DE778C - Atmosphärische Gaskraftmaschine - Google Patents

Description

1877.

Klasse 46.

E. LANGEN und N. A. OTTO in KÖLN. Atmosphärische Gaskraftmaschine.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 9. September 1877 ab. Längste Dauer: 17. Juni 1882.

In beiliegender Zeichnung ist Fig. ι ein Verticalschnitt der Maschine,

- 2 eine Ansicht,
3 der Grundrifs,

- 4 bis 13 sind Details derselben.

A (Fig. 1) ist ein gufseiserner Cylinder mit zwei luftdicht angeschraubten Deckeln B und B₁. Etwa bis '/₃ seiner Höhe hat dieser Cylinder doppelte Wandung, deren Zwischenraum in Verbindung steht mit dem Räume zwischen B und B₁, und zur Kühlung des Cylinders mit Wasser gefüllt wird. Durch die beiden Röhren r und T₁ communicirt dieser Raum mit einem zweiten Wasserbehälter. Das erwärmte Wasser . steigt bis auf die Höhe von V₁ und gelangt von da aus in den anderen Behälter, während aus diesem zu gleicher Zeit kaltes Wasser durch r in den Cylindermantel fliefst. Diese selbstthätige Wassercirculation genügt, um die Cylinderwände stets auf einer niedrigen Temperatur zu erhalten, ohne dafs eine Erneuerung des Kühlwassers nöthig ist. K ist ein Metallkolben mit der' verzahnten Kolbenstange K₁. Letztere hat vermittelst der Traverse T Führung durch zwei auf der oberen Cylinderplatte befestigte Führungsstangen F und F₁ (Fig. 2).

Die Cylinderplatte trägt zwei Lagerstühle L und L₁ (Fig. 3). In L ruht die Hauptwelle W, auf welcher sich aufser dem Schwungrad R. und der Riemscheibe P die Scheibe .S befindet. Auf der verlängerten Nabe derselben sind zu beiden Seiten drehbare Scheiben .S₁ angebracht, zwischen welchen ein in die gezahnte Kolbenstange K₁ eingreifender Zahnkranz Z₀ durch Bolzen befestigt ist. Zwischen Zahnkranz Z₀ und Scheibe S befinden sich Mechanismen, welche den Zweck haben, beide Theile abwechselnd mit einander zu kuppeln und wieder zu lösen, je nachdem sich die Bewegungsrichtungen ändern.

Diesen Mechanismen haben die Erfinder den Namen »Schaltwerk« beigelegt; sie geben denselben eine etwas abweichende Construction, je nach der gröfseren oder geringeren zu erzielenden Leistung der Maschine. Die einfachste Form ist die durch Fig. 6 dargestellte. Der Zahnkranz hat an seiner inneren Seite excentrische Flächen; zwischen diesen und Scheibe S liegen Metallrollen o, die bei einer Drehung des Zahnkranzes entgegengesetzt der Richtung des Pfeiles keine Reibung auf der Scheibe S verursachen; kehrt man dagegen diese Bewegungsrichtung um, so klemmen sich die Rollen zwischen den Keilflächen des Zahnrades Z₀ und der Scheibe Λ fest, die erzeugte Reibung läfst ein Gleiten und Voreilen des Zahnkranzes nicht mehr zu, und dieser ist infolge dessen mit der Scheibe 6¹ und der Welle W gekuppelt. Das in Fig. 1 und 5 gezeichnete Schaltwerk weicht insofern von dem eben beschriebenen (Fig. 6) ab, als die Rollen ο .nicht direct auf die Scheibe S pressen. Hier liegt vielmehr unter je drei Rollen ein loser Keil K, der bei der Drehung entgegengesetzt der Richtung des Pfeiles um die Peripherie der Scheibe herumschwingt, und ebenfalls erst bei der Bewegung im Sinne des Pfeiles durch die Rollen 0 fest auf die Scheibe geprefst wird und die Kupplung herstellt. In allen Fällen kann dann bei der Drehung im Sinne des Pfeiles ein Gleiten nicht stattfinden, wenn die Winkel, welche die Flächen des Zahnkranzes mit der Peripherie der Scheibe S bilden, kleiner sind, als der Reibungswinkel der gewählten Metalle. Die Lagerstühle L₁ (Fig. 3) tragen die Welle W₁ mit den beiden Excentern E und E₁, dem Sperrrade S und dem Zahnrade Z₁. Letzteres ist mit dem Zahnrade Z auf Welle W in Eingriff und. überträgt die Bewegung derselben auf die Welle W₁. Das Sperrrad S ist auf der Axe W₁ festgekeilt, wogegen die beiden ein Stück bildenden Excenter E und E₁ lose auf derselben sind. Seitlich an E₁ ist die Sperrklinke S₁ befestigt; durch dieselben werden die Excenter mit der Axe W₁ gekuppelt oder ausgeschaltet, je nachdem der Haken der Klinke in die Zähne des Sperrrades S eingreift, oder durch den Ausrücker Ji₁ daran verhindert wird. Wird dieser Ausrücker A₁ durch den niedergehenden Kolben abwärts gedrückt, so springt die Klinke S₁ in einen der Zähne des Sperrrades £ ein, und macht, die beiden Excenter . nach sich ziehend, eine Umdrehung der Axe W₁ mit, vorausgesetzt, dafs der Kolben nicht mehr auf den Ausrücker Zi₁ drücke, und dieser, durch die Feder wieder gehoben, die Klinke bei deren Anstofs ausschalte.

