Titel: | Mittheilungen über die neuesten Fortschritte bezüglich der Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen; von Conrector G. Delabar in St. Gallen. |
Autor: | Gangolf Delabar [GND] |
Fundstelle: | Band 194, Jahrgang 1869, Nr. XLII., S. 169 |
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XLII.
Mittheilungen über die neuesten Fortschritte
bezüglich der Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen; von Conrector G. Delabar in St. Gallen.
(Fortsetzung von S. 14 dieses Bandes.)
Mit Abbildungen auf Tab.
IV.
Delabar, über die neuesten Fortschritte bezüglich der
Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen.
II.
Im Weiteren sollen nun ebenso die neueren Verbesserungen und Erfindungen auf dem
Gebiete der Heißluftmaschinen unseren Lesern zur Kenntniß
gebracht werden.
Gehen wir hierbei ebenfalls von der letzten Pariser Welt-Ausstellung von 1867
aus, so haben wir zunächst diejenigen Heißluftmaschinen in's Auge zu fassen, welche
auf derselben vertreten waren. Es waren nur wenige Exemplare, nämlich: drei
Exemplare in der amerikanischen, ein Exemplar in der englischen und ein Exemplar in der französischen Abtheilung.
Die letztere war eine geschlossene HeißluftmaschineUeber die Eintheilung und Benennung der Heißluftmaschinen beliebe man meinen Vorschlag im
polytechn. Journal Bd. CLXXXIII S.
114 nachzusehen, der inzwischen allenthalben, wie es scheint,
beifällig aufgenommen und so z.B. von Hrn. Dr.
Grashof, Director der polytechnischen Schule
in Carlsruhe, in der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure vom
August 1867 ganz besonders zur Beachtung empfohlen worden. von Laubereau neuester Construction, wie ich sie
schon früher in diesem Journal (Bd. CLXXIX S. 340 und Bd. CLXXXV S. 423) beschrieben
habe. Bei derselben wird bekanntlich mit jedem Kolbenhub stets dieselbe Luftmenge in einem geschlossenen Cylinder zuerst erhitzt und dann wieder abgekühlt. Durch diese abwechselnde Erhitzung und Abkühlung der
eingeschlossenen Luft wird der Betriebskolben in der Art hin- und herbewegt,
daß die Bewegung aufwärts durch die Expansion der inneren erhitzten Luft und die
Bewegung abwärts durch den Druck der äußeren atmosphärischen Luft erfolgt.
Diese Maschine zeichnet sich namentlich auch dadurch aus, daß sie unter allen bis
jetzt bekannten Maschinensystemen der Art im kleinsten Maaßstab gebaut und zugleich
für die Heizung mit Gas eingerichtet worden ist. Bei kleineren Maschinen, von bloß
1/75 bis 1/15 Pferdekraft, kann nämlich die Erhitzung einfach durch einen Gasbrenner
geschehen, wie dieß in Fig. 7 der früheren
Mittheilung (Bd. CLXXXV S. 424) angedeutet ist. Für größere Maschinen dagegen ist es
ökonomischer, Steinkohlen als Brennmaterial anzuwenden, wie dieß in der
Durchschnittszeichnung Fig. 8 jener Mittheilung
vorgesehen ist.
Die Abkühlung der erhitzten inneren Luft geschieht, wie gewöhnlich in solchen
Maschinen, mittelst kalten Wassers, welches, von einer kleinen Hülfspumpe
herbeigeschafft, den Cylinder, worin die Luft erhitzt wird, umgibt und, wie es sich
erwärmt, wieder durch frisches erneuert wird.
Zur Vervollständigung der früheren Beschreibung geben wir hier noch in Fig. 1 eine
Ansicht der mit einem Gasbrenner versehenen Maschine. Darin bedeutet A den einfachwirkenden Betriebscylinder mit dem
Arbeitskolben, B den Heizraum mit dem Gasbrenner C und dem Kamin D für die
abziehenden Verbrennungsgase, E den Cylindermantel,
worin die Luftkammern mit dem Vertheilungskolben, sowie der Umhüllungsraum für die
Circulation des Wassers enthalten sind, P die erwähnte
kleine Pumpe, welche mittelst eines Verbindungsrohres das kalte Wasser bei F in das Innere des eben erwähnten Umhüllungsraumes zu
schaffen hat; ferner N das an der gekröpften
Betriebswelle angebrachte und von ihr aus bewegte Bogendreieck, durch welches der
Vertheilungskolben in den Luftkammern abwechselnd auf- und abbewegt, und M die Kurbelstange, durch welche die Bewegung von dem
Arbeitskolben auf die Kurbel und damit auf die Betriebswelle des Schwungrades
übergetragen wird; endlich zeigt t das Rohr, welches die
Verbindung des Arbeitscylinders mit der Luftkammer im Speisecylinder herstellt.
Ueber das Spiel der Maschine haben wir weiter Nichts beizufügen, als daß dieselbe
sich in dieser Beziehung gegen andere Heißluftmaschinen durch ihren verhältnißmäßig
sehr schnellen Gang auszeichnet, da sie nämlich bis zu 500 Umdrehungen per Minute macht.
Diese Maschine empfiehlt sich besonders für die Kleingewerbe, welche in gewöhnlichen
Wohnzimmern betrieben werden, und namentlich für ganz kleine Effecte, weil sie
alsdann, wie bemerkt, durch einen einfachen Gasbrenner geheizt werden kann und ihr
Betrieb in diesem Falle jedenfalls nicht nur bequemer, sondern auch ökonomischer
ausfällt als bei Gas- und Dampfmaschinen. Ihr Ankaufspreis erscheint
indessen, wie aus folgender Tabelle zu entnehmen ist, immer noch wohl hoch.
Nach den Angaben von Laubereau betragen nämlich:
bei einer Maschine
die Heizungskosten in 10 Stunden
die Anschaffungskostender neuen Maschine
mit Gas
mit Kohks
von 1 Kilogr.-Met.
– Fr. 40 Cent
– Fr. – Cent.
150
Fr.
„ 3
„
– „
75 „
– „ – „
300 „
„ 5
„
– „
90 „
– „
50 „
375 „
„ 10
„
1 „
50 „
– „
75 „
425 „
„ 15
„
2 „ –
„
– „
90 „
525 „
„ 25
„
– „ –
„
1 „
10 „
850 „
„ 50
„
– „ –
„
1 „
50 „
1100 „
„ 75
„
– „ –
„
2 „ – „
1500 „
„ 150
„
– „ –
„
2 „
50 „
2500 „
Rechnet man das Gas per Kubikmeter, wie dieß in Paris der
Fall ist, zu 30 Centimes, so verbraucht die Maschine (von 15 Kilogr.-Met.)
per Stunde und Pferdekraft etwas über 3 Kubikmeter
Gas. Rechnet man dagegen das Kilogramm Kohks zu 15 Centimes, so verbraucht die
einpferdige Maschine bloß 1 1/3 Kilogrm. Kohks. Zugleich ersieht man aus obiger
Tabelle, daß die Heizung einer einpferdigen Maschine, also einer Maschine von 75
Kilogr.-Meter mit Kohks, nur so viel wie die einer Maschine von 15
Kilogr.-Met. mit Gas kostet.
Von den amerikanischen Maschinen war die eine eine Ericsson'sche Maschine, die andere eine Maschine von Roper und die dritte eine solche von Shaw, wie sie ebenfalls schon früher in diesem Journal
beschrieben worden sind.
