DE53324C - Dampf-Luftmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf solche Maschinen, in denen zum Zwecke der Erzeugung von Betriebskraft Wasserdampf mit heifsen luft- oder gasförmigen Körpern gemischt oder diese Körper dem Wasserdampf zugesetzt werden. Zu diesen luft- und gasförmigen Körpern sind zu rechnen entweder gewöhnliche Luft, die in einem geeigneten Erhitzungsapparat beim Verbrennen von Kohle oder anderem Brennmaterial erwärmt wird; es kann auch Abhitze des Dampfkessels benutzt werden, der den Dampf für den Motor liefert, oder die Heifsluft oder Verbrennungsproducte, also die Abhitze selbst eines Dampf- oder anderen, mit festem oder flüssigem Brennmaterial geheizten Kessels.

Was die Zusammensetzung des zur Verwendung gelangenden Gemisches anbelangt, so erzielt man gute Resultate, wenn man (je nach der Höhe des Druckes) 1 ecm oder 1,5 ecm Dampf mit 10 ecm Heifsluft bei Atmosphärendruck zusammenbringt. Hieraus folgt, dafs, da die Heifsluft vor ihrer Vermischung mit dem Dampf gewöhnlich Atmosphärendruck besitzt, während der Dampfdruck ein höherer ist, der Druck des Gemisches zwischen weiten Grenzen variiren kann, so dafs, wenn der verhältnifsmäfsig kleine Procentsatz an Dampf in die Heifsluft oder Verbrennungsproducte eingeführt wird, das aus letzterer und dem Dampf sich ergebende Gemisch nahezu auf denjenigen Druck gebracht wird, unter welchem vorher der Dampf allein stand.

In einer solchen Maschine nach vorliegender Erfindung wird der oder werden die Cylinder mit zwei Schieberkästen ausgestattet, welche in der nachfolgenden Beschreibung als Mischräume bezeichnet werden sollen und von denen ein jeder mit dem einen Cylinderende und mit dem Auspuffkanal verbunden ist. In jedem Mischraum bewegt sich ein Schieber, welcher die nach jedem Cylinderende und dem Auspuffkanal führenden Kanäle abwechselnd öffnet und schliefst und mit einem Ein- und Austritt für die zur Verwendung gelangenden Verbrennungsproducte oder erhitzte Luft versehen ist; das Oeffnen und Schliefsen genannter Ein- und Austrittskanäle erfolgt, wie das Oeffnen und Schliefsen eines von einem geeigneten Schieber überdeckten Dampfeinlasses, durch einen Schieber, welcher die Zuleitung absperrt, wenn alle anderen Zuführungen nach dem Mischraum geschlossen sind. Anordnung wie Wirkungsweise der einzelnen Theile ist eine solche, dafs, wenn das motorische Fluidum (z. B. heifse, in geringem Mafse mit Dampf vermischte Gase) aus dem einen genannter Mischräume nach dem einen Cylinderende übertritt und den Kolben in der einen Richtung vor sich hertreibt, das vorher am anderen Cylinderende eingetretene Fluidum nach Verrichtung seiner Arbeit zum -Auspuffkanal gelangt und dabei durch den Schieber des anderen Mischraumes geht. Dabei wird der zuletzt genannte Mischraum nach einem Auspuffkanal geöffnet, wodurch ein Theil der Füllung dieses Raumes entweicht und in diesem der Druck bis auf den atmosphärischen Druck vermindert wird. Hiernach wird der Mischraum entleert, getrocknet, geschlossen und bei geeignetem Druck mit frischen Verbrennungsproducten oder Heifsluft gefüllt. Zu letzteren strömt dann Dampf, worauf das Gemisch nach dem entsprechenden

Cylinderende übertritt und während des Rückganges des Kolbens im Cylinder Arbeit verrichtet. Bei diesem Rückgange findet ein Austritt der Cylinderfüllung am anderen Cylinderende statt und wird hierdurch die andere Mischkammer entleert, getrocknet, gefüllt und geschlossen und strömt für den nächsten Kolbenhub in diese Kammer Dampf ein.

