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Vereinigte Brennkraft- und Dampfmaschine Die Erfindung betrifft eine
Verbund-Brennkraft- und -Dampfmaschine, bei der die Auspuffgase dazu nutzbar gemacht
werden, den Dampf zu erzeugen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei derartigen Maschinen Verbrennungsgase
und Dampf abwechselnd auf eine Kolbenseite wirken zu lassen sowie die Verbrennungsgase
auf die eine und Dampf auf die andere Kolbenseite. Die Erfindung bezweckt eine weitergehende
Ausnutzung des Dampfes und besteht darin, daß der Dampf nach Arbeitsleistung auf
der einen Kolbenseite, welche auch von den Verbrennungsgasen beaufschlagt wird,
der anderen Kolbenseite zugeleitet wird.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß der Dampf in zwei Stufen entspaünt
wird und gleichzeitig den Kolben von beiden Seiten kühlt. Zweckmäßig wird der Kolben
auf der Seite, welche allein vom Dampf beaufschlagt wird, offen ausgebildet. Der
auf diese Seite zugeführte Dampf wird am Ende des Hubes ausgelassen, nachdem er
Arbeit geleistet und dem Kolben Wärme entzogen hat.
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Ein kleiner, in dem Raum unter dem Kolben verbleibender Rest des Dampfes
kann in bekannter Weise vom zurückgehenden Kolben verdichtet werden und dient als
Puffer.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
ohne daß jedoch irgendwelche anderen Ausführungsformen aus dem Bereich der Erfindung
fielen; es sind: Abb. r senkrechter Längsschnitt durch die Maschine in der Ebene
der Auslaßventile für Gas und Dampf, Abb. 2 senkrechter Längsschnitt durch den oberen
Teil der Maschine in der Ebene der Einlaßventile für Luft und Dampf, Abb. 3 senkrechter
Schnitt durch den Dampferzeuger, Abb. ¢ Längsschnitt durch den Steuerschieber für
das Lufteinlaß-, das dleinlaß- und das Gasauslaßventil, Abb. 5 Querschnitt durch
den Schieber längs der Linie 5-5 der Abb. q., Abb. 6 Längsschnitt durch den Steuerschieber
für das Hochdruckdampfeinlaßventil, das Hochdruckdampfauslaßventil und das Niederdruck
dampfeinlaßventil, Abb. 7 Querschnitt längs der Linie 7-7 der Abb. 6, Abb. 8 schematische
Seitenansicht des Steuerschiebers für das Lufteinlaß-, das Oleinlaß- und das Gasauslaßventil,
Abb. 9 schematische Seitenansicht des Steuerschiebers für das Hochdruckdampfeinlaß-,
das Hochdruckdampfauslaß- und das Niederdruckdampfeinlaßventil: Die Grundplatte
z (Abb. z) und das Kurbelgehäuse 2 der Maschine bilden ein zusammenhängendes Stück.
Die Kreuzkopfgleitbahn 3 erhebt sich auf dem Kurbelgehäuse und trägt den Zylinder
q. mit seinem Kolben 5 ; 6 ist die Kolbenstange, 7 der zugehörige Kreuzkopf, der
in der Gleitbahn arbeitet, und 8 die Pleuelstange
zwischen dem
Kreuzkopf und der Kurbel iö der Kurbelwelle g. Am unteren Zylinderdeckel ii ist
eine Führung 12 für die Kolbenstange 6 ausgebildet. Der Kolben -5 ist so gestaltet,
daß er diesen Teil des unteren Zylinderdeckels ix in sich aufnimmt, wenn er sich
in seinem unteren Totpunkt befindet. Der obere Zylinderdeckel 13 besitzt eine Oberkammer
14, in deren Seitenwand unter Winkeln von goP die Ventilgehäuse 15, 16, 17 und 18
(Abb. i und 2) eingeschraubt sind, deren innere Enden je das Lufteinlaßventil ig,
das entlastete Gasventil 2o, das Dampfeinlaßventil 21 und das Dampfauslaßventil
22 tragen. Die Schäfte 23, 24, 25 und 26 dieser Ventile gleiten in Führungen 27,
28, 29 und 3o außen in den Ventilgehäusen 15, 16, 17 und 18. In den Zylindern 31,
32, 33 und 34, die außen auf die Ventilgehäuse 15, 16, 17 und 18 geschraubt sind,
- gleiten Kolben 35, 36; 37 und 38, die an den Außenenden der Ventilschäfte 23,
24, 25 und 26 befestigt sind. Eine Feder 39 umgibt den Ventilschaft 23 und
ruht mit ihren Enden auf der Führung 27 und dem Kolben 35, wobei sie gewöhnlich
das Lufteinlaßventil ig geschlossen hält. In gleicher Weise wirken die Federn 40,
41 und 42 auf die Ventile 2o, 21 und 22. In dem Gehäuse 45 arbeitet unter Steuerung
durch den Kolben 53 das im Futter 48 geführte Öleinlaßventil 47, das durch die Feder
50 mit Stift 51 gewöhnlich auf seinem Sitz 46 gehalten wird. Den Kolben
53 umschließt eine aufgesetzte Kappe 52.
