DE63971C - Dampfmaschine mit schwingendem Kolben - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfmaschine, welche auf den beiliegenden Zeichnungen durch

Fig. ι in Seitenansicht und durch

Fig. 2 in Endansicht veranschaulicht wird.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Schnitt nach Linie 3-3 und 4-4 der Fig. 1.

Die Fig. 5 bis ιό verbildlichen Einzelheiten.

Die Maschine lagert in einem beliebigen Gestell, welches jedoch auf der Zeichnung der Uebersichtlichkeit wegen fehlt. Auf def Zeichnung selbst ist zur Veranschaulichung der Erfindung eine Verbundmaschine dargestellt, doch kann die vorliegende Vorrichtung auch an einer einfachen Maschine zur Anwendung kommen. Der Hochdruckcylinder ist mit 1 bezeichnet, der Niederdruckcylinder dagegen mit 2. Die beiden Cylinder 1 und 2 haben eine solche Anordnung erhalten, dal's ihre Achsen in einer Linie liegen. In dem Cylinder 1 befindet sich eine centrale Welle 3, welche sich durch das Innere des Cylinders erstreckt und durch die Deckel der beiden Enden des Cylinders hinausragt. Auf jedem Ende der Welle 3 ist eine Doppelkurbel befestigt, welche vorzugsweise aus einem Ring 5 mit gegenüberliegenden Armen 6 (Fig. 2) besteht. Der Cylinders hat gleichfalls eine Welle 7 erhalten, welche jedoch von der Welle 3 vollständig unabhängig ist. Jeder Cylinder besitzt zwei Dampfkasten 8 und g, welche sich längs des Cylinders erstrecken und einander diametral gegenüber angeordnet sind (Fig. 3 und 4). Ein Dampfrohr 10 tritt in den Dampf kasten 8 des Hochdruckcylinders in der Nähe seines Endes, ebenso tritt ein Dampfrohr 10 in den gegenüberliegenden Dampfkasten 9. Von dem Ende jedes Dampfkastens 8 bezw. 9 des Cylinders 1 geht ein Rohr 13 nach dem Dampfkasten des Niederdruckcylinders, um den Dampf aus dem Cylinder 1 in den Cylinder 2 überzuführen, aus welchem derselbe durch die Rohre 1 5 abzieht. Innerhalb jedes Cylinders 1 bezw. 2 sind Blöcke 17 angeordnet, deren Construction aus Fig. 7 zu ersehen ist. Diese Blöcke besitzen' convexe Aufsenflächen, welche mit der Innenfläche des betreffenden Cylinders übereinstimmen, während ihre Innenflächen ein wenig ausgeschnitten sind, um eine Aussparung 18 zu bilden, welche sich durch die ganze Länge des Blockes erstreckt. Der Ansatz 19, welcher durch die Aussparung 18 entsteht, besitzt eine concave Fläche 20, welche mit der Aufsenfläche des Blockes concentrisch ist. Der Ansatz 1 g besitzt, eine solche Dicke, dafs die concave Fläche 20 auf der Welle 3 zu ruhen vermag und mit derselben eine dichte Verbindung bildet. Die convexe Aufsenfläche des Blockes erhält eine solche Breite, dafs sie, unter dem Dampfkasten 8 oder über dem Dampf kasten 9 angebracht, sich mit einem schmalen Längsstreifen zu beiden Seiten des Dampfkastens erstreckt, wie aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen ist. Zwei solcher Blöcke liegen in jedem Cylinder diametral einander entgegengesetzt. Infolge dieser Anordnung entstehen in dem Innern des Cylinders zwei Dampf- oder Arbeitsräume 21 und 22, welche