Die erste war von G. A. Robinson aus New-York
ausgestellt und zum Betrieb eines Alarmhorns applicirt. Diese Maschine ist sammt
Alarmhorn in Fig.
2 in perspectivischer Ansicht veranschaulicht, und ich erlaube mir, auch
hierüber einige weitere Bemerkungen beizufügen.
Zur Nachtszeit und besonders bei Nebelwetter, wenn das Licht der Leuchtthürme nicht
hinreichend genug durch die Nebelschichten dringt, wie es für die ankommenden und
abgehenden Schiffe der Seehäfen und selbst für die auf dem Meere sich kreuzenden
Schiffe nöthig und wünschenswerth ist, wird in neuester Zeit statt dessen das Alarmhorn in Thätigkeit gesetzt. Es ist dieß eine
mächtige Trompete, welche zu diesem Behufe mittelst einer dazu besonders
vorgerichteten Maschine angeblasen wird. Eine solche fand sich denn auch im englischen Leuchtthurme vor, wo sie von Zeit zu Zeit von
einer Ericsson'schen Maschine in Thätigkeit gesetzt wurde. Eine andere, wie
sie seit einigen Jahren von der amerikanischen Regierung
adoptirt worden ist und ebenfalls von einer Ericsson'schen Maschine betrieben wird, war die oben erwähnte und in Fig. 2
abgebildete Maschine im amerikanischen Annex.
Die Trompete
T ist eine Erfindung Daboll's, und die Töne welche sie hervorzubringen im Stande ist, sind von
außerordentlicher Stärke und Mächtigkeit. Sie sollen auf nicht weniger als 15 engl.
Meilen, also über 3 Stunden weit, in das Meer hinein gehört werden, und dabei
keineswegs mit dem Lärm der Meereswogen oder mit dem Rollen des Donners verwechselt
werden können. Zudem könne man die Stärke der Töne sowohl als deren Aufeinanderfolge
beliebig variiren, so daß man zu jeder Zeit und zu jeder auch noch so nebeligen
Witterung durch gewisse conventionelle Combinationen der Töne auf solche enorme
Entfernungen Specialsignale zu ertheilen im Stande ist. Gleichzeitig ist an der
Maschine die Einrichtung getroffen, daß die Mündung der Trompete nach jeder
beliebigen Richtung der Windrose eingestellt werden kann. Diese Riesentrompete wird
durch comprimirte Luft von einem Reservoir aus getrieben, in welchem die
Comprimirung derselben durch eine Ericsson'sche
Niederdruck-Heißluftmaschine bewirkt wird.
In unserer Figur stellt A das Reservoir für die
comprimirte Luft und T, wie schon bemerkt, das Alarmhorn
dar. Die Verbindung beider findet mittelst eines Rohres statt, welches mit Ventilen
versehen ist, deren Spiel durch einen Federhebel bewirkt wird, welcher seinerseits
von einem Kammrad C betrieben wird. Jedesmal wenn ein
Kamm den Ventilhebel mitnimmt, wird ein Ton erzeugt und man begreift, daß man durch
die Einrichtung dieses Mechanismus den Namen des Leuchtthurmes oder des Schiffes
oder irgend ein anderes Signalzeichen durch die in einer Minute erzeugte Anzahl der
Töne oder durch eine Combination der Intervalle zwischen den aufeinanderfolgenden
Tönen erkennen und verständlich machen kann.
Damit die Mündung der Trompete T nach jeder beliebigen
Richtung der Weltgegend eingestellt werden kann, ist am unteren Ende derselben ein
conisches Rad F angebracht, das in einen entsprechenden
conischen Radbogen E von einem viel größeren Radius
eingreift, so daß ersteres daran eine ganze Umdrehung machen kann. Der Sector erhält
seine hin- und hergehende Bewegung durch einen besonderen, an der Welle des
Kammrades angebrachten Mechanismus, bestehend in einer T-förmigen Nuth, welche längs eines Durchmessers des Rades angebracht
ist und in einem Gleitstück, das mittelst einem Knopf in jener geführt wird und die
Bewegung auf den Sector E überträgt.
In G befindet sich ein Sicherheitsventil, welches der
eingeschlossenen Luft einen Ausweg gestattet, wenn der Druck derselben zu groß seyn
sollte.
Die in Paris ausgestellte Trompete war genau dieselbe, wie sie auf dem Dampfschiff
„Cuba“ von der Cunard-Linie functionirt und welche
bestimmt ist, die Lage dieses Schiffes während der Nacht oder während des
Nebelwetters zu signalisiren.
Die amerikanische Regierung hat dieses Signalsystem mit der Daboll'schen Trompete gutgeheißen und sofort auch in den Häfen von San
Francisco, von Détroit, New-London, New-Haven auf der Insel
Thatcher, im Hafen von Boston, in Beaver-Tail, Narraganset-Bay etc.
eingeführt. Auch die englische Regierung hat dieselbe bereits auf der Insel Wight,
in Dungeneß am Canal und in Glasgow zur Anwendung gebracht. Die oben erwähnte, in
Paris ausgestellte Maschine der englischen Abtheilung war von der gleichen
Einrichtung.
Die Heißluftmaschine selbst war nach dem System der Ericsson'schen Niederdruckmaschinen mit offener, gewöhnlicher Feuerung und
ohne Regenerator eingerichtet, wie sie schon früher in diesem Journal (Bd. CLIX S.
82) beschrieben worden ist, weßhalb es überflüssig erscheint, dieselbe hier nochmals
zu beschreiben. Es mag nur noch bemerkt werden, daß der Kolben der Compressionspumpe
A sowohl als jener der einfachwirkenden Maschine B an einer und derselben Stange befestigt ist, und daß
die Treibstange, die Kurbel und das Schwungrad nur dazu dienen, den todten Punkt zu
überwinden, d.h. den Betriebskolben am Ende seines Laufes so zu führen, daß die
Bewegung continuirlich stattfindet.
Die ausgestellte Heißluftmaschine von Roper war hingegen
eine offene Maschine mit geschlossener innerer Feuerung und ganz von der gleichen Construction, wie
ich sie schon früher in diesem Journal (Bd. CLXXVIII S. 249) beschrieben habe. Da
sie sich ohnedieß in einem nicht besonders günstigen, sondern in einem ziemlich
vernachlässigten Zustande befand, so ist auch nichts weiter darüber zu bemerken.
Seitdem soll sie aber nach einer Mittheilung im Scientific
American vom 24. April 1869, dem ich auch die Fig. 3 entnommen habe,
weiter verbessert worden seyn. Vor Allem erscheint sie stärker und solider gebaut.
Dann aber weist sie auch, wie die Figur zeigt, wesentliche Verbesserungen einzelner
Theile aus.
Die Luftpumpe A ist vergrößert und wieder auf den Boden
placirt, damit die kälteste Luft angesaugt und in den Herd getrieben werden kann.
Die comprimirte Luft gelangt mittelst der Marionetten-Ventile (poppet valves) B, B unter
den Kolben des Arbeitscylinders, ähnlich wie dieß auch bei den anderen derartigen Maschinen
geschieht. Dadurch werde ein ruhiger, stetiger Druck im Feuerraum erlangt und die zu
große Hitze im Arbeitscylinder beseitigt, so daß sich die Kolbendichtungen für die
Dauer besser halten. Zudem sey das Innere der Feuerbüchse C mehr mit feuerfesten Steinen und schlechten Wärmeleitern umgeben,
wodurch die Maschine nicht nur solider wird, sondern auch die Hitze in derselben
besser beisammengehalten wird. Durch eine einfache Flügelschraube könne die Maschine
gestellt werden, so daß sie bei derselben Kraft 40 bis 120 Umdrehungen per Minute zu machen im Stande sey und dabei gleichwohl
einen fast ebenso ruhigen, stetigen und gleichförmigen Gang annehme wie eine
Dampfmaschine.