Um das Explosionsgemenge von Gas und Luft unter den Kolben und in den Cylinder einzuführen, mufs letzterer im geeigneten Augenblicke gehoben werden; es geschieht dies durch den Excenter E und den unter den Knaggen N der Kolbenstange greifenden Hebel h. Excenter E dient zur Bewegung des Schiebers C₁ (Fig. i). Derselbe liegt zwischen der Cylinderfläche C und dem Deckel C₂, und wird mit Hülfe von Spiralfedern /angedrückt; er öffnet oder schliefst die Kanäle χ und y (Fig. 2), läfst, während der Kolben durch den Hebel h etwas gehoben wird, durch den Kanal χ Luft und Gas in den Cylinder gelangen und entzündet alsdann dieses angesaugte Gemenge durch eine in seinem Innern brennende Gasflamme; endlich läfst er noch die verbrannten Gase zur rechten Zeit durch y entweichen. Zur Verdeutlichung dieser Functionen dienen die Figuren 8 bis 13, welche den Schieber und dessen Kanäle in ihren verschiedenen Stellungen darstellen. Ist die Klinke S₁ durch Anschlagen an den Ausrücker It₁ aufser Eingriff mit den Zähnen des Sperrrades S, so stehen beide Excenter still, und der Schieber C₁ befindet sich in seiner mittleren Stellung (Fig. 11). Es correspondirt alsdann der Cylinderkanal y mit dem Schieberkanal J₁ und dem Kanal in dem Deckel y.₂. Vor dem letzteren ist ein Ventil ν angebracht, welches sich bei Ueberdruck im Cylinder öffnet, bei Ueberdruck der äufseren Atmosphäre aber schliefst.

Bei Bewegung der Excenter geht der Schieber zunächst aus seiner mittleren Stellung nach unten und stellt in dem Augenblicke, in welchem er den Zusammenhang zwischen den Kanälen y, y_it y., abschneidet, eine neue Verbindung her zwischen dem zweiten Cylinderkanal χ und den darüber liegenden Kanälen m und 11 (Fig. 12), von denen ersterer mit der atmosphärischen Luft, letzterer mit einer Gasleitung in Verbindung steht. Vermittelt wird dieser Zusammenhang durch einen muschelförmigen Ausschnitt a im Schieber C₁. Da gleichzeitig der Kolben im Cylinder gehoben wird, so füllt sich letzterer bis zur entsprechenden Höhe mit einem Gemenge von Luft und Gas. Der Kanal q des Schiebers C₁ stellt während dieser Zeit die Verbindung zwischen dem in der Schieberfläche angebrachten Luftkanal M₁ und Gaskanal n, her. Das durch ;z, strömende Gas gelangt durch q aufsteigend zu der in dem Ausschnitte a_t des Schieberdeckels C₂ brennenden Gasflamme /,, entzündet sich an derselben und füllt brennend den Kanal q. Der Schieber geht dann in die Höhe (Fig. 13), alle zwischen dem Cylinder und den Gas- und Luftkanälen bestandenen Verbindungen werden abgeschnitten; Kanal q gelangt, nachdem er von Gas und Luft abgesperrt ist, in Communication mit Kanal x, und die in ihm fortglimmende Flamme entzündet das im Cylinder befindliche Explosionsgemenge. Der Excenter E hebt den Schieber noch etwas und führt ihn dann zurück in seine mittlere Stellung; Ausrücker Ii und Klinke S₁ schalten die Excenter aus, und diese, wie der Schieber verharren in dieser Position.

