DE8925C - Gaskraft- und Heifsluftmaschine - Google Patents

Description

1879.

Klasse

ALBERT TODT in FRANKFURT a. O. Gaskraft- und Heifsluftmaschine.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 16. Mai 1879 ab.

Am Untergestell A A, Fig. 1, ist der Saugcylinder B mit dem Saugkolben D d, ferner der Treibcylinder B₁ mit dem Treibkolben D₁ befestigt. An dem unteren Theil b b des Saugcylinders befindet sich die Ventilkammer V mit dem Zulafsventil υ. An V setzt sich das Rohr a, welches brennbares Gasgemisch oder erhitzte Luft zuführt. Zwischen b b und B₁ ist die Ventilkammer V₁ mit dem Ventile V₁ angebracht. e ist ein nach aufsen sich öffnendes Klappventil. Am Boden von B₁ befindet sich das Rohr Ji, welches zum Einspritzen von kaltem Wasser nach B₁ dient. Ji₁ ist das Abzugsrohr für die verbrauchten Gase und das verbrauchte Kühlwasser.

Die Pleuelstange des Saugkolbens greift an die Kropf kurbel k der Schwungradwelle, die Pleuelstange des Treibkolbens an die Stirnkurbel /£,, gebildet durch einen Arm des Schwungrades und einen daran befestigten Kurbelzapfen, k und i·, stehen unter i8o°zu einander und haben gleiche Kurbellänge, so dafs D und D₁ entgegengesetzten, aber gleich grofsen Hub haben. Die Durchmesser von D und J)₁ sind gleich grofs. Die Summe der zwischen beiden Kolben befindlichen Cylinderräume ist daher, abgesehen von dem Einfiufs der schiefen Stellung der ungleich langen Pleuelstangen, unveränderlich. .

Die Ventile werden durch die auf der Hauptwelle sitzenden Excenter m und Hi₁ gesteuert, und zwar so, dafs ν sich öffnet, wenn D d seinen Aufgang beginnt, und sich schliefst, wenn D d erst einen Theil seines Hubes zurückgelegt hat. Das Ventil V₁ bleibt während des ganzen Aufganges des Kolbens D d geschlossen, ist dagegen während des ganzen Niederganges von D d bei gleichzeitigem Aufgange von D₁ geöffnet.

Der untere Theil b b des Saugcylinders, das Ventilgehäuse V und das Zulafsrohr' α sind mit schlechten Wärmeleitern umhüllt, um möglichst wenig Wärme nach aufsen abzugeben.

Die Arbeit der Maschine als Heifsluftmaschine ist folgende. D d geht aufwärts, ν ist geöffnet, V₁ geschlossen. Durch α tritt heifse Luft in den unteren Theil b b des Saugcylinders. ν wird während des Hubes von D d plötzlich geschlossen , die in b b eingesaugte heifse Luft dehnt sich beim Weiteraufgang von D d aus, ihre Spannung und Temperatur wird vermindert.

Beim Niedergange von D d wird V₁ geöffnet, während ν geschlossen bleibt. Gleichzeitig geht D₁ aus seiner tiefsten Stellung in die Höhe. Die heifse Luft tritt aus b b nach B₁ , wird dort durch Einspritzen von kaltem Wasser stark abgekühlt und dadurch auf geringere Spannung gebracht. Hat D₁ seine höchste Stellung erreicht, so wird V₁ geschlossen. Der Ueberdruck der Atmosphäre treibt beim Weitergange der Kurbel Zi₁ den Kolben D₁ nach abwärts. Die durch Verdichtung der in B₁ befindlichen Luft frei werdende Wärme wird durch eingespritztes Wasser aufgenommen. Die verbrauchte Luft und das verbrauchte Kühlwasser werden infolge des schliefslich in B₁ eintretenden Ueberdruckes durch die sich selbst öffnende Klappe e ausgestofsen.

Während D₁ abwärts ging, hat sich D gehoben und von neuem heifse Luft nach b b gesogen, welche denselben Procefs durchmacht.