Diese Maschine hat zu ihrer Bedienung, wie die vorige Ericsson'sche, kein Wasser nöthig, und da sie, wie alle Heißluftmaschinen,
keinen Dampfkessel hat, so ist bei ihr auch keine Gefahr zu explodiren
vorhanden.
Eine solche Maschine von 1 Pferdekraft wiege circa 2000
Pfd. engl., von 2 Pferdekräften 3000 Pfd. und von 4 Pferdekräften 5000 Pfd., und was
den Brennmaterialverbrauch betrifft, so bemerkt unsere Quelle, daß sie per Tag und Pferdekraft 40 Pfd. Kohle verbrauche, was
etwa 1 1/2 bis 2 Kilogrm. per Stunde und Pferdekraft
ausmacht.
Die Heißluftmaschine von Shaw, die einzige auf der
Ausstellung in Bewegung befindliche Maschine der Art, war in einem besonderen Annex
frei im Park ausgestellt und zum Betriebe einer in einem geeigneten Wasserreservoir
befindlichen Schiffsschraube in Thätigkeit gesetzt.
Diese Maschine, von 20 indicirten Pferdekräften, war nach einer ganz neuen Anordnung,
wie ich sie bereits in diesem Journal, Bd. CLXXXVI
S. 1, mit Hülfe von detaillirten Zeichnungen näher beschrieben habe,
construirt. Indem ich auf jene Beschreibung mit den sie begleitenden Zeichnungen
verweise, sey hier nur in Ergänzung jener Mittheilung bemerkt, daß dieselbe
ebenfalls eine offene Maschine mit geschlossener, innerer
Feuerung ist, worin die mit jedem Hub frisch angesaugte atmosphärische Luft
in directe Berührung mit dem Feuer kommt, sich daselbst mit den Verbrennungsgasen
mischt, und daß dann dieses Gemisch der erhitzten atmosphärischen Luft mit den
Gasproducten der Feuerung in den Betriebscylinder gelangt, wo es zuerst durch
Volldruck und dann durch Expansion bis fast zum Atmosphärendruck auf den Kolben
wirkt und demselben eine hin- und hergehende Bewegung ertheilt. Dabei ist die
Maschine, was ebenfalls hier nochmals bemerkt werden mag, doppelt angeordnet, d.h. es sind zwei Betriebscylinder vorhanden, deren
Kolben und Kolbenstangen durch eine Art Balancier mit einander verbunden sind und von denen der
eine sich vorwärts bewegt, während der andere in der Rückwärtsbewegung begriffen
ist, wie dieß bei doppeltwirkenden Maschinen auch immer der Fall ist.
Als eine weitere Eigenthümlichkeit dieser Maschine erscheint die Einrichtung des
Regenerators, welchen Ericsson bei seiner neuen
Niederdruckmaschine fallen gelassen, Shaw hingegen als
einen wesentlichen Theil derselben wieder neu aufgenommen hat. Derselbe besteht aus
einer größeren Anzahl verticaler Röhren und hat bekanntlich die Bestimmung, die
Wärme der mit jedem Hub austretenden heißen Luft möglichst zurückzuhalten und an die
frisch zuströmende kalte Luft wieder abzugeben, um so diese vorzuwärmen und die
Feuerungswärme überhaupt besser auszunutzen. In den Figuren 3 und 4 der oben
erwähnten früheren Mittheilung ist dieser wichtige Theil mit K bezeichnet. Unten bei P tritt die
verbrauchte heiße Luft in die Röhren ein und oben entweicht sie dann in den Kamin
Q. Die äußere kalte Luft tritt dagegen bei T ein und bei L, nachdem sie
vorgewärmt worden ist, wieder aus, um hierauf im Heizraum ihre völlige Erhitzung zu
erlangen.
Die Hauptverbesserung der Maschine von Shaw besteht nun
aber darin, daß alle die Schwierigkeiten, welche sonst bei derartigen Maschinen in
Folge der zu großen Erhitzung des Arbeitscylinders und der mit ihm in Verbindung
stehenden Maschinentheile mehr oder weniger vorkommen, bei ihr gänzlich beseitigt
sind. Der Arbeitscylinder wird bei derselben nicht einmal so warm wie bei einer
Hochdruck-Dampfmaschine und die Ventile für die Ein- und Ausströmung
der heißen Luft, sowie der Betriebskolben selbst mit allen übrigen beweglichen
Maschinentheilen werden durch einen kalten Luftstrom, der dieselben stets umgibt und
zum Theil durch dieselben hindurchzieht, fortwährend kühl erhalten. Gerade durch
diese Vorsichtsmaßregeln, womit in dieser Maschine alle beweglichen Theile vor zu
großer Erhitzung und zu schneller Abnutzung und Zerstörung bewahrt werden, hat sich
Shaw ein wirkliches Verdienst erworben. Man darf sich
deßhalb auch nicht wundern, daß diese Maschine auf der Ausstellung in Paris
ziemliches Aufsehen erregte, wie dieselbe denn auch schon früher zu Hause die
Aufmerksamkeit der Gesellschaft der Mechaniker von Massachusetts auf sich zog,
welche Hrn. Shaw in Anerkennung seiner werthvollen
Erfindung bereits im September 1865 eine goldene Medaille mit dem für ihn sehr
ehrenvollen Zeugniß zustellen ließ, „daß seine Heißluftmaschine mehrere
werthvolle Neuigkeiten enthalte und mehr erfinderisches Genie, Einbildungskraft
und Verstand kundgebe als jede andere der bis dahin bekannten derartigen
Maschinen.“
Die in Paris ausgestellte Maschine hatte, wie bereits bemerkt, 20 indicirte Pferdekräfte,
consumirte 40 Kilogr. Steinkohlen per Stunde und
lieferte bei den Bremsversuchen eine effective Leistung von 16 Pferdekräften. Das
Verhältniß des Volumens des Betriebscylinders zum Volumen der Luftpumpe war wie 5 :
3 und jenes der Expansion wie 5 : 6.Revue de l'Exposition de 1867, publiée par la Revue universelle des mines
sous la Direction de M. Ch.
de Cuyper, professeur de la Faculté des sciences de l'Université de
Liège, Paris 1868, tomes XXIII
et XXIV p
464.
Seitdem fand die Heißluftmaschine von Shaw in den
verschiedenen Ausstellungsberichten wie in den technischen Zeitschriften verdiente
Anerkennung und Würdigung.
Wie ich aus einer Mittheilung im Engineer vom 10.