eine mit den Blöcken 17 übereinstimmende Gestalt besitzen. Die Anordnung der Blöcke ist eine solche, dafs die Längsaussparungen 18 ihre offenen Seiten nach entgegengesetzten Richtungen besitzen, wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen. Auf der Welle 3 sind zwei einander gegenüberliegende Flügel 25 angeordnet, welche die Kolben jedes Cylinders bilden. Diese Kolben (Fig. 10) bestehen im wesentlichen aus zwei Theilen, von welchen der eine eine flache Platte von geeigneter Dicke und Länge bildet. Auf dieser Platte ist eine Fui'splatte 26 angeordnet, deren Innenfläche der Oberfläche der Welle 3 entsprechend gekrümmt ist; durch Bolzen 28 wird jeder der Flügel 25 mit der Welle 3 verbunden. Die Kolben sind diametral entgegengesetzt auf der Welle angebracht. Ihre Befestigungsplatten 26 liegen in der Aussparung 18 des zugehörigen Blockes, wodurch die gegenüberliegenden Flächen der Kolben in den Stand gesetzt werden, sich der flachen Seite des Blockes vollständig zu nähern, dessen Fläche parallel mit der Fläche der Kolben liegt, wenn der letztere sich in der durch die Fig. .3 und 4 veranschaulichten Stellung befindet.

In den Blöcken 17 sind kreisförmige Ventilkammern 29 gebildet, welche sich in der Längsrichtung von dem einen Ende jedes Blockes nach einer centralen Scheidewand 34 erstrecken, welche im Folgenden näher beschrieben wird. Mit diesen Ventilkammern stehen zwei Kanäle 30 in Verbindung (Fig. 3 und 7), welche in derselben Hälfte des Blockes gebildet sind und Verbindung mit dem betreffenden Dampfkasten haben, welche durch eine centrale Scheidewand 31, die zwischen dem Einlafs des frischen Dampfes und dem Auslafs des expandirten Dampfes liegt, in zwei gleiche Dampf kammern 3 2 und 33 getheilt wird (Fig. 5 und 6)." Die Dampfkammer 32 steht in Verbindung mit dem Dampfrohr 10, während die Kammer 33 in Verbindung mit dem Rohr 13 gebracht ist. Die Kanäle für den frischen Dampf 30, welche in die Ventilkammer 29 treten, sind durch die centrale Scheidewand 34 · in dem Innern des Blockes 17 von dem Kanal 35 für den expandirten Dampf getrennt, welcher an dem anderen Ende des Blockes liegt und mit der Dampfkammer 3 3 des Dampf kastens in Verbindung steht.

Diese Dampfkammer liegt auf der entgegengesetzten Seite der Scheidewand, deren Kante eine dichte Verbindung mit der convexen Fläche des Blockes zwischen den Kanälen 30 und 35 bildet. Die Kanäle 30 und Ventilkammer 29 stehen in Verbindung mit den Arbeitsräumen 21 und 22 durch Kanäle 36, welche vorzugsweise unter einem rechten Winkel mit den flachen Seiten der Blöcke angebracht sind (Fig. 3).

Auf der anderen Seite der Scheidewand 34 sind Kanäle 36^a (Fig. 4 und 7) angebracht, welche in Verbindung mit den Arbeitsräumen 21 und 22 und gleichfalls mit den Ventilkammern 29 ^a stehen, deren Achsen mit den Achsen der Ventilkammern 29 zusammenfallen. Die Kanäle 35, welche in die Ventilkammern 29^s eintreten, haben Verbindung mit der Dampfkammer 33 in dem getheirten Dampf kasten.

Durch jede der Ventilkammern 29 und 29^a erstreckt sich eine Doppelstange 39 und 40 (Fig. 9), welche durch eine Oeffhung in der Zwischenwand 34 geht. Diese Stange ist mit einem centralen Absatz 38 versehen, welcher in die Oeffnung der Scheidewand 34 genau pafst. Auf jeder Seite der centralen Verstärkung 38 ist der Querschnitt der Stange vierkantig gestaltet. Die Kanten des Theiles 39 fallen jedoch mit den Kanten des Theiles 40 nicht zusammen, sondern liegen wechselständig zu einander. Jede dieser Doppelstangen trägt zwei Ventile (Fig. 8), welche im wesentlichen sichelförmige Gestalt besitzen. Die äufsere Fläche jedes Ventils pafst dicht an die Innenfläche der Ventilkammef, aufserdem ist eine centrale Oeffnung in der Innen- oder concaven Fläche zur Aufnahme des kantigen Theiles der Ventilstange angebracht. Jedes Ventil besitzt dieselbe Länge, wie die zu ihr gehörige Ventilkammer, so dafs ihr eines Ende an der centralen Verstärkung 38 der Doppelstange und an der Scheidewand 34 liegt, während das andere Ende mit dem Ende des Blockes abschneidet. Die Ventilstangen werden durch Zapfen 41 getragen, welche in Ringen 42 ruhen, letztere sind an den Enden des Cylinders angebracht und mit diesem durch geeignete Dichtungen 43 (Fig. 6) verbunden. Die Zapfen erstrecken sich über die Aufsenflächen der Dichtung hinaus und nehmen Scheibe 43 von ähnlicher Gestalt auf. Jede dieser Scheiben ist mit einem Finger 44 versehen, dessen Zweck im Folgenden auseinandergesetzt wird.