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Unten am Maschinenzylinder sitzt im Gehäuse 55 das Einlaßventil 57,
das in der Führung 58 gleitet und durch Druck auf den Kolben 59 geöffnet;
durch die Feder 61 auf seinen Sitz 56 gedrückt wird. Der Kolben 59 arbeitet
in der Kappe 6o.
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Dem Dampfauspuff in Zylindermitte dienen die Öffnungen 62 eines Ringkanals
63.
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Eine Ölpumpe 65 mit Antrieb durch ein Exzenter 66 drückt das Öl vom
Boden des Kurbelgehäuses durch das Rohr 67.
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Ein Drehschieber 7o (Abb.4) im Kurbelgehäuse 2 umfaßt ein Gehäuse
72, das im Kurbelgehäuse ruht, wobei eine Welle 74 in dem Kurbelgehäuse gelagert
ist, die den Drehschieberkegel 75 innerhalb des Gehäuses 72 trägt. Der Schieberkegel
75 besitzt in seiner Umfläche drei Aussparungen 77, 79 und 8z. Rohre 82,
83 und 84 führen von dem Behälter 68 nach dem Schiebergehäuse 72 und treffen hier
in den Drehbereich der Aussparungen 77, 79
und 81. Ein Rohr 85 führt von dem
Drehbereich der Aussparung 77 zu dem Zylinder 31 des Lufteinlaßventils, ebenso geht
ein Rohr 86 von dem Schiebergehäuse 72, an einer Stelle im Drehbereich der Aussparung
7g aus und steht mit dem oberen Ende des Einlaßventilgehäuses 45 in Verbindung.
Endlich führt ein Rohr 87 von dem Schiebergehäuse 72 an einer Stelle im Drehbereich
der Aussparung 81 nach dem Außenende des Zylinders 32 des Gasauslaßventils.
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Ein Auslaßrohr 88 (Abb. 8) verbindet das Rohr 85 mit einer Stelle
des Gehäuses 72 im Drehbereich der Aussparung 77. Ein Auslaßrohr 89 zweigt
von dem Schiebergehäuse im Bereich der Aussparung 77 ab. Ein Auslaßrohr go verbindet
das Rohr 86 mit einer Stelle des Schiebergehäuses 72, die im Drehbereich der Aussparung
79 liegt, wobei ein Auslaßrohr gi von dem Schiebergehäuse in dem gleichen
Bereich abzweigt. Endlich führt ein Auslaßrohr g2 von dem Rohr 87 nach einer 'Stelle
des Schiebergehäuses 72 im Drehbereich der Aussparung 81, wobei ein Auslaßrohr
93
von dem Schiebergehäuse in dem gleichen Bereich abzweigt. Auf der Schieberwelle
74 sitzt ein Kettenrad 94, während ein weiteres Kettenrad 95 auf der Kurbelwelle
g befestigt ist; über beide Räder läuft eine Kette 96 zum Antrieb des Schieberkegels
75. Die Eintrittsstellen der Rohre 88, 89, go, gi, 92 und 93 in das
Gehäuse 72 sind um go° gegen die Eintrittsstellen der Rohre 82, 83, 84, 85, 86 und
87 versetzt.
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In dem Kurbelgehäuse 2 befindet sich noch ein weiterer Drehschieber
ioo (Abb. 6), bestehend aus einem Schiebergehäuse ioi im Kurbelgehäuse, einer im
Kurbelgehäuse gelagerten Welle 104 und einem Schieberkegel io5 auf der Welle in
dem Gehäuse ioi. Der Schieberkegel 105 besitzt in seiner Umfläche drei Aussparungen
io7, io8 und ilo. Rohre 11i, 1i2, 113 führen von dem Behälter 68 nach dem Schiebergehäuse
ioi, das sie im Drehbereich der Aussparungen 107, io8 bzw. iio erreichen. Ein Rohr
114 geht von dem Schiebergehäuse ioi im Drehbereich der Aussparung io7 aus und führt
nach dem Außenende des Zylinders 33 des Hochdruckdampf-Einlaßventils. Ein Rohr 115
geht von dem Schiebergehäuse ioi iin Drehbereich der Aussparung io8 aus und führt
nach dem Außenende des Zylinders 34 des Hochdruckdampf-Auslaßventils. Weiter verbindet
ein Rohr 116 das Schiebergehäuse ioi im Drehbereich der Aussparung iio mit dem Außenende
des Zylinders 59 für das Niederdruckdampf-Einlaßventil.
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Ein Außlaßrohr 117 (Abb. g) verbindet das Rohr 114 mit einem Punkt
des Gehäuses ioi, der um go° gegen den Anschlußpunkt des Rohrs 114 am Gehäuse versetzt
und im Drehbereich der Aussparung io7 gelegen ist. Ein Auslaßrohr 118 verläßt das
Schiebergehäuse an einem um go° gegen den Anschlußpunkt des Rohrs 114 versetzten,
im Drehbereich der Aussparung 107 gelegenen Punkt. Ein Auslaßrohr iig führt von
dem Rohr 115 nach dem Gehäuse ioi an eine um go° gegen den Anschlußpunkt
des
Rohrs 115 am Gehäuse versetzten Stelle im Drehbereich der Aussparung io8. Ein Auslaßrohr
i2o verläßt das Schiebergehäuse an einer um go' von dem Anschlußpunkt des Rohrs
an dem Gehäuse versetzten Stelle im Drehbereich der Aussparung io8. Ein Auslaßrohr
im führt von dem Rohr 116 nach dem Schiebergehäuse ioi nach einem um go' gegen den
Anschlußpunkt des Rohrs 1i6 am Gehäuse versetzten Punkte im Drehbereich der Aussparung
iio. Ein Auslaßrohr i22 verläßt das Schiebergehäuse an einer um go' gegen den Anschlußpunkt
des Rohrs 116 am Gehäuse versetzten Stelle im Drehbereich der Aussparung iio. Auf
der Schieberwelle 104 sitzt ein Zahnrad 123, das durch eine Kette i25 zum
Antrieb des Schieberkegels 105 mit einem Kettenrad 124 auf der Kurbelwelle 9 verbunden
ist.
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Das Lufteinlaß-Ventilgehäuse 15 (Abb. i) besitzt einen Lufteinlaß
i3o. Ein Rohr 131 führt von einem (nicht dargestellten) unter Druck stehenden Ölbehälter
nach dem unteren Teil des Oleinlaß-Ventilgehäuses 45.
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Der Dampferzeuger arbeitet mit Quecksilber und Wasser. Er umfaßt eine
Gaskammer 135 (Abb. 3), eine senkrechte Verdampfungskammer i36, die an einer Seite
die Gaskammer durchsetzt und die oben einen Dampfdom 137 besitzt, ferner unten und
oben waagerechte, mit Quecksilber gefüllte Rohre 138 und 139, die von der
Verdampfungskammer in die Gaskammer hineinragen, endlich eine Anzahl senkrechter,
schraubenförmig gewundener Rohre 40, 141, 142, 143 und 44, die unten an das Rohr
138, oben an das Rohr 139 angeschlossen sind. Ein Gasauslaßrohr 145 verbindet das
Gasauslaß-Ventilgehäüse 16 mit dem oberen Teil der Gaskammer 135, während ein Rohr
147 von der Druckseite einer Wasserpumpe 146 nach dem unteren Ende der Verdampfungskammer
136
führt. Ein Rohr 48, das von einer nicht dargestelltenWasserlieferungsstelle
kommt, schließt die Saugseite der Pumpe 146 an. Ein Dampfrohr 149 führt von dem
Dampfdom 137 nach dem Dampfeinlaßgehäuse 17. Die Verdampfungskammer 136, die waagerechten
Rohre 138 und 139 und die schraubenförmig gewundenen Rohre 14o bis 144 sind bis
zur Höhe des waagerechten Rohres 139 mit Quecksilber gefüllt. Die Gaskammer 135