September 1869 ersehe, wurde dieselbe kürzlich aus gleichem Grunde auch zum
Gegenstande eines Vortrages in der Versammlung der British
Association zu Exeter gemacht. Der Vortragende, Civilingenieur T. Chellingworth, bezog sich hierbei auf Zeichnungen
mehrerer in England wirklich ausgeführter Maschinen dieser Art; so z.B. auf eine
14pferdige und eine 3pferdige, welche beide in den Beaufort-Werften zu London
in Thätigkeit sich befinden sollen. Nachdem derselbe die Maschine näher beschrieben
und die Eigenthümlichkeiten derselben gehörig hervorgehoben hatte, machte er auch
noch auf einige neue Momente aufmerksam, die hier ebenfalls noch besonders erwähnt
zu werden verdienen. Das erste betrifft die verbrauchte heiße Luftmischung, welche
man, anstatt sie vom Kamin in die freie atmosphärische Luft entweichen zu lassen,
zur Heizung eines Dampfkessels oder zu anderen industriellen Zwecken verwenden
könne. Auf diese Weise werde die abströmende heiße Luft der eben erwähnten
14pferdigen Shaw'schen Heißluftmaschine in London zur
Heizung eines 4pferdigen Röhren-Dampfkessels benutzt, in welchem Dampf von 30
Pfd. (engl.) Druck per Quadratzoll erzeugt werde.
Ein weiterer Punkt betrifft das Anlassen oder Ingangsetzen der Maschine. Bei kleinen
Maschinen, wie sie bisher fast ausschließlich gebaut wurden, reichte es hin, das
Schwungrad von Hand ein- oder zweimal umzudrehen, um die Maschine, nachdem
das Feuer in derselben gehörig vorbereitet und alle Thüren und Oeffnungen dicht
abgeschlossen worden sind, in Gang zu setzen. Bei großen Maschinen findet diese Art
der Ingangsetzung jedoch am Widerstand des schweren Schwungrades ein Hinderniß. Dann
könne man aber die Einrichtung treffen, daß die Feuerluft unter einen kleinen
Hülfsdampfkessel geleitet, darin Dampf bis zu einer Spannung von etwa 20 Pfd. per Quadratzoll erzeugt und nachher durch eine 3/4 Zoll
weite Röhre in die Maschine abgeleitet wird. Dadurch werde dann diese, nachdem die
Feuerthüren wieder gehörig verschlossen worden sind, augenblicklich in Gang
gesetzt.
Endlich wird noch hervorgehoben, daß die Maschine von Shaw, da sie viel weniger Raum als die jetzigen Marinemaschinen mit ihren
großen Kesseln einnehmen, ganz besonders auch für Schiffsmaschinen sich eigne, indem
dadurch 2/3 bis 3/4 des Schiffsraumes für Kohlenaufnahme erspart werden können.
Schließlich stellt der Redner noch eine Vergleichung an zwischen dieser neuen
Heißluftmaschine und der Dampfmaschine, und bemerkt, daß die neue Erfindung, wenn
ihr anders, wie zu hoffen steht, die Erreichung ihres vorgesetzten Zieles gelingt,
als eine der bemerkenswerthesten und wichtigsten der neueren Zeit bezeichnet werden
dürfe, bestimmt im Bereiche der motorischen Kräfte eine ebenso große, wo nicht noch
größere Umwälzung hervorzurufen, als selbst die ursprüngliche Einführung der
Dampfmaschine eine solche nach sich gezogen habe. Als bewegende Kraft besitze die
heiße Luft alle die Vortheile, welche dem Dampf eigen sind. Außerdem seyen ihr aber
noch andere Vortheile eigenthümlich. Die atmosphärische Luft werde als Träger der
Hitze, überall wo man Kraft verlange, gefunden, während das Wasser, als Rohstoff für
den Dampf, bekanntlich nicht an allen Orten getroffen werde und die Erzeugung des
Dampfes deßhalb oft mit Schwierigkeiten und Kosten verbunden sey. Zudem sey der
Dampf „ein guter Diener, aber ein sehr schlechter Meister,“
denn wenn er nicht in fortwährender aufmerksamer und vorsichtiger Unterwürfigkeit
gehalten werde, zerreiße er auch die stärksten Schranken seiner Eisenhülle und
bedrohe Alles um ihn mit Tod und Zerstörung. Aus diesem Grunde werden auch die
Gebäude, in denen irgend eine Dampfmaschine enthalten, bei Feuerversicherungen stets
als besonders gefährliche Gegenstände betrachtet und deßhalb mit entsprechend großen
Prämien belastet. Die heiße Luft sey von allen diesen Uebelständen frei, weil bei
ihr keine Explosionen vorkommen können. Deßhalb könne die Luftmaschine überall und
auch an solchen Orten wo die Dampfmaschine nicht gestattet ist, aufgestellt werden,
ja selbst in den gewöhnlichen Wohnzimmern, wo sie für jeden häuslichen oder anderen
Dienst nützlich gemacht werden könne. Was endlich die Kosten anlange, so sollen sich
dieselben bei der Luftmaschine zu jenen bei der Dampfmaschine wie 1 : 4
verhalten.
Faßt Chellingworth die Luftmaschine und namentlich die
neuen Verbesserungen von Shaw auch etwas zu
enthusiastisch auf, so ist doch nicht zu verkennen, daß sie in der Entwickelung der
Heißluftmaschinen als ein bedeutender Fortschritt zu betrachten sind und daß daher
unsere Mechaniker und Industriellen gut thun werden, wenn sie dieselben einer ernstlichen Prüfung
unterziehen und die weitere Vervollkommnung dieses neuen Maschinensystemes überhaupt
nicht aus den Augen verlieren.
––––––––––
Wenden wir uns nun zu den übrigen seit der Pariser Ausstellung bekannt gewordenen
Erfindungen und Verbesserungen bezüglich der Heißluftmaschinen, so haben wir noch
eine ganze Reihe neuer Arbeiten über solche Maschinen in's Auge zu fassen, welche
für unsere Leser mehr oder weniger Interesse bieten dürften. Dahin zählen wir die
Heißluftmaschine von Burdin u. Bourget in Frankreich, von Edwards u. Comp., ferner von Wenham und
Churchill in England, und
von Lehmann in Deutschland.
Wir wollen dieselben nach einander einzeln besprechen.
Die Heißluftmaschine von Burdin und
Bourget.
Wir haben über dieses Maschinensystem ebenfalls schon in einem früheren Artikel in
diesem Journal (Bd. CLXXIX S. 249) Bericht erstattet. Seitdem haben die Erfinder die
Sache weiter verfolgt und der eine derselben, Hr. Burdin,
hat darüber der französischen Akademie eine weitere Abhandlung eingereicht,Comptes rendus, t. LXV p. 392; September 1867. welche sich vorzüglich auf die Ausnutzung der heißen Luft bezieht und der
Hauptsache nach hier nun mitgetheilt werden soll.
Für diejenigen Leser, denen die frühere Mittheilung über die Einrichtung dieser
Maschinenanlage nicht bekannt oder doch nicht mehr gegenwärtig seyn sollte, erlauben
wir uns die Bemerkung vorauszuschicken, daß hierbei der Rauch und die
Verbrennungsgase von einer Feuerung aus, welche ähnlich wie eine Dampfkesselfeuerung
eingerichtet ist, durch einen nach abwärts geneigten Canal in den Schornstein
entweichen, und daß in diesem Canal der Länge nach mehrere parallele Röhren sich
befinden, durch welche die von außen zugeleitete und mittelst einer besonderen
Vorrichtung bis auf 2 Atmosphären oder noch höher comprimirte atmosphärische Luft
der Bewegungsrichtung des Rauches entgegengesetzt, also aufwärts bis zur Feuerung
geleitet wird und dabei den Verbrennungsgasen ihre Wärme großentheils entzieht. Hat
alsdann die auf 2 Atmosphären comprimirte Luft auf ihrem Wege durch die Leitröhren
bis zur Feuerung die Temperatur von circa 800° C.
erreicht, so gelangt sie in den Betriebscylinder, um den Kolben desselben anfänglich
mit Volldruck und nachträglich mit Expansion bis zur Atmosphären-Spannung in
Bewegung zu setzen,
wobei sie sich auf etwa 150° C. abkühlt, und hierauf in den Feuerherd, um
sich daselbst in unmittelbarer Berührung mit der in Verbrennung begriffenen Kohle
von ihrer bis auf 150° C. erniedrigten Temperatur sofort wieder auf jene von
circa 900° C. zu erhöhen, womit sie nun den
äußeren Umfang der Heizröhren umspült und ihre Wärme zur Erhitzung der in den Röhren
zugeleiteten frischen comprimirten Luft abgibt.
Auf diese Weise wird, wie man sieht, die ganze Wärme des Brennstoffes ausgenutzt, mit
Ausnahme jener, welche mit den Rauchgasen am Ende des Canals in den Schornstein
entweicht und welche – da der Rauch bei gehöriger Anzahl und Verlängerung der
Leitröhren bis auf 111° C. abgekühlt wird und die specifische Wärme der
Verbrennungsgase zu 0,24 und die Menge der Zugluft zum dreifachen Betrage derjenigen
angenommen werden kann, welche nöthig ist um den Kohlenstoff der Kohle zu
Kohlensäure zu verbrennen, ohne daß sich hierbei Kohlenoxyd bildet – per Kilogramm der verbrauchten Kohle beträgt:
111 . 0,24 . 3 . 12 = 960 Wärmeeinheiten.
Nimmt man weiter die Steinkohle im Mittel zu 7000 Wärmeeinheiten und das mechanische
Wärmeäquivalent zu 425 Kilogr. Meter anDiese Zahl wird sonst allgemein zu 424 angenommen; der kleine Unterschied
kommt hier jedoch kaum in Betracht., so ergibt sich für die von Burdin und Bourget projectirte Maschine per Kilogrm. Steinkohle eine mechanische Arbeit von:
(7000 – 960) 425 = 2'567'000 Kilogr.-Meter.
Wird damit die Leistung unserer Dampfmaschinen verglichen, welche im günstigsten
Falle noch immer 1 Kilogrm. Kohle per Stunde und
Pferdekraft verbrauchen, also mit 1 Kilogramm Steinkohle bloß
75 . 3600 = 270'000 Kilogr.-Meter
leisten, so verhält sich hiernach die Leistung der neuen
Luftmaschine zur Leistung der Dampfmaschine wie:
2'567'000 : 270'000 = 9 1/2 : 1,
woraus folgt, daß die Leistung der
ersteren 9 1/2mal so groß ist als die der besten
Dampfmaschine, oder umgekehrt, daß, da dieselbe
per
Stunde und Pferdekraft nur 1/(9½) = 2/19 = 0,105,
also bereits nur 1/10 Kilogramm
Steinkohlen verbraucht, die Brennmaterial-Ersparniß 9/10 derjenigen Menge beträgt, welche selbst bei den besten
Dampfmaschinen verwendet wird.
Dieses theoretische Rechnungsresultat wäre nun freilich,
wenn es sich auch wirklich durch die neue Maschinenanlage realisiren ließe, sehr
günstig. Allein es scheint, daß die Erfinder trotzdem noch immer nicht zur
praktischen Ausführung und Anwendung ihrer projectirten Maschine gelangt sind, und
daß sie, ihren neuesten Berechnungen nach zu schließen, auch deren
Leistungsfähigkeit nicht mehr so hoch, sondern wenigstens um die Hälfte niedriger,
nämlich bloß zu 1/5 bis 1/4 Kilogr. Kohle per Stunde und
Pferdekraft finden.
Dabei gehen sie wieder von einem Kubikmeter gewöhnlicher Luft von der Temperatur von
10° C. und einem Gewicht von 1,254 Kilogrm. aus, welche, bevor sie in den
Betriebscylinder gelangt und auf den Kolben wirkt, zuerst auf 2 Atmosphären
comprimirt und auf 800° C. erhitzt wird. Diese Luft sey dann im Stande, indem
sie zuerst mit vollem Druck und dann mit Expansion bis zum atmosphärischen Druck auf
den Kolben wirke, eine weit größere Arbeit zu verrichten, als jene ist, die zu ihrer
anfänglichen Compression und ihrem Eintreiben in die Heizröhren nöthig war.
Zur Berechnung dieser mechanischen Arbeit nehmen sie weiter an:
1) daß die Heizröhren in ziemlicher Anzahl vorhanden seyen und der zu erhitzenden
Luft eine hinreichend große Berührungsfläche darbieten, damit die Wärme der
Verbrennungsgase möglichst zurückgehalten und an die mit jedem Kolbenhub frisch
aufgenommene comprimirte Luft abgegeben werde;
2) daß diese Heizröhren ein Volumen besäßen, welches beträchtlich größer sey, als
dasjenige des mit jedem Hub verbrauchten Gases, damit der innere Druck derselben
während der Cylinderabsperrung oder Expansionswirkung sich nur unmerklich vermehre;
und
3) daß dem Rauch und den Verbrennungsgasen die Wärme zu Gunsten der Betriebsluft
möglichst entzogen werde.
Auf diese Grundlage gestützt, hat nun Burdin seine neueste
Untersuchung angestellt und dabei gefunden, daß die Temperatur der die Heizröhren
umgebenden Rauch- und Verbrennungsgase anfänglich 923,22° C. und am
Ende 123,22° C. und die der inneren Betriebsluft umgekehrt zuerst, nachdem
sie auf zwei Atmosphären comprimirt worden ist, 73,22° C. und zuletzt, gerade
bevor sie in den Cylinder übertritt, 800° C. betrage. Die Uebertragung der
Wärme von der äußersten Rauchluft auf die innere entgegenströmende Betriebsluft
finde demnach bei einem Temperatur-Unterschied statt, welcher anfangs
923,22° – 800° = 123,22° und am Ende 123,22°
– 73,22° = 50° C. oder im Mittel: (123,22° +
50°)/2 =
86,61° C. beträgt. Hierbei ist 73,22° die Temperatur, welche der auf 2
Atmosphären comprimirten Betriebsluft entspricht, und 50° die Temperatur, um
welche die äußere Rauchluft die innere Betriebsluft noch stets übertreffen muß, wenn
die Gegenströmung und Uebertragung der Wärme am zweckmäßigsten erfolgen soll.
Indem die Betriebsluft von der Temperatur 73,22° auf jene von 800°
steigt, entzieht sie der äußeren Rauchluft per Secunde
die Wärmemenge von:
1,254 . 0,24 (800 – 73,22) = 0,301 . 726,78 = 218,76
Calorien.
Allein, indem die Luft von 10° auf 800° erhitzt und auf 2 Atmosphären
comprimirt wird, ändert sie zugleich ihr specifisches Gewicht. Burdin bestimmte dasselbe zu 0,77442, so daß ein Kubikmeter derselben
nicht mehr 1,254 Kilogrm., sondern bloß 0,77442 . 1,254 = 0,97112 Kilogrm.
wiegt.
Die Wärmemenge, welche die Maschine per Secunde oder per Kolbenhub erfordert, beträgt demnach für gewöhnliche
Luft von 10°:
0,77442 . 1,254 . 0,24 (923,22 – 10) = 212,781
Calorien.