Nach einer Abänderung kann der Cylinder oder können die Cylinder mit vier Mischräumen ausgestattet sein, von' denen zwei Räume mit dem einen, die anderen beiden Räume mit dem anderen Cylinderende, sämmtliche Räume aber mit dem Auspuffkanal in Verbindung stehen; in jedem Mischraum bewegt sich ein Schieber und ist genannter Raum mit einem Zutritts- und Austrittskanal für die heifsen Verbrennungsproducte oder Heifsluft und einem von einem Schieber überdeckten Dampfzuleitungskanal versehen. Die Anordnung der Maschine ist in diesem Falle eine solche, dafs die Kolbenhübe in jeder Richtung, d. h. also der Ein- und Ausgang des Kolbens durch die Mischung der Verbrennungsproducte oder Heifsluft mit Dampf bewirkt wird, die abwechselnd von den beiden mit dem einen Cylinderende in Verbindung stehenden Mischräumen und den beiden übrigen, mit dem anderen Cylinderende in Verbindung stehenden Mischräumen zugeführt wird, so dafs beispielsweise, nachdem der erste Ausgang durch Vermischung der Heifsluft mit dem Dampf aus der einen mit dem inneren Cylinderende verbundenen Mischkammer hervorgerufen ist, der nächste Ausgang durch Vermischung der Heifsluft mit dem Dampf aus dem anderen, mit demselben Cylinderende verbundenen Mischraum erfolgt, welcher Arbeitsgang auch bei den Kolbeneingängen zur Ausführung gelangt.

Es ist zu empfehlen, sämmtliche Cylinder und Mischräume, soweit möglich, mit Dampfmänteln zu versehen, in denen hochgespannte Dämpfe oder ein anderer Wärme abgebender Körper circulirt.

Fig. ι zeigt im Längsschnitt einen mit Mischräumen und Schiebern ausgerüsteten Cylinder nach vorliegender Erfindung, welcher Schnitt theilweise nach Linie a-b-c-d-e-f der Fig. 2 und theilweise nach Linie a-b-c-d-e-g-h-i derselben Figur gelegt ist.

Fig. 2 zeigt die Endansicht theilweise im Schnitt nach Linie k-l-ni-n der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Grundrifs den Cylinder und die Mischräume mit abgehobenen Deckeln und ebenfalls weggenommener Ummantelung; in dieser Figur sind die Vertheilungsschieber in derjenigen Stellung, welche sie bei Beginn des Kolbenrückganges einnehmen.

Fig. 4 zeigt im Grundrifs den Dampfschieberkasten mit theilweise weggenommenem Mantel, um den Lauf der Verbrennungsproducte oder Heifsluft vor dem Eintritt in die und nach dem Austritt aus den Mischräumen darzustellen.

Fig. 5 zeigen vier diagrammatische Längsschnitte ABCD durch die Vertheilungsschieber und die Kanäle; jede dieser Schnittfiguren zeigt rechtsseitig die Stellung des Schiebers auf seinem Spiegel in dem mit dem vorderen Cylinderende. in Verbindung stehenden Mischraum, während linksseitig die Stellung des Schiebers auf seinem Spiegel in dem anderen, mit dem hinteren Cylinderende in Verbindung stehenden Mischraum zeigt. Beide Schieber machen einen gleichen und gleichmäfsig unterbrochenen Schieberweg, der in bekannter Weise von einem auf die Kurbelwelle aufgesteckten Excenter hervorgerufen wird.