Die Vortheile der Ausdehnung der heifsen Luft im Saugcylinder sind in dem Diagramm, Fig. s, klargelegt. Angenommen, das Luftvolumen ν werde bei einer Atmosphäre Spannung durch Erwärmen auf 4 ν ausgedehnt, dann ohne Raumänderung wieder auf die ursprüngliche Temperatur gekühlt, so dafs die Spannung jetzt y, Atmosphäre beträgt, so wird, wenn nun der Atmosphärenüberdruck treibend auf den Kolben wirkt und gleichzeitig die durch Verdichtung der Luft frei werdende Wärme abgeführt wird, die durch die Fläche BEA dargestellte Arbeit geleistet. Dehnt man dagegen dieselbe Luftmenge, nachdem sie durch Erwärmen auf das vierfache des ursprünglichen Volumens ν gebracht ist, auf mechanischem Wege (durch Weiteraufziehen des Saugkolbens) noch auf das doppelte aus, ohne dabei Wärme zu- oder abzuführen, so sinkt die Luftspannung bis C = 0,377 Atmosphäre. Die Arbeit zum Aufziehen des Kolbens wird durch die Fläche FCB dargestellt. Wird erst jetzt die Luft ohne Raumänderung auf die ursprüngliche Temperatur gekühlt, so sinkt ihre Spannung bis D = % Atmosphäre, und die Arbeit, welche durch den Atmosphärenüberdruck bei Verdichtung der Luft unter steter Abkühlung geleistet werden kann, ist = FDEA. Hiervon die negative Arbeit (zum Aufziehen des Kolbens) FCB abgerechnet, giebt eine Arbeits-

leistung BCDEA. Dieselbe Luftmenge mit derselben zugeführten Wärmemenge liefert also im letzten Falle bedeutend mehr Arbeit als im ersten Falle. Es wird beim Aufziehen des Saugkolbens durch mechanisches Ausdehnen ein grofser Theil der in der Luft enthaltenen.freien Wärme in mechanische Arbeit umgesetzt, welche dann mittelbar durch Wirkung des Atmosphärenüberdrucks nutzbar gemacht wird.

Die Wirkungsweise der Maschine als Gaskraftmaschine ist folgende. Der Kolben D d geht aufwärts, ν ist geöffnet, V₁ geschlossen. Brennbares Gasgemisch tritt durch das Zuleitungsrohr α in den Cylinder b b, und zwar so lange, bis durch Anstofsen von h an R₁ der Schlufs von ν erfolgt. In demselben Augenblicke wird ein Zündventil s, Fig. 3 und 4, gehoben und die Zündöffnung frei. Die Zündflamme ζ wird in die Ventilkammer V gesaugt und entzündet das Gas, worauf die Zündöffnung sofort wieder geschlossen wird. Der Kolben D d wird durch das verpuffte Gas aufwärts gedrückt und wirkt treibend auf die Kurbelwelle.

Die in den Cylinder einzulassende Gasmenge kann durch Einstellung des Steuerungsmechanismus so bemessen werden, dafs der Kolben D d, wenn die Spannung des Gasgemisches auf die der Atmosphäre gesunken ist, bei weitem noch nicht seine höchste Stellung erreicht hat. Der nun folgende Vorgang ist genau derselbe, wie er oben für die Anwendung heifser Gase erläutert wurde.

b b ist von B durch einen starken Zwischenflantsch von Asbestpappe getrennt, um möglichst wenig Wärme nach B überzuleiten. Der gufseiserne, mit Stopfbüchsenliderung versehene Saugkolben trägt einen langen Porcellankopf d, welcher sich mit wenig Spielraum im Cylinder bewegt und als schlechter Wärmeleiter zwischen b b und B wirkt, um die schädliche starke Erwärmung des Theiles B zu verhindern.

Das Wasserzuführungsrohr R ist unten mit einem sich nach innen öffnenden Ventil, oben mit einer Brausekappe versehen. Es taucht unten in einen Behälter mit stetig zufiiefsendem kalten Wasser, letzteres wird in den Cylinder B₁ getrieben, so lange in- diesem die Spannung geringer ist als der Druck der äuferen Atmosphäre.