Da aber die Betriebsluft, nachdem sie auf den Kolben ihre Wirkung ausgeübt hat, noch
eine Temperatur von 598,629° zeigt, so erfordert die Erhitzung der Luft per Kolbenhub oder per
Secunde nur eine Wärmemenge von:
0,77442 . 1,254 . 0,24 (923,22 – 598,629) = 75,66216
Calorien.
Da nun ein Kubikmeter Luft von 10° C., welche auf zwei Atmosphären comprimirt
und auf 800° erhitzt worden ist, nach Burdin eine
mechanische Arbeit von 16'665 Kilogr.-Meter zu leisten vermag, so erhält man
per Calorie einen Nutzeffect von:
16'665/75,66216 = 220,26 Kilogr.-Meter.
Der Wirkungsgrad der neuen Maschine beträgt demnach für
diesen Fall, da die mechanische Arbeit einer Calorie oder
Wärmeeinheit 425 Kilogr.-Meter gleichzusetzen ist:
220,26/425 = 0,518.
Die Maschine, welche dem Vorstehenden zufolge eine mechanische Arbeit von 16'665
Kilogr.-Met. oder 16'665/75 = 222,22 Pferdekräften producirt, würde hierzu
also höchstens 2 . 1/10 = 1/5 Kilogrm. Steinkohlen per
Stunde und Pferdekraft nöthig haben.
Bei 4 Atmosphären der comprimirten Betriebsluft findet Burdin den Wirkungsgrad der Maschine bei einer mechanischen Arbeit von 361
Pferdekräften zu
0,52 und die verbrauchte Kohlenmenge noch etwas kleiner als 1/5 Kilogramm per Stunde und Pferdekraft.
Bei 6 Atmosphären der comprimirten Betriebsluft stellt sich dagegen der Wirkungsgrad
der Maschine bei einer mechanischen Arbeit von 405 Pferdekräften wieder etwas
niedriger, nämlich nicht ganz zu 0,50 und der Brennmaterialverbrauch per Stunde und Pferdekraft wieder ungefähr zu 1/5
Kilogramm Kohle heraus.
Wie man sieht, würde also die höhere Comprimirung der Betriebsluft keinen besonderen
Vortheil bieten. Burdin glaubt aber, daß, wenn die
Einrichtung passend abgeändert und der Cylinder etwas kleiner gemacht würde, die
Ausnutzung der Wärme noch etwas günstiger ausfallen müßte und der Wirkungsgrad der
Maschine dann bis zu 0,60 gesteigert werden könnte. Wir gehen jedoch in diese
Berechnung nicht weiter ein, um so weniger als sie sich auf Voraussetzungen stützt,
welche erst noch durch nähere, an einer wirklich
ausgeführten Maschine angestellte Versuche erprobt werden müßten.
Die Heißluftmaschine von Edwards u.
Comp. (Fig.
4.)
Die Maschine von Edwards und Comp. in London ist eine offene Heißluftmaschine mit innerer geschlossener
Feuerung, welche in ihrem Bau auffallend der Heißluftmaschine von Roper gleicht, die wir schon oben besprochen haben. Eine
solche Maschine findet sich z.B. an der Bristol und Exeter Eisenbahn zum Betriebe
einer Pumpe ausgeführt. Nach dem Mechanics' Magazine vom
6. December 1867, dem ich auch die Figur 4, welche eine
perspectivische Ansicht dieser Maschine gibt, entnommen, besteht dieselbe aus dem
geschlossenen Feuerraum A, der Luftpumpe B, dem Arbeitscylinder D,
dem Abzugsrohr E für die verbrauchten Gase, dem
Regulator F und dem Schwungrad G.
Bei dieser Maschine wird, wie bei allen geschlossenen Heißluftmaschinen, die
Betriebskraft durch die Expansion der Luft erzeugt, welche in unmittelbarer
Berührung mit dem Brennmaterial im Feuerraum erhitzt und mit den Verbrennungsgasen
(Kohlensäure, Kohlenoxyd und Stickgas etc.), welche sonst unbenutzt durch den Kamin
entweichen, vermischt wird. Dazu wird das Brennmaterial, wie bei allen Maschinen
dieser Art, in einem hermetisch verschlossenen Feuerraum zur Verbrennung gebracht
und die hierzu nöthige Luft mittelst einer Luftpumpe herbeigeschafft, so daß kein
Theil der erhitzten Luft oder der Verbrennungsgase entweichen kann, ohne daß sie
durch den Betriebscylinder gehen und dort ihre Expansivkraft an den Kolben abgeben.
Der Feuerraum ist mit feuerfesten Ziegeln ausgemauert. Das Brennmaterial (Anthracit,
gute Steinkohlen
oder Kohks etc.) brennt darin unter Druck mit großer Regelmäßigkeit und mit einer
sich ziemlich gleichbleibenden Temperatur. Die erhitzte Luft wie die
Verbrennungsgase strömen direct vom Feuerraum in den Cylinder worin ihre Wärme in
mechanische Arbeit umgesetzt wird. Der Kolben ist von ähnlicher Form wie bei den
Maschinen von Roper und Shaw;
er ist nämlich ein sogen. Rumpfkolben mit hohlem Plunger, an welchem die
Kolbenstange befestigt ist. Die Dichtung desselben ist am oberen Umfang angebracht,
wo die Hitze so ermäßigt ist, daß sie die Dichtung und Schmierung ohne Schwierigkeit
gestatte.
Leider ist in unserer Quelle keine Schnittzeichnung beigegeben, weßhalb die innere
Einrichtung nicht näher beschrieben und deutlich gemacht werden kann. Das Spiel
derselben ergibt sich indessen schon aus der Ansichtszeichnung unserer Figur. Das
Brennmaterial wird durch die Feuerthür in den Feuerraum A gebracht und auf gewöhnliche Weise angezündet. Hierauf wird die
Feuerthür sowohl als die Aschenfallthür dicht verschlossen und das Schwungrad G etwa zweimal von Hand umgedreht. Indem dadurch die
Luftpumpe B in Thätigkeit gesetzt wird, gelangt eine
gewisse Menge Luft in den Feuerraum und in Berührung mit dem Feuer. Ein Theil
derselben dient alsdann zur Unterhaltung der Verbrennung selbst, indem sie sich mit
dem Kohlenstoff des Brennmaterials zu Kohlensäure und anderen Gasen verbindet, und
der andere Theil wird erhitzt, expandirt und mischt sich mit den übrigen
Verbrennungsgasen. Diese expandirte Gasmischung gelangt nun in den Arbeitscylinder
D, wo sie auf den Kolben drückend demselben eine
hin- und hergehende Bewegung ertheilt. Hat der Kolben das obere Ende
erreicht, so entweicht die verbrauchte Luft hinter demselben durch das Abzugsrohr
E, welches mittelst einer Stopfbüchse mit einem
gewöhnlichen Kamin verbunden werden kann. Jedem Kolbenhub des Betriebscylinders D aufwärts entspricht ein Schub abwärts in der Luftpumpe
B und schafft eine neue Ladung frischer Luft in den
Feuerraum, um den so eben erklärten Vorgang zu wiederholen.
Der Regulator F dient dazu, die Geschwindigkeit der
Maschine zu reguliren, indem dadurch die Luftwege mehr oder weniger geöffnet oder
verschlossen werden.
Die Maschine sey von 2–3 Pferdekräften und brauche circa 8 Pfd. engl. gute Kohle per Stunde. Sie
nehme nur einen Raum von circa 6 Quadratfuß ein und sey
im Uebrigen von einfacher, aber solider Construction. Mehrere solcher Maschinen
seyen in England seit Jahren im Gebrauch und hätten sich gut gehalten.