ι ist der aufsen geheizte und mit Dampfmantel umgebene Cylinder und 2 der eine Mischraüm, der durch geeignete Kanäle mit dem hinteren Cylinderende und dem Auspuffkanal in Verbindung steht. 3 ist der andere Mischraum, der durch geeignete Kanäle mit dem Vorderende des Cylinders und dem Auspuffkanal in Verbindung steht. 4 ist der Auspuffkanal aus Raum 2, 5 der Auspuffkanal aus Raum 3. 6 ist der Kanal, durch welchen die mit Dampf vermischte Heifsluft (welche Körper zusammen später als Gemisch bezeichnet sind) aus dem Mischraum 2 nach dem hinteren Cylinderende übergeleitet wird. 7 ist der Kanal, durch welchen das Gemisch aus dem Mischraum 3 nach dem vorderen Cylinderende übertritt. 8 ist der Schieber zur Steuerung des Ein- und Austrittes von Gemisch nach und von dem hinteren Cylinderende. 9 ist der Schieber am vorderen Cylinderende; derselbe arbeitet entgegengesetzt zum Schieber 8 und durchläuft denselben Weg in derselben Zeit wie letzterer. Dieser gleichartige Schieberweg vereinfacht den Aufbau der Maschine und können genannte Schieber durch getrennte Antriebsvorrichtungen bethätigt werden. 10 und 11 sind Ventile, durch welche abwechselnd das Gemisch aus den Mischräumen 2 und 3 austritt. 12 und, 13 sind zwei ähnliche Ventile für den Zutritt von Heifsluft in die Mischräume 2 und 3. Die Ventile 10, 12 und 11, 13 werden abwechselnd durch zwei Wiegewellen geöffnet und geschlossen, die hinsichtlich ihrer Bewegungsdauer verschieden sind und in bekannter Weise von der Kurbelwelle aus bethätigt werden. In der Zeichnung stecken die Wiegewellen in einander, können aber auch anders angeordnet sein. 14 ist der Dampfschieberkasten mit dem Dampfschieber 1 5 , der zwei kurze Hin- und Herbewegungen zunächst in der einen und dann in der anderen Richtung macht, indem er sich zunächst nach links und zurück und dann nach rechts und zurück bewegt. Schieber 15 öffnet und schliefst ab-

wechselnd und augenblicklich die Dampfkanäle 16 und 17 und kommt immer in solcher Stellung -in die Ruhelage, welche ein genaues Schliefsen beider Kanäle sichert. Die Schieberstange ist mit einer Ausrückvorrichtung versehen, um im Bedarfsfalle den Schieber mit der Hand zu bewegen. Kanal 16 dient für den Mischraum 2 und Kanal 17 für den Mischraum 3, durch welche Kanäle Dampf aus dem Schieberkasten 14 übertritt. 18 ist die Dampfzuleitung aus einer geeigneten, mittelst Drosselventils regulirten Dampfquelle. 19 ist ein die Mischräume 2 und 3, sowie den Schieberkasten 14 umgebender Dampfmantel. In den zwischen Dampfmantel 19 und dem Schieberkasten befindlichen Raum 20 wird die Heifsluft vor ihrem Uebertritt in die Räume 2 und 3 hineingedrückt. 21 ist ein ähnlicher, aber kleinerer, durch die Wände 22 und den Deckel der Räume 2 und 3 vom Raum 20 getrennter Raum, in welchem das verbrauchte Gemisch ein- und in den Auspuffkanal 25 übertritt. 23 ist das Einlafsrohr für die Heifsluft nach dem Raum 20, Fig. 1 , 2 und 4. 24 ist der Austrittskanal aus dem Cylinder und den Räumen 2 und 3, 25 das Auspuffrohr für das Gemisch nach seiner Kraftabgabe im Cylinder 1.

Bei Beschreibung der Wirkungsweise der vorbeschriebenen Maschine soll angenommen werden, dafs der Dampf unter geeignetem Druck zur Verwendung gelangt. Um den Cylinder 1, sowie die übrigen Theile desselben warm zu erhalten, wird in gewöhnlicher Weise aus dem Kessel in den Dampfmantel und den Schieberkasten 14 Dampf übergeleitet, welcher durch in der Zeichnung weggelassene Hähne entweichen kann, wobei Vorsorge getroffen ist, dafs das Wasser vor Beginn des Arbeitsganges möglichst vollständig aus der Maschine entfernt wird.