Als Einlafsventil für den Saugcylinder dient ein fast ganz entlastetes Doppelsitzventil v. Auf dem oberen Theil der Stange dieses Ventils ist die Hülse / festgekeilt. Diese trägt, um waagrechte Bolzen drehbar, einerseits den Winkelhebel h, andererseits das Gewicht g. h sowohl wie g werden durch eine an der Hülse / befestigte Feder/stets aufwärts gedrückt. Der senkrechte Arm von h hat oben einen Sperrhaken, welcher sich in eine seitliche Auskerbung der durch das Excenter auf- und abbewegten Hülse t einlegt, sobald sie sich in ihrer unteren Stellung befindet. Geht / aufwärts, so wird der Sperrhaken und mit diesem die Hülse / und das Ventil ν aufwärts gezogen, bis der Sperrhaken sich durch Anstofsen des waagrechten Hebelarmes h an den Regulatorhebel A₁ auslöst. Die Hülse / mit Ventilstange und Ventil υ fällt dann herab. Diese Abwärtsbewegung wird beim Aufschlagen des Ventils auf seinen Sitz plötzlich gehemmt, das Gewicht g schwingt noch weiter abwärts, schlägt dabei auf den Hebelarm i, Fig. 3, und öffnet das Zündventil s, welches für gewöhnlich durch eine Schraubenfeder nach abwärts gedrückt wird.

Als Zwischenventil zwischen b b und B₁ dient gleichfalls ein möglichst entlastetes Doppelsitzventil v,. Die Stange desselben ist oben mit Gewinde versehen, auf welches Mutter und Gegenmutter aufgeschraubt sind. Unter beiden Muttern ist auf der Ventilstange die Hülse ή verschiebbar. Dieselbe wird, wie die. Hülse t, von der Stange des Excenters M₁ gefafst. Die Muttern sind so eingestellt, dafs sie genau in der Mittetstellung des Excenters von der Hülse t₁ gefafst werden, so dafs das Ventil V₁ sich hebt. Befindet sich das Excenter m, unterhalb seiner Mittelstellung, so ruht V₁ auf seinem Sitze_! während sich die Hülse ή auf der Ventilstange frei verschiebt. Die Stellung der Kurbeln und Excenter ist aus der Fig. 2 ersichtlich.

Damit die Ventilstangen möglichst wenig an ihrer Dichtungsstelle durch die heifsen Gase erwärmt werden, sind die Stopfbüchsen hoch über den Ventilgehäusen angebracht. Sämmtliche Dichtungen und Liderungen der heifsen Theile der Maschine bestehen aus Asbest mit Specksteinfüllung.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Eine Heifsluftmaschine, welche nach folgendem Procefs arbeitet:

   a) Heifse Gase oder Verbrennungsproducte von beliebiger Spannung werden in einen Cylinder, dessen Temperatur nahezu unveränderlich auf der des heifsen Gases erhalten wird, von der Maschine angesaugt;

   b) das Volumen des heifsen Gases wird ohne äufsere Zu- oder Abführung von Wärme durch mechanisches Ausdehnen vergröfsert, die Spannung des Gases dadurch entsprechend vermindert und ein Theil der freien Wärme des Gases in äufsere Arbeit umgesetzt;

   c) das Gas wird nun ohne Volumenänderung in einen anderen Cylinder übergeführt, in diesem stark abgekühlt und so des gröfsten Theiles seiner Spannung beraubt;

   d) in diesem Cylinder wird durch den Ueberdruck der Atmosphäre der Arbeitskolben getrieben, während gleichzeitig die bei der Volumenverminderung des eingeschlossenen Gases frei werdende Wärme durch eine Kühlvorrichtung stetig abgeführt wird.

   Eine Gaskraftmaschine, welche sowohl die Spannkraft eines verpuffenden Gasgemisches als auch einen großen Theil der in den Verbrennungsgasen enthaltenen freien Wärme durch den unter i. angeführten Procefs in mechanische Arbeit umsetzt.
   Der Porcellankopf des Saugkolbens zum Zwecke der schlechten Wärmeübertragung auf den Theil des Saugcylinders, in welchem sich der Rumpf des Saugkolbens abgedichtet bewegt, in Anwendung aufHeifsluftmaschinen.

   Die selbstthätige Zu- und Abführung des Kühlwassers am Treibcylinder mittelst des Rohres 7? mit Rückschlagventil und Brause, sowie des Auslafsventils e bei atmosphärischen Heifsluftmaschinen.

   Der Steuerungsmechanismus des Einlafs- und Zündventils durch die Klinke h und das Gewicht g in Verbindung mit der Feder f und der Hülse t bei Gaskraftmaschinen.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen.