer Einlafsöffnung ρ versehen, welche mit einer Lippe p^[ in die Einlafsöffnung η des äufseren Ventils ZV hineinreicht, und zwar längs der hinteren Kante dieser Oeffnung. Die Auslafsabtheilung des Ventils ZV hat eine Auslafsöffnung q, welche etwas breiter ist als der Auslafs n^l des Ventils 2V¹, so dafs der Auslafs in den verschiedenen Stellungen des Ventils niemals geschlossen ist. JR ist ein Centrifugalregulator, welcher an einem Ende an der Stange r des Ventils ZV befestigt ist, während sein anderes Ende durch eine Feder r¹ mit der Kurbelscheibe D ^l verbunden ist. Das äufsere Ventil ZV¹ ist mit dem Kurbelzapfen verbunden und dreht sich mit demselben. Wenn die Geschwindigkeit der Welle die Normalgeschwindigkeit überschreitet, so läfst der Regulator das Ventil ZV in dem Ventil 2V¹ drehen, und zwar so, dafs die Lippe ρ des Ventils ZV den Einlafs η des Ventils ZV mehr oder weniger verschliefst und auf diese Weise die Menge des zuströmenden Dampfes vermindert, während der Auslafs des Ventils ZV¹ stets geöffnet bleibt.

Natürlich kann bei der beschriebenen Maschine der Dampf auch durch das Rohr J¹ zu- und durch das Rohr c abgeleitet werden.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Eine Dampfmaschine, bei welcher in einem kugelsegmentförmigcn Cylinder (A) ein

. gleichgestalteter Kolben (B) einen Raum (b). für die bewegende Flüssigkeit (den Dampf) zwischen sich und dem Cylinderdeckel (A¹) läfst, um ein im Deckel . des Cylinders sitzendes Kugelgelenk sich dreht, sich dabei über die Innenfläche des halbkugeligen Cylinders wälzt und mit Hülfe einer in der Längsachse des Cylinders angeordneten, durch einen Kurbelzapfen (d¹) mit ihm verbundenen Kurbelscheibe (D¹) eine Triebwelle (D) in Umdrehung setzt.

2. Bei einer solchen Maschine Scheidewände oder Platten (G), welche durch radiale Cylindergelenke entweder mit dem Cylinderdeckel (A ^l), Fig. 6, oder mit der Vorderseite des Kolbens B, Fig. 7, verbunden

■ sind, sich in· Schlitzen oder Kammern (h) von nach innen verbreitertem Querschnitt verschieben, darin hin- und herschwingen und in Verbindung mit dem Kolben B Abtheilungen bilden, welche durch Kanäle (g) je nach der Stellung des Kolbens entweder mit der Dampfeinströmung oder der Dampfausströmung in Verbindung gebracht werden.

3. Bei einer solchen Maschine ein in der Längsachse des Kolbens B gelegenes Dampfvertheilungsventil E, welches einerseits mit dem Dampfeinlafs, andererseits mit dem Dampfauslafs in ■ Verbindung steht und durch Nuth und Feder mit dem Kurbelzapfen d^l der rotirenden Scheibe D^l derart verbunden ist, dafs es sich mit demselben drehen mufs.

4. Bei derselben Maschine der Gelenkzapfen I, welcher mit Regulirgewinde i' versehen ist, um welchen sich der Kolben B dreht und welcher gleichzeitig mit Hülfe seiner centrischen Bohrung j, der radialen Kanäle j\ der Kammer J und des Rohres J¹ das Ventil E mit der Aufsenluft in Verbindung' setzt.

5. Eine Vorrichtung zum Umsteuern des mehrerwähnten Ventils E, bestehend aus dem cylindrischen Halse Z, Fig. 8, des Ventils E, mit welchem sich dieses um den Kurbelzapfen d¹ drehen läfst, und welcher einen schrägen Schlitz Z² hat, in welchem ein am Drehzapfen sitzender Stift Z¹ steckt, derart, dafs, wenn das Ventil E mit

Hülfe einer Schraube M und der Universalgelenke m', m in der Richtung seiner Längsachse verschoben wird, dasselbe eine Drehung um seine Längsachse erleidet, wodurch die Dampfeinlafsabtheilung desselben zum Dampfauslafs wird, und umgekehrt.

Bei derselben Maschine ein Geschwindigkeitsregulator, Fig. ίο und ii, bestehend aus zwei in einander steckenden Dampfvertheilungsventilen N und N¹, von welchen das innere N durch die Stange r mit dem einen Ende eines Centrifugalregulators R in Verbindung steht, dessen anderes Ende durch die Feder r¹ mit der Kurbelscheibe D^l verbunden ist, derart, dafs, wenn bei Ueberschreitung des Geschwindigkeitsmaximums der Regulator seine Stellung zu der Scheibe D' ändert, er das Ventil N dreht und durch dieses den Dampfeinlafs des Ventils N mehr oder weniger versperrt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.