besitzt einen Auslaß i5o in ihrer unteren Wand. Ein Dampfauslaßrohr 151 führt von
dem Dampfauslaßgehäuse 18 nach dem oberen Ende eines Abdampfaufnehmers 152, von
dessen unterem Ende ein Rohr 153 nach dem Niederdruckdampf-Einlaßventilgehäuse 55
geht. Endlich führt ein Dampfauslaßrohr 154 von dem Abdampfkanal 63 weg.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Pumpe 65 pumpt Öl vom Boden des
Kurbelgehäuses in den Druckbehälter 68. Beim Abwärtsgang des Kolbens, wobei er Luft
ansaugt, wird Öl von dem Druckbehälter 68 durch das Rohr 82 in das Schiebergehäuse
72, weiter durch die Aussparung 77 und das Rohr 85 in den Zylinder 31 gedrückt,
wodurch sich der Kolben 35 nach innen verschiebt; das Ventil i9 öffnet sich und
durch das Rohr !3o und das Ventilgehäuse 15 gelangt Luft in den Maschinenzylinder
4. Beim Aufwärtsgang des Kolbens 5, wobei die Luft gepreßt wird, verläßt die Aussparung
77 infolge der Drehung des Schieberkegels 75 die Einmündungsstelle der Rohre 82
und 85, wobei die Drehung von der Kurbelwelle 9 aus über die Kettenräder
95
und 94, die Kette 96 und die Schieberwelle 74 erfolgt. Dadurch wird der
Ölfluß aus dem Behälter 68 durch das Rohr 85 abgesperrt, und nunmehr gelangt die
Aussparung 77 vor die Rohre 88 und 89, worauf das Öl aus dem Zylinder 31 und dem
Rohr 85 durch das Rohr 88, die Aussparung 77 und das Rohr 89 zurück nach dem Boden
des Kurbelgehäuses fließt und das Lufteinlaßventil ig durch seine Feder 39 geschlossen
wird. Am Ende des nach oben gerichteten Luftverdichtungshubs des Kolbens steht die
Aussparung 79 vor den Rohren 83 und 86, und Öl wird aus dem Behälter 68 durch das
Rohr 83, die Aussparung 79 und das Rohr 86 nach dem oberen Ende des Ventilgehäuses
45 gedrückt, wodurch der Kolben 53 nach oben geschoben wird, so daß das Öleinlaßventil
47 geöffnet wird und Brennstoff, bestehend aus Ölnebel und überhitztem Dampf, aus
dem Ventilgehäuse durch die Öffnung 46 in die Oberkammer 14 des Zylinders zü gelangen
vermag, wo er sich mit der heißen verdichteten Luft mischt. Nunmehr wird die Mischung
mit dem Ölnebel und dem überhitzten Dampf entzündet und verbrannt, und der Kolben
5 macht einen Krafthub nach unten. Dabei dreht sich die Aussparung 79 aus dem Bereich
der Rohre 83 und 86 heraus und gelangt vor die Rohre go, 9i, worauf das Öl den Zylinder
53 und das obere Ende des Ventilgehäuses 45 sowie das Rohr 86 verläßt und durch
das Rohr go, die Äussparung 79 und das Auslaßrohr gi zurück zum Boden des Kurbelgehäuses
gelangt, während das Öleinlaßventil 47 durch die Feder 50 geschlossen wird.
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Beim Auspuffhub des Kolbens 5 nach oben gelangt dieAussparung 8 i
vor die Rohre 84 und 87, und das Öl wird vom Behälter 68 durch das Rohr 84, die
Aussparung 81 und das Rohr 87 nach dem Gasauslaßventilzylinder 32 gedrückt, so daß
der Kolben 36 einwärts geht und das Gasauslaßventil 2o öffnet; die Abgase der Maschine
strömen durch das Ventilgehäuse 16 und das Rohr 145 nach dem oberen Teil der Gaskammer
135 des Gaserzeugers, wo es durch die, Gaskammer streicht und das Quecksilber
in
den Rohren 138 und 144 sowie das Quecksilber und das Wasser in der Verdampfungskammer
136 beheizt, so daß das Wasser in den Dom 137 hinein. verdampft; -das Gas verläßt
nun die Gaskammer durch den Auslaß 150. Jetzt dreht sich die Aussparung 81 aus dem
Bereich der Rohre 84 und 87 heraus und gelangt vor die Rohre 92 und 93, worauf
der Ölfluß von dem Behälter 68 nach dem Gasauslaßventilzylinder32 abgesperrt wird
und das 01 aus dem Zylinder durch die Rohre 87 und g2, die Aussparung 81 und das
Rohr 93 hindurch zurück nach dem Boden des Kurbelgehäuses gelangt und das
Gasauslaßventil 2o durch die Feder 40 geschlossen wird.
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Beim nächsten Abwärtsgang des Maschinenkolbens 5 kommt die Aussparung
107 des Schieberkegels 1o5 zur Deckung mit den Rohren 11r und 114, und zwar unter
Antrieb durch die Kurbelwelle 9 über die Kettenräder 124 und 123, die Kette 125
und die Welle 1o4; daher wird das 01 aus dem Druckbehälter 68 durch das Rohr 111,
die Aussparung 1o7 und das Rohr 114 in den Dampfeinlaßventilzylinder 33 gedrückt,
so daß der Kolben 37 einwärts geht und das Dampfeinlaßventil 21 öffnet. Jetzt kann
der Dampf aus dem Dom 137 durch das Rohr 149 und das ventilgehäuse 17 in die Oberkammer
14 und den Zylinder 4 gelangen, wo er unter Hochdruck den Kolben abwärts drückt.
Dann wird die Aussparung 107 von den Rohren 11i und 114 weggedreht und gelangt vor
die Rohre 117 und 118, worauf der Ölfluß aus dem Behälter 68 nach dem Zylinder 33
abgesperrt wird und das 01 aus dem Zylinder- durch die Rohre 114 und 117, die Aussparung
107 und das Rohr i18 zurück nach dem Boden des Kurbelgehäuses fließt, während das
Dampfeinlaßventil21 durch die Feder 41 geschlossen wird.
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Beim nächsten Aufwärts- oder Ausschubhub des Kolbens 5 gelangt die
Aussparung io8 vor die Rohre ii? und 115, und 01 wird aus dem Druckbehälter 68 durch
das Rohr 112, die Aussparung 1o8 und das Rohr 115 in den Zylinder 34 des Hochdruckdampf-Auslaßventils
gegen den Kolben 38 gedrückt, wodurch sich das Hochdruckda.znpf-Auslaßventil 22
öffnet, und der Dämpf aus dem Hochdruckteil des Zylinders 4 durch das Ventilgehäuse
30 und das Rohr 151 in den Aufnehmer 152 ausgestoßen wird. Jetzt dreht sich
die Aussparung 1o8 von den Rohren 112 und 115 fort und kommt vor die Rohre 119 und
12o, worauf der Ölfluß von dem Behälter 68 nach dem Zylinder 34 abgesperrt wird
und das 01 aus dem Zylinder durch die Rohre 115 und 11g, die Aussparung 1o8 und
das Auslaßrohr 12o zurück zum Boden des Kurbelgehäuses gelangt, während das Hochdruckdampf-Auslaßventil
2a durch seine Feder 42 geschlossen wird.
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Bei dem gleichen Aufwärtsgang des Maschinenkolbens dreht sich die
Aussparung 11o vor die Rohre 113 und 116, und 01 wird aus dem Behälter 68 durch
das Rohr 113, die Aussparung 11o und das Rohr 116 in dem Zylinder 55 des Niederdruck-Einlaßventils
gegen den Kolben 59 gedrückt, so daß das Niederdruck-Einlaßventil 56 geöffnet wird,
und der Niederdruckdampf vom Aufnehmer 152 her durch das Rohr 153 und das Ventilgehäuse
55 in das untere Ende oder den Niederdruckteil des Zylinders 4 fließt, wo er sich
hinter dem Kolben dehnt und ihn nach oben drängt. Nun dreht sich die Aussparung-
11o von den Rohren 113 und 116 fort und kommt vor die Rohre 121 und 122, wodurch
der Ölfluß von dem Zylinder 59 abgesperrt wird; das 01 fließt aus dem Zylinder durch
die Rohre 116 und 121, die Aussparung 11o und das Rohr 122 zurück nach dem Boden
des Kurbelgehäuses, während die Feder 61 das Niederdruckdampf-Einlaßventil 56 schließt.
Der Niederdruckdampf pufft im oberen Totpunkt des Kolbens 5 durch die Auslaßöffnungen
62, den Kanal 63 und das Abdampfrohr 154 aus.
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Sämtliche Maschinentakte sind nunmehr durchlaufen, und es beginnt
ein neues Spiel