In dem Augenblicke der Entzündung schleudert die Explosion des Gemenges den Kolben in die Höhe, den Zahnkranz Z₀ mitbewegend. Dieser rapide Flug des Kolbens wird dadurch begrenzt, dafs die Verbrennungsproducte des explodirenden Gemenges ihre Wärme für den Auftrieb des Kolbens gegen den Druck der Atmosphäre und gegen den Trägheitswiderstand des Kolbens verwenden, auch in geringem Mafse die Cylinderwand erwärmen. Diese letztere Wärmeabgabe ist ein Effectverlust; die Ueberwindung des atmosphärischen Druckes dagegen kommt der Bewegung der Axe W beim Niedergang des Kolbens zugute, und die dem Kolben ertheilte lebendige Kraft wird auf Verdünnung des explodirenderi Gasgemenges unter den Druck der Atmosphäre, also auch nützlich verwendet. Beim Niedergang des Kolbens treibt die Atmosphäre mit einer Kraft gleich der Differenz des zu beiden Seiten stattfindenden Druckes den Kolben herunter. Hierbei wird die motorische Kraft an die Maschine abgegeben, da in dem Augenblick des Wechsels das Schaltwerk den in die Kolbenstange eingreifenden Zahnkranz Z₀ mit der Scheibe S kuppelt, und so die treibende Kraft des Kolbens auf Axe und Schwungrad überträgt. Je mehr sich der Kolben dem Boden des Cylinders nähert, um so geringer wird der niedertreibende atmosphärische Ueberdruck; er legt diesen Weg zurück mit der Peripheriegeschwindigkeit des Zahnkranzes, bis die noch im Cylinder befindlichen Verbrennungsproducte atmosphärische Spannung haben; alsdann öffnet sich das Ventil v, und der Kolben, durch sein Gewicht niedersinkend, drängt die Verbrennungsproducte durch dasselbe aus dem Cylinder, worauf sie durch den Hahn D und angeschraubte Röhren beliebig abgeführt werden können. Kurz bevor der Kolben den Boden des Cylinders erreicht, drückt der Knaggen N der Kolbenstange den Ausrücker It₁ nieder (Fig. 1), die Klinke S₁ greift in einen der Zähne des Sperrrades 5 ein, und da das Schwungrad R genügend lebendige Kraft angesammelt hat, so wiederholen sich die Functionen der Excenter und die Maschine bleibt im Gange.

In der Gasleitung befindet sich ein Hahn, durch dessen Stellung das Verhältnifs des angesaugten Gemenges von Luft und Gas so regulirt werden kann, dafs bei der Explosion der Kolben auf bestimmte Höhen geschleudert wird. Dadurch liefse sich der Gang der Maschine reguliren. Da jedoch der Nutzeffect' derselben für eine gewisse Flughöhe des Kolbens der beste ist, so empfiehlt es sich, die ausgeübte Kraft in solcher Weise zu reguliren, dafs die Flughöhe des Kolbens stets die gleiche bleibe, unabhängig von der, von der Maschine in der Zeiteinheit geforderten Leistung. Die Erfinder erreichen dieses dadurch, dafs sie die Zahl der Kolbenaübe unabhängig machen von der als constant hinzusehenden Umdrehungszahl der Axe. Bei

grofser Leistung macht der Kolben viele, bei geringerer Kraftanforderung weniger Hübe, und ist zu dem Ende der Steuerungsmechanismus unabhängig von der Umdrehungszahl der Welle W.