Angenommen, die Schieber 8 und 9 nehmen die bei A in Fig. 5 ersichtliche Stellung ein, während der Kolben die in Fig. 1 in vollen Linien ersichtliche Stellung hat und es wird die Maschine angelassen, nachdem vorher — zur Bewegung mit der Hand — die Steuerung für den Dampfschieber getrennt ist, so wird die Kurbel um eine geringe Bogenlänge über ihren Todtpunkt hinaus verschoben, was eine Verschiebung des Kolbens in die in Fig. 1 punktirt ersichtliche Stellung zur Folge hat, in welcher Stellung genannter Kolben der Wirkung des am vorderen Cylinder eintretenden Fluidums ausgesetzt ist. In dieser gezeichneten Ausgangsstellung wird Dampfschieber 15 zunächst nach links verschoben, wodurch Kanal 17 geöffnet wird und Dampf in den Mischraum 3 eintritt. Dieser Dampf strömt im Kanal 7 direct durch den Mischraum 3 nach dem äufseren Ende des Cylinders, wodurch der Kolben seinen Eingang, also seine Bewegung von rechts nach links, beendet (Fig. 1). Dampfschieber 15 wird dann mit der Hand von links nach rechts verschoben und dadurch Kanal 17 geschlossen, Kanal 16 geöffnet, wodurch Dampf in den Mischraum 2 gelangt; da nun durch den Gang der Maschine Schieber 8 den Kanal 6 öffnet, so tritt der Dampf aus dem Mischraum 2 nach dem hinteren Ende des Cylinders. Gleichzeitig nimmt Schieber 9 eine solche Stellung ein, dafs das Vorderende des Cylinders mit dem Auspuffkanal in Verbindung tritt. Wird hierauf Schieber 15 am Ende eines jeden Kolbenhubes mit der Hand umgesteuert, so wird die Maschine vom Dampf allein getrieben, was so lange fortzusetzen ist, bis die Maschine eine gewisse Geschwindigkeit angenommen hat, worauf Schieber 1 5 wieder eingerückt wird und die Maschine — statt nur mit Dampf — mit Gemisch arbeitet.

Um den Arbeitsgang zu beschreiben, wenn die Maschine mit Gemisch arbeitet, soll angenommen werden, dafs sich die einzelnen Theile der Maschine in derselben Stellung wie beim Anlassen der letzteren befinden, d. h. es nehmen die Schieber 8 und 9 die bei A, Fig. 5, gezeichneten Stellungen und der Kolben die in Fig. ι in vollen Linien gezeichnete Stellung ein. Die Schieber 8 und 9 verschieben sich nach rechts in die Stellung B, Fig. 5, wobei das hintere Cylinderende durch die Kanäle 6 und 4 mit dem Auspuffkanal in Verbindung tritt. In diesem Augenblicke werden, nachdem kurz vorher die Ventile 11 und 13 geschlossen sind, die Ventile ι ο und 12 geöffnet. Die Ventile 11 und 13 bleiben geschlossen, während die Ventile 10 und 12 bis kurz vor Vollendung des Kolbeneinganges (Bewegung von rechts nach links) geöffnet bleiben, worauf dieselben geschlossen werden. Unmittelbar darauf werden die Ventile 11 und 13 geöffnet; der Dampf tritt sofort durch Kanal 16 in den Mischraum 2 über, welcher hierdurch für den Rückgang des Kolbens gefüllt wird. Dabei vollenden die Schieber 8 und 9 ihren Weg von links nach rechts und nehmen die Stellung C, Fig. 5, ein; währenddessen stellt Schieber 9 die Verbindung zwischen den Kanälen 5 und 7 her, wodurch das vordere Cylinderende durch Kanal 5 mit dem Auspuffkanal in Verbindung tritt. Bei Vollendung des Schieberweges nach rechts öffnet Schieber 9 durch Kanal 5 den Mischraum 3 nach dem Auspuffkanal 24, während gleichzeitig der Mischraum 2 mit dem hinteren Ende des Cylinders in Verbindung gelangt. Die Schieber bewegen sich nunmehr von rechts nach links in die Stellung D, Fig. 5, wodurch der Mischraum 2 vom Raum 3 abgesperrt und das vordere Cylinderende nach dem Auspuffkanal geöffnet wird; in diesem Augenblick öffnen

sich die Ventile 11 und ι 3 kurz nach Schliefsung der Ventile 10 und 12: der Dampf strömt durch den Kanal 17 hindurch und wird für den nächsten Kolbeneingang (Bewegung von rechts nach links) der Mischraum 3 mit Dampf gefüllt.

Die Schieber gehen nunmehr in ihre Ausgangsstellung A, Fig. 5, zurück, wobei sie das hintere Cylinderende durch die Kanäle 6 und 4 mit dem Auspuff 24, den Mischraum 2 mit dem Auspuff, sowie den Mischraum 3 durch die Kanäle 7 mit dem vorderen Cylinderende verbinden, wodurch die Vollendung einer Maschinenumdrehung bewirkt wird.

In Fig. 6 ist theilweise in Ansicht, theilweise im Schnitt eine Maschine von der vorbeschriebenen Anordnung ersichtlich, welche Maschine mit einer Vorrichtung zur Erwärmung der Luft oder der zu verwendenden Gase ausgerüstet ist. Die Luft oder Gase wird bezw. werden aus einer geeigneten Quelle zugeführt und durch die heifsen Verbrennungsproducte eines Kesselfeuerzugkanals erhitzt, obgleich nicht ausgeschlossen ist, die heifsen Verbrennungsproducte einer anderen Quelle zu verwenden.

ι ist der Maschinencylinder, 18 der Dampfeintritt, 19 das Schiebergehäuse, 23 der Eintritt für die Heifsluft und 25 der Austritt für die verbrauchten Gase. E ist der Theil eines Com wall-Kessels mit dem Flammrohr F und dem Zugkanal G. H ist ein in letzteren eingesetzter Erhitzer, der in genanntem Kanal von den heifsen Verbrennungsproducfen umspült wird. Der Erhitzer besteht aus einer Kammer, deren Wände so angeordnet sind, dafs die Gase bei ihrem Emporsteigen einen Zickzackweg zu machen gezwungen sind, um durch Berührung mit dem heifsen Metall sicher erhitzt zu werden. Es kann auch eine grofse, aus Metallblech gebildete Schraubenfläche oder dergleichen Vorrichtung verwendet werden, welche an das aus den Verbrennungsproducten und den zu erhitzenden Gasen bestehende Gemisch Hitze abgiebt. Bei der Vorrichtung von der beschriebenen Anordnung wird die Luft oder werden die Gase durch einen Ventilator oder dergleichen mittelst Rohres / in den Erhitzer H geprefst, in welchen sie erhitzt werden, um durch Rohr K bei 23 in die Maschine überzutreten und in der beschriebenen Weise verwendet zu werden.

FigT 7 ist eine zu der in Fig. 6 ersichtlichen Anordnung ähnliche Vorrichtung, nur kommen an Stelle von Verbrennungsgasen und Luft die Verbrennungsproducte aus Feuerzügen zur Ver- \vendung.

ι ist der Maschinencylinder, 18 der Dampfeintritt, 19 das Schiebergehäuse, 23 der Eintritt für die Verbrennungsproducte, 24 der Maschinenauspuff und 25 der Austritt für das verbrauchte Gemisch. E ist ein Theil eines geeigneten (Cornwall-) Kessels, F das Flammrohr. G sind die Zugkanäle. H ist ein Behälter zur Ablagerung von Flugasche, I der Eintritt für die Verbrennungsproducte und K der Austritt für die heifsen Verbrennungsproducte aus dem Ablagerungsbehälter nach der Maschine. Der genannte Behälter kann von beliebiger Anordnung sein, jedoch auch, wenn die Verbrennungsproducte (bei Verwendung gasförmigen Brennmaterials) Flugasche nicht enthalten, ganz wegfallen.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Die Verbrennungsproducte streichen aus dem Rohr F um den Ablagerungsbehälter H herum und lagert sich der gröfsere Theil der festen Beimengungen ab, worauf genannte Verbrennungsproducte nach dem oberen Theile von G gelangen und nach Eintritt in / in der Pfeilrichtung unterhalb des Konus nach dem Boden des Ablagerungsbehälters streichen, wo sich der übrige Theil der festen Beimengungen ablagert, um schnell im Kanal K emporzusteigen, von welchem aus sie in der vorbeschriebenen Weise in die Mischra'ume 2 oder 3, Fig. 3, übertreten.

Ein Exhaustor geeigneter Anordnung steht mit dem Rohr 25 in Verbindung, um die Verbrennungsproducte in der angegebenen Weise schnell und abwechselnd durch die Räume 2 und 3 hindurch zu befördern.

Obgleich die Erfindung als an einer doppelt wirkenden Maschine angebracht beschrieben ist, so kann der Mischraum (oder können mehrere solcher Mischräume) mit Vertheilungsschieber, Dampfzuleitungsventil, Auspuff- und Austrittsventilen auch in einer einfach wirkenden Maschine zur Verwendung gelangen, in welcher Maschine der Kolben durch das Gemisch in der einen Richtung nach vorwärts getrieben wird, während der Kolbenrückgang durch das Beharrungsvermögen eines Schwungrades oder in anderer Weise erfolgt.

Unter »Entleerung« des Mischraumes soll das Abführen des in genanntem Raum enthaltenen Gemisches verstanden werden, welches dann durch Gase ersetzt werden soll, die sich von den mit Dampf gemischten Gasen unterscheiden; ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist der Vorgang, um mittelst desselben ein wirkliches Trocknen des Mischraumes durch Heifsluft dadurch zu bewirken, dafs letztere vor Füllung mit derjenigen Heifsluft durch den Mischraum strömt, zu welcher behufs Bildung einer Füllung von Gemisch für den Maschinencylinder Dampf zugeführt wurde.

Genannter Vorgang der Trocknung des Mischraumes ist in Fig. 8 schematisch angegeben. Das Gemisch aus Heifsluft und Dampf, das beim vorangegangenen Kolbenhube Arbeit verrichtet hat und eben die Füllung b des

Mischraumes α bildete, wird durch eine Füllung c aus letzterem herausgetrieben, die nur aas Heifsluft oder aus Verbrennungsproducten besteht. Diese Füllung c wird hierauf durch eine zweite, nur aus Heifsluft oder Verbrennungsproducten bestehende Füllung d ausgetrieben, welche gleichzeitig den Mischraum a austrocknet, worauf die Füllung d durch eine dritte Füllung e ersetzt wird, die ebenfalls nur aus Heifsluft oder Verbrennungsproducten besteht, welcher aber zur Bildung einer neuen Füllung für den nächsten Maschinenkolbenhub Dampf zugeführt wird. Die drei Füllungen c d und e des Mischraumes α erfolgen der Reihe nach.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   In einer Kraftmaschine die Anordnung eines oder mehrerer Arbeitscylinder mit je zwei von einander getrennten Mischräumen (2 und 3), welche ausgerüstet sind:

   a) mit einem in jedem derselben hin- und herbewegten, die an jedes Cylinderende führenden Kanäle (6 bezw. 7), sowie den Auspuff (4 bezw. 5) abwechselnd öffnenden und schliefsenden Schieber (8 bezw. 9);

   b) mit zwei in geeigneter Weise gesteuerten Ventilen (10 und 11) für den Austritt und zwei eben solchen Ventilen (12 und 13) für den Zutritt von Verbrennungsproducten oder Heifsluft, und

   c) mit einer durch Schieber (15) abwechselnd geöffneten und geschlossenen Dampfzuführung (16 und 17), durch welche Anordnung während des Uebertrittes des motorischen Fluidums aus dem einen Mischraum (2) nach dem Cylinder und während des Kolbenhubes in der einen Richtung das auf den Kolben vorher in der anderen Richtung wirksam gewesene Fluidum durch den Schieber in dem anderen Mischraum (3) nach dem Auspuff entweicht, der Druck in diesem Mischraum durch Oeffnen nach aufsen auf den Atmosphärendruck gebracht, der Raum (3) selbst aber entleert, getrocknet, geschlossen und von neuem mit unter geeignetem Druck stehender Heifsluft gefüllt wird,' denen behufs Bildung einer neuen Cylinderfüllung für den Kolbenrückgang Dampf zugeführt, wird, wobei während dieses Kolbenrückganges ein das Entleeren, Austrocknen, Anfüllen, Schliefsen des ersten Mischraums (2) bewirkender Auspuff am an-deren Cylinderende erfolgt und hierauf für den nächsten Kolbenhub frischer Dampf in den genannten ersten Mischraum 2 eintritt.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.