Aus Fig. 3 und 4 ist zu ersehen, dafs die Kanäle für frischen Dampf 30 und 36 mit Bezug auf einander so angeordnet sind, dafs die Innenflächen der in den Kammern 29 angeordneten Ventile eine solche Krümmung besitzen, dafs beide Kanäle 30 und 36 geöffnet sind und einen fortlaufenden Kanal von der Kammer für frischen Dampf 32 nach der Arbeitskammer 21 bilden, in welcher sich der Dampf zwischen dem Kolben 25 und. der umliegenden Fläche desjenigen Blockes 17 ausdehnt, in welchem der Kanal 36 gebildet ist. Zu derselben Zeit schliefst der andere Theil des Ventils, welcher auf der anderen Seite der centralen Verstärkung 38 liegt, den Kanal 35, welcher in die Niederdruckdampf kammer 33 des Dampfkastens mündet.

Die Construction der Ventile; Ventilkammern und Dampfkanäle in dem entgegengesetzt liegenden oder unteren Block 17 ist dieselbe.

Diese Kanäle haben Verbindung mit den beiden Kammern in dem unteren Dampfkasten q und wirken in derselben Weise, wie mit Bezug auf den oberen Block angegeben worden ist, jedoch mit dem Unterschied, dafs die Kanäle für den frischen Dampf an diagonal. entgegengesetzten Flächen der beiden Blöcke öffnen, so dafs der Dampf gegen entgegengesetzt liegende Flächen der Kolben 25 wirkt und der Druck auf beiden Flächen der Welle 3 im Gleichgewicht ist. Die Mittel, durch welche diese Bewegung des unabhängigen Ventils hervorgerufen wird, soll im Folgenden näher beschrieben werden, hier sei nur erwähnt, dafs die vier Ventile und Kanäle, welche den Dampf an die Kammern 21 und 22 abliefern, eine solche Anordnung besitzen, dafs, wenn eines, der oberen Ventile geöffnet, das untere Ventil an derselben Seite der Welle geschlossen ist, während das untere Ventil auf der anderen Seite der Welle geöffnet und das obere Ventil auf derselben Seite geschlossen ist.

Im Folgenden soll auseinandergesetzt werden, wie der Dampf, welcher in den Kammern 21 und 22 expandirt wurde, einen Ausweg von genannten Kammern findet, um nach dem Niederdruckcylinder überzutreten. Der eine der Theile des Doppelventils ist auf dem Theil 39 der Ventilstange in solcher Weise angebracht, dafs er im Vergleich mit dem anderen Theil des Doppelventils auf seine Kanäle zu einer verschiedenen Zeit einwirkt. Wenn z. B. das zweitheilige, in Fig. 8 dargestellte Ventil in die Ventilkammern 29 und 29^a des oberen Blockes (Fig. 3. und 4) eingeführt und die Ventilstange so gedreht ist, dafs sie die Kanäle für den frischen Dampf 30 und 36 öffnet, so bedeckt der andere Theil des Ventils der Kammer 29 immer noch den Kanal 35 (Fig. 4), um den Austritt des Dampfes nach der Kammer 33 und von da aus nach dem Niederdruckcylinder zu verhindern. Zur Herbeiführung des Austrittes des expandirten Dampfes aus den Kammern 21 und 22 werden die diagonal entgegengesetzt liegenden Ventile in der unteren linksseitigen Kammer 29^a und der oberen rechtsseitigen Kammer 29^a (Fig. 4) beide geöffnet, während die durch dieselbe Stange getragenen, jedoch in den Kammern 29 auf der anderen Seite der centralen Scheidewand 34 liegenden Ventile beide geschlossen werden (Fig. 3); hieraus kann man ersehen, dafs für jeden Kolben eigene Einlasse und Auslässe für den frischen Dampf und für den expandirten Dampf vorhanden sind, und dafs die abwechselnd ■ arbeitenden auf derselben Seite des Kolbens, die zu gleicher Zeit arbeitenden dagegen auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens angeordnet sind.