In dem Abblaserohr befindet sich ein Hahn D, welcher bei mehr oder minder geöffneter Stellung die Producte der Gasverbrennung schneller oder langsamer wird austreten lassen, und kann man das letzte Niedersinken des Kolbens beliebig verzögern. Ist der Hahn D weit genug geöffnet, so wird der Kolben beim Abblasen der verbrannten Gase mit derselben Geschwindigkeit auf den Cylinderboden sinken, welche er, der Peripheriegeschwindigkeit des Zahnrades entsprechend, angenommen hatte. Die Maschine arbeitet alsdann mit ihrer Maximalleistung. Schliefst man dagegegen den Hahn so viel, dafs eine Verzögerung des letzten Theils der niedergehenden Kolbenbewegung stattfindet, so bleibt, der Ausrücker hi länger in der gehobenen Stellung und die Umsteuerung findet verzögert statt. Die Stellung des Hahnes D mufs demnach abhängig gemacht werden von der, von der Maschine verlangten Leistung. Man kann. folglich bei ungleichmäfsigem Widerstände die Umdrehungszahl der Schwungradaxe reguliren durch Verstellung dieses Hahns oder überhaupt durch Verengung der Oeffnung des Abblaserohres. Verlängt man eine selbsttätige Regulirbarkeit, so wird es genügen, den, den Querschnitt des Abblaserohres beherrschenden Mechanismus in irgend einer der bekannten Weisen, z. B. durch Schwungkugelregulator abhängig von der Umdrehungszahl der Axe zu machen.

' In solchen Fällen, wo die Kraftübertragung des niedergehenden Kolbens direct auf eine Transmissionswelle erfolgen kann, machen die Erfinder Gebrauch von der in Fig. 4 dargestellten Disposition. Es ist t eine Transmissionswelle und / eine Riemscheibe, welche mit einem Riemen,, ή umspannt ist, dessen abwärts laufendes Ende in senkrechter Richtung nach einer Spannrolle /, führt, die über der Platte des unter der Transmission montirten Cylinders angebracht ist. Die Kolbenstange ist nicht verzahnt und bildet am oberen Ende einen Rahmen, welcher den Riemen Z₁ umfafst und auf der einen Seite eine glatte Fläche e hat, während auf der gegenüberliegenden eine Rolle O₁ um den Stift /i drehbar angebracht ist. Zwischen beiden befindet sich ein Kanal k_lt dessen vorspringende Nase bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens auf dem Rahmen aufliegt. Dadurch wird nicht nur der Keil am Herausfallen verhindert, sondern gestattet auch den Riemen ohne Reibung zwischen ihm und der Fläche e zu gleiten.

Ist der Kolben in die Höhe geflogen, so wird in dem Augenblicke, wo seine Abwärtsbewegung beginnt, der Keil bei seinem Bestreben weiter zu schwingen, sich zwischen die Rolle O₁ und den Riemen t_x drängen, und letzteren an die Fläche e festpressen. Der Kolben wird somit in dem Moment der Bewegungs-Umkehrung mit dem Riemen und der Transmissionswelle t gekuppelt und die Kraft, direct ziehend, auf letztere übertragen.

Als neu und eigenthümlich mit Rücksicht auf die früheren Gaskraftmaschinen heben die Erfinder besonders hervor:

1. Die sich unterbrechende Wirkungsweise des Kolbens.

2. Das Schaltwerk oder die Mechanismen, welche durch Friction die, bei der niedergehenden Bewegung des Kolbens entwickelte Kraft auf die Schwungradwelle übertragen.

3. Die Construction des Steuerungsmechanimus und Schiebers.

4. Die Kraftregulirung der Maschine durch Veränderung der Zahl der Kolbenhübe bei constanter Umdrehungsgeschwindigkeit der Schwungradwelle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.