Die Heißluftmaschine von Wenham
(Fig.
5–9).
Unter den vielen Formen, welche die Heißluftmaschinen in den letzteren Jahren erlangt
haben, ist nach der Zeitschrift Engineering vom 10.
Januar 1868 die von Francois Herbert Wenham eine der
einfachsten. Die Haupteigenthümlichkeit dieser Maschine besteht in der Art, wie der
obere Theil des Hauptcylinders zugleich als Luftpumpe dient, sowie in der Anordnung
der Feuerung und in der Construction des Regulators. Bezugnehmend auf die Figuren
5–9, von denen Fig. 5 einen verticalen
Längenschnitt durch den Betriebscylinder und den Feuerungsraum, Fig. 6 einen verticalen
Querschnitt durch den Betriebscylinder, Fig. 7 einen Grundriß,
Fig. 8
einen verticalen Längenschnitt durch die Ventilsteuerung und Fig. 9 eine Ansicht des
Regulators darstellt, bemerkt man sofort, daß das obere Ende des Arbeitscylinders
a wie bei der Maschine von Shaw mit einem Deckel geschlossen ist und nur in der Mitte eine Oeffnung
läßt für die auf- und abgehende Bewegung des Rumpfkolbens b. Der Rumpf (trunk) oder
der nach oben verlängerte Hohlraum c des Kolbens hat
etwa den halben Durchmesser vom Kolben selbst. Beide Theile sind eingedichtet, wie
in Fig. 5 und
6 zu sehen
ist.
Gegen das obere Ende des Betriebscylinders findet sich die Passage d welche, wie in Fig. 5 zu sehen, mit zwei
Ventilen e, e' versehen ist von denen das eine e sich abwärts öffnet und frische atmosphärische Luft in
den oberen Theil des Cylinders eintreten läßt, wenn der Kolben sinkt, während das
andere Ventil e' sich auswärts öffnet, wenn der Kolben
steigt, und der eingeschlossenen Luft den Zutritt in den Feuerraum gestattet, wie
nachher noch besonders angegeben werden soll.
Sehen wir vorher noch den Kolben b etwas näher an, wie er
sich in Fig. 5
und 6
darstellt, so bemerkt man, daß derselbe von den Dichtungsringen an abwärts noch
bedeutend verlängert ist, sowie daß dieser verlängerte Theil des Kolbens einen nur
unbedeutend kleineren Durchmesser als der Cylinder selbst besitzt, so daß nur eine
dünne Luftschicht zwischen ihm und dem Cylinder Platz hat, wie dieß auch bei der
Heißluftmaschine von Edwards u. Comp. der Fall ist. Dadurch werde das Ueberhitzen desjenigen Kolbentheiles
verhindert, an welchem die Dichtung angebracht ist. Die Dichtung selbst bestehe aus
drei kleinen Stahlringen nach Ramsbottom. Der Boden des
Kolbens b ist durch die beiden Ständer β, β und den Bolzen β' mit dem unteren Ende der Kolbenstange h verbunden und die gekröpfte Kurbelwelle i
dreht sich in Lagern l, l, welche auf dem
Betriebscylinder ihre Befestigung haben.
Die Anordnung der Feuerung, worin die Luft erhitzt wird, ersieht man ebenfalls am besten aus Fig. 5. Der
Ofen oder Feuerraum g, welcher zur Verhütung der
Ueberhitzung der Umfangswände mit feuerfesten Ziegelsteinen gefüttert ist, ist nahe
beim Rost k in zwei Abtheilungen, in eine untere und
eine obere, getheilt. In der Mitte der oberen Abtheilung befindet sich die
Speiseröhre oder der Speisehut s und in der unteren
Abtheilung befindet sich der Rost k mit dem Aschenfall,
welcher mit der Thür m zur Entfernung der Asche versehen
ist. Der Hut s steigt bis 3 Zoll über den Rost k herab und kann für mehrere Stunden genug Kohle fassen.
Diese sinken durch ihr eigenes Gewicht nach und nach in das vorher auf dem Rost
angemachte Feuer. Während des Ganges muß auch bei dieser Maschine die obere Oeffnung
des Speisehutes mit einem Deckel s' hermetisch
verschlossen werden. Ebenso ist auch während dem Gange derselben die Thür m des Aschenfalles dicht zu schließen. Die Maschine von
Wenham ist also ebenfalls, wie man sieht, eine offene mit innerer geschlossener
Feuerung.
Indem wir nun nochmals auf die Luftcirculation zurückkommen, bleibt uns noch zu
bemerken, wie die Luft in den Feuerraum und von da in die Ventilkammer und in den
Betriebscylinder selbst gelangt.
Die bei e' mit jedem Kolbenhub eintretende Luft wird
durch die Leitcanäle n und n' theils über, theils unter den Rost in den Feuerraum geleitet, wobei das
Klappenventil r dazu dient, den Luftstrom so zu
reguliren, daß die Luft nach Erforderniß mehr über oder unter den Rost eintritt. Die
im Feuerraum erhitzte und expandirte Luft wird durch die Röhre o, welche in ziemlicher Höhe der oberen Abtheilung in
den Feuerraum einmündet und unten mit der Ventilkammer p
in Verbindung steht, zuerst in diese und von da unter den Kolben des
Betriebscylinders geleitet, wo sie auf denselben ihren Druck ausübt und ihn in die
Höhe treibt. Dem Druck aufwärts steht allerdings der Druck der in der oberen
Abtheilung des Cylinders a enthaltenen Luft entgegen.
Allein dieser ist schon deßwegen kleiner als der auf die untere Kolbenfläche
ausgeübte Druck nach aufwärts, weil er auf eine kleinere Fläche, nämlich nur auf die
als Differenz zwischen den Querschnitten des oberen und unteren Kolbentheiles übrig
bleibende obere Ringfläche des Kolbens zu wirken kommt. Zudem ist er, wenigstens
während des ersten Theiles des Kolbenhubes aufwärts, auch an und für sich, d.h.
bezogen auf die Flächeneinheit, kleiner als der Druck von unten. Gegen das Ende des
Hubes aufwärts kehren sich jedoch die Umstände um; die kalte Luft über dem Kolben
ist zu der vollen Spannung wie im Ofen gepreßt worden, während der unter dem Kolben
befindliche Druck sich erniedrigt, sobald das entsprechende Zuströmungsventil
geschlossen und das Ausströmungsventil geöffnet wird und die Luft in dem unteren Cylinderraum
sich ausdehnen kann. Die Anordnung dieser Ventile, welche direct durch die Excenter
q, q von der Treibwelle i aus bewegt werden, ersieht man am besten aus Fig. 8, welche, wie
bereits bemerkt, einen Verticalschnitt der Ventilkammer zeigt. Daraus ist deutlich
zu erkennen, daß dasjenige Ventil, welches zur Communication des Feuerraumes mit dem
Betriebscylinder dient, sich nach innen, und dasjenige, welches die Verbindung des
Cylinders mit dem Abzugsrohr und dem Kamin herstellt, sich nach außen öffnet.