Die Scheiben 43^a der sich auswärts erstreckenden Zapfen der Ventilstangen sind durch Gelenkstangen 45 (Fig. 2) verbunden, wodurch beide Ventilstangen desselben Blockes angetrieben werden, gleichzeitig in derselben Richtung zu schwingen. An den Gelenkstangen 45 ist auf jeder Seite ihres mittleren Theiles ein Ausschnitt 46 gebildet, mit deren einem oder anderem das Ende einer federnden Klinke 47 in Eingriff tritt, sobald die Gelenkstangen ihre Bewegungsgrenzen erreicht haben. Die die Klinke bethätigende Feder ist innerhalb eines Gehäuses 48 des Cylinders angeordnet. Die Ventilbewegung wird durch das Schwingen der Arme 6 der Welle 3 hervorgerufen. Da sich die Enden der Finger 44 etwas über die Aufsenfläche der Stangen 45 hinaus erstrecken, so trifft bei jeder Schwingung der Doppelkurbel die obere Kante eines Armes 6 auf einen der Finger und zwingt diesen, sich in waagrechter Stellung zu bewegen. Die federnde Klinke 47 dient nicht dazu, die Ventile in der gegebenen Richtung festzulegen, sondern lediglich dazu, um unbeabsichtigte Verschiebungen zu verhindern. In demselben Augenblick, in welchem die obere Kante des Kurbelarmes in Berührung mit den vorstehenden Enden eines der Finger 44 tritt, wird die untere Kante des entgegengesetzt liegenden Kurbelarmes gegen den Finger gedrückt, welcher sich von der Fläche der entgegengesetzt angeordneten Scheibe erstreckt, d. h. auf einer der Ventilstangen in dem unteren Block montirt ist. Auf diese Weise schwingen die beiden oberen und unteren Doppelventile in entgegengesetzten Richtungen und bewirken dadurch das Oeffnen der Kanäle für den frischen Dampf in der oberen linksseitigen Ventilkammer, zugleich das Schliefsen der waagrecht gegenüberliegenden Kanäle, und ferner eine mit Bezug auf die direct darüber liegenden oberen Ventile entgegengesetzte Stellung der Ventile' in den Kammern des unteren Blockes.

Ueber der Maschine und in geeigneten Lagern ist eine Gegenwelle 49 (Fig. 1) von geeigneter Länge angeordnet; ihre.Achse liegt in derselben senkrechten Ebene, wie die Achsen der Wellen der beiden Cylinder. An geeigneten Punkten der Welle 49 sind Doppelkurbeln⁷ 50 befestigt, welche in allen wesentlichen Theilen mit den ähnlichen Vorrichtungen auf den Enden der schwingenden -Cylinderwellen übereinstimmen, mit welchen sie durch parallele Gelenkstangen 5 1 verbunden sind. Die Doppelkurbeln werden vorzugsweise aus dem Grunde auf beiden Enden jeder unabhängigen Cylinderwelle angebracht und verbinden dieselben mit Doppelkurbeln der Welle 49, um den Reibungswiderstand auszugleichen und so ein vollkommenes Gleichgewicht in dem Druck zu erlangen. Auf diese Weise erhält man einen leichten Gang der Maschine.

Die Kraft wird der Triebwelle 5 2 durch eine Pleuelstange 53 mitgetheilt, welche an dem

Claims (1)

1. einen Ende mit einem Zapfen 54 einer Scheibe 5 5 dieser Triebwelle und an ihrem anderen Ende mit einem Kurbelarm 56 der Welle 59 verbunden ist.

   • Vorliegende Erfindung kann bei allen Maschinen Anwendung finden, welche durch Dampf, Gas, heifse oder comprimirte Luft oder durch andere ausdehnüngsfähige Treibmittel in Thätigkeit versetzt werden.