Der Regulator endlich ist in Fig. 9 besonders
abgebildet. Durch eine Schnur wird derselbe, wie in Fig. 5 zu ersehen ist, von
der Betriebswelle i aus bewegt, und beim Aufsteigen der
Kugeln a, a, wobei sie um die Bolzen d und die Hebel am Lager e
gedreht werden, wirken sie auf die über die Welle b
verschiebbare Hülse f und damit auf einen an dem Muff
g angebrachten Hebel, welcher die früher erwähnte
Klappe r in der Weise regulirt, daß, wenn das Feuer mehr
angefacht und die Verbrennung intensiver werden soll, die Luft mehr durch den Canal
n' unter den Rost, und im anderen Fall mehr durch
den Canal n über denselben geleitet wird.
Die Heißluftmaschine von Churchill
(Fig.
10–14).
Die Maschine von Churchill in London, von welcher die
Zeitschrift Engineering vom 5. März 1869 eine
Beschreibung mit Zeichnungen liefert, ist ebenfalls eine offene Heißluftmaschine mit geschlossener, innerer
Feuerung. Sie unterscheidet sich aber von den bisher beschriebenen durch
die Anordnung der einzelnen Theile. Die dem Engineering
entlehnten Figuren
10 und 11 geben davon zwei zu einander senkrechte Verticalschnitte und Fig.
12–14 zeigen die Einrichtung der Feuerthür, des Regulators und einer
Bremsvorrichtung.
In Fig. 10
bedeutet a die Luftpumpe, deren Kolben mittelst zweier
Verbindungsstangen a' vom Balancier b aus bewegt wird. Von diesen Stangen greift jede zur
Seite der Kurbel c und der Kurbelstange c' an, durch welche die Kurbel ebenfalls mit dem
Waagebalken verbunden ist. Die Pumpe zieht die Luft durch den Canal a* an, von welchem sie durch ein sich auswärts öffnendes
Ventil in den Pumpenstiefel und von da wieder durch ein sich nach außen öffnendes
Ventil in den Canal a₂ geleitet wird. Von diesem
Canal gelangt sie weiter in den Canal d, von wo sie
durch die Leitungen d₁ und d₂ über und unter die Feuerbüchse e
geführt wird, welche mit feuerfesten Ziegeln ausgemauert und mit einer Feuerthür e₁ und einem Aschenfall e₂ mit Thür e₃ (Fig. 10) versehen ist, die gelegentlich
beim Füllen des Rostes und Leeren der Asche geöffnet, sonst aber dicht geschlossen
werden. Die Luft unter dem Rost befördert die Verbrennung, und die darüber wird
erhitzt und mit den Verbrennungsgasen gemischt. Diese strömt durch einen gewundenen
Canal f, f, der im feuerfesten Mauerwerk angebracht ist,
und von da in die Ventilkammer g, welche mit dem
Arbeitscylinder k in Verbindung steht. Der Ventilkasten
g enthält zwei Ventile g₁ und g₂, von denen das erstere zum
Einlassen der Luft in den Betriebscylinder, und das andere zum Abführen derselben in
den Kamin dient, nachdem sie auf den Kolben gewirkt hat. Beide Ventile werden durch
Stangen bewegt, welche durch Röhren und Stopfbüchsen aufwärts durch Löcher in einer
Führung gehen, durch welche sie frei auf- und abgleiten können. Jede dieser
Ventilstangen ist mit einer Spiralfeder versehen; die Stange des Ventiles g₁ wird durch diese Feder aufwärts und die des
Ventiles g₂ durch ihre Feder niederwärts
gedrückt, und zwar werden die Stangen durch Hebedaumen an der Schaukelwelle l veranlaßt, sich entgegengesetzt zur Wirkung ihrer
Federn zu bewegen. Die Bewegung der Schaukelwelle l aber
erfolgt durch eine Kurbel und eine Stange m mittelst
eines Kammes oder eines Excenters auf der Maschinenwelle, so daß das Oeffnen und
Schließen der Ventile g₁ und g₂ mit der Kolbenbewegung harmonirt.
Der Arbeitscylinder k besteht aus einer unteren
Abtheilung, welche inwendig roh gelassen werden kann und in den oberen Theil des
Feuerbüchsengehäuses eingesetzt und von nicht leitendem Material k₁ umgeben ist. Der obere Theil k₂ hingegen ist für die Bewegung des
Arbeitskolbens glatt ausgebohrt. Der Kolben besteht aus zwei Theilen; der untere l₁ ist eine hohle, in sich selbst luftdichte
Trommel, deren Umfang etwas kleiner ist als die Bohrung des Cylinders, so daß sie
bei der Bewegung des Kolbens nicht an die Cylinderwand anstreifen kann. Das Rohr l₂ mit trichterförmiger Mündung, und das gebogene
Rohr l₃ bringen den inneren Raum der Trommel l₁ in Verbindung mit der äußeren Luft. Wenn
nämlich der Kolben sich aufwärts bewegt, so tritt Luft durch das Rohr l₂ ein, während durch das Rohr l₃ die Luft wieder austritt. So findet bei jedem
Kolbenhub ein gewisser Luftwechsel in der Trommel statt, so daß dieselbe stets kühl
erhalten bleibt. Der obere Theil l₄ des Kolbens
ist von so großem Umfang hergestellt, daß er mit sanfter Reibung im ausgebohrten
Theile des Cylinders sich bewegen kann; er ist mit Metallliderung versehen, welche
durch einen Gegenring am Platz gehalten und durch einen Schmierring stets mit Oel
oder Talg getränkt wird.
In Fig. 13 ist
der Regulator noch besonders abgebildet. Die verticale Welle des Regulators, welche
durch conische Räder oder auf sonst passende Weise betrieben werden kann, ist röhrenförmig und
durch sie geht die Spindel o₁, welche am oberen
Ende mit dem Gewicht w versehen ist. Diese Spindel o₁ ist mit dem gleitenden Muff p mittelst einer Führungsfeder verbunden, welche frei in
einem in den Seiten des Rohres angebrachten Schlitz gleitet, und der gleitende Muff
p bewegt einen Hebel, welcher mit einer
Drosselklappe oder einem anderen passenden Absperrventil in bekannter Weise
verbunden ist. Wenn es gewünscht wird, daß die Maschine schneller geht, wird das
Gewicht w auf der Spindel o₁ vergrößert, so daß die vergrößerte Centrifugalkraft der
Regulatorkugeln ausgeglichen wird. Umgekehrt wird, wenn die Maschine langsamer gehen
soll, das Gewicht w verkleinert.
In Fig. 14 ist
endlich noch eine modificirte Anordnung der Regulirung im Grundriß angedeutet, um
mittelst des Regulators einen Brems an das Schwungrad zu legen, welcher dann anstatt
der Drosselklappe zur Wirkung kommt. o stellt den
Regulator, q einen gegabelten Hebel dar, der durch den
gleitenden Muff p (Fig. 13) bewegt wird. Der
Hebel q dreht sich um den Zapfen q₁ und unterstützt einen Schuh oder Brems r, welcher unter den glatten Umfang des Schwungrades gelegt ist. Bei
zunehmender Geschwindigkeit wird der Hebel q gehoben und
drückt gegen den Brems r. Darauf entsteht ein
Reibungswiderstand, welcher den Ueberschuß der Geschwindigkeit aufhebt. Wenn die
Geschwindigkeit sich wieder verringert hat, sinkt der Hebel q und befreit das Schwungrad von dem Drucke des Bremses. Dadurch wird im
Inneren der Maschine die Intensität der Verbrennung und die Spannung der expandirten
Arbeitsluft so erhalten, als wenn die Maschine stets ihre volle Nutzbarkeit
verrichtete, was durch eine bloße Klappe nicht erreicht würde.
(Die Fortsetzung folgt im nächsten Heft.)