   Bei allen grofsen liegenden Maschinen mit grofser Tourenzahl und grofsem Hub mufs der ein bedeutendes Gewicht besitzende Kolben einen grofsen Weg zurücklegen, welcher noch dazu sehr häufig nach entgegengesetzten Richtungen gewechselt wird; hierdurch entstehen Stöfse, welche infolge des grofsen Gewichtes des Kolbens sehr schädlich auf die Maschine einwirken. Bei stehenden Maschinen kommt zu dem Kolbengewicht noch dasjenige der Kolbenstange, so dafs die Stöfse hier in noch gröfserem Mafse schädlich einwirken.

   Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Uebelstände in vollem Mafse beseitigt, da der Kolben ausbalancirt ist und auf einer Achse schwingt, welche sich zu jeder Zeit und in allen Stellungen im Gleichgewicht befindet. Da dieser ausbalancirte Kolben den Dampf in entgegengesetzter Richtung auf entgegengesetzt liegenden Flächen seiner Flügel aufnimmt, und zwar zu gleicher Zeit und von demselben Dampferzeuger, so ist der Druck oder Stofs des Dampfes gleichfalls auf jeder Seite der Achse ausbalancirt, wodurch die Bewegungen der Theile leichter gemacht werden, indem sie so fast vollkommen den Stofs des Mechanismus aufheben und die Kraft der Maschine vergröfsern.

   Ferner hat bei der vorliegenden Erfindung der frische Dampf von jedem Dampfkasten eine möglichst geringe Entfernung zu durchlaufen, um die Dampfkammer zu erreichen, und dann auch weiter keine Arbeit zu überwinden, da die Kanalöffnungen der Dampffläche der schwingenden Flügel gegenüberliegen. Aufserdem geht der expandirte Dampf in derselben directen Weise durch einen Abzugskanal, welcher in derselben Ebene mit dem Kanal für den frischen Dampf liegt. Infolge dieser Anordnung tritt nur ein sehr geringer Verlust der Expansionskraft ein, so dafs demnach eine ziemlich bedeutende Kraft in dem Niederdruckcylinder arbeitet, welcher bedeutend höher als bei den bisher bekannten Verbundmaschinen ist.

   Dadurch, dafs man die Flügel 25 direct an die Kolbenstange 3 anstatt auf einem Kolbencylinder, welcher die Welle umgiebt, befestigt, erhält man eine bedeutend gröfsere Dampffläche, so dafs Kraft gewonnen wird, ohne den Durchmesser des Cylinders zu vergröfsern. Dies ist bei Marinemaschinen, bei welchen der Raum ein sehr beschränkter ist, von grofsem Vortheil.

   Ferner wird bei der vorliegenden Erfindung der Dampf zu gleicher Zeit gegen die gegenüberliegenden Flächen der entgegengesetzt sich erstreckenden Flügel getrieben, indem er dadurch die auf die gegenüberliegenden Flächen der Welle wirkenden Kräfte balancirt, indem der Cylinder zu diesem Zweck auf den entgegengesetzten Seiten mit Dampfkasten versehen ist.

   Patεντ-Anspruch:

   Eine Dampfmaschine mit schwingendem Kolben, bei welcher die Dampfvertheilung dadurch bewirkt wird, dafs in den die Arbeitsräume (21, 22) begrenzenden und unter bezw. über den Dampf kasten (32, 33) vorgesehenen Blöcken (17) eine Scheidewand die Trennung zwischen Ein- und Austrittsdampf bewirkt, dafs ferner in den beiden Dampfwegen, welche durch jeden dieser Blöcke führen, je ein sichelförmiger Doppeldrehschieber auf einer Doppelstange (39, 40) in der Weise angebracht ist und bewegt wird, dafs nur zwei in der Blockhälfte für Eintrittsdampf diagonal gegenüberliegende Drehschieber in regelmäßiger Folge den frischen Dampf den diagonal gegenüberliegenden Flächen der schwingenden Kolben zuführen und zwei in der Blockhälfte für Austrittsdampf diagonal gegenüberliegende den gebrauchten Dampf abziehen lassen, während die beiden übrigen Drehschieberpaare eine Abschlufsstellung einnehmen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.