DE50836C - Heifsluftmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftmaschinen, bei welchen' die geleistete Arbeit durch abwechselndes Steigern und Erniedrigen der Temperatur derselben Luftmasse hervorgebracht wird. Auf beiliegenden Zeichnungen wird die Heifsluftmaschine durch Fig. 1 in Vorderansicht, durch Fig. 2 in Hinteransicht, durch Fig. 3 im Grundrifs und durch Fig. 4 im Schnitt nach Linie 10-10, Fig. 1, veranschaulicht.

Die wesentlichen EigenthUmlichkeiten der Heifsluftmaschine bestehen aus einem Erhitzer, einem Regenerator und einem Kühler, welche in Verbindung mit einem Arbeitscylinder eine einfach wirkende Heifsluftmaschine bilden. Die Zeichnungen zeigen eine doppelt wirkende Heifsluftmaschine.

[ Die Bodenplatte 11, der Bequemlichkeit wegen in zwei Hälften hergestellt, nimmt alle Theile der Maschine auf. Ein Ofen 12, welcher mit feuerfesten Ziegeln behufs Verringerung der Strahlung gefüttert worden, ist mit dem Flantsch 13 auf der Seite 8< der Bodenplatte befestigt und besitzt eine Thür 14, eine Aschenthür 15, einen Rostträger 16, einen Rost 17, einen Stutzen 18 und einen Flantsch 19, durch welchen der Flantsch 22 eines Regeneratorcylinders 20 am Ofen angeschraubt wird. Unterhalb des Rostes befindet sich der Aschenfall 21. An dem Flantsch 22 ist gleichfalls ein Erhitzer 23 befestigt. Der Regeneratorcylinder 20 besitzt ein Rohr 24 und einen Flantsch 25, durch welchen derselbe mit einem Flantsch 27 eines Kühlers 26 verbunden wird, dessen oberer Flantsch 28 einen Deckel 29 erhalten hat. In den Kühler 26 führt das Luftrohr 30; derselbe ist von einem Wasserraum 31 umgeben, durch welchen die Kühlrohre 32 geführt und an den Flantschen 27 und 28 befestigt sind. Das Wasser wird mittelst eines Rohres 33 zugeleitet und durch das Rohr 34 wieder entfernt. An dem Verdrängertheil 35 des Kühlers ist der Verdrängungscylinder 36 befestigt. Sowohl der obere Theil des Verdrängertheiles des Kühlers, als auch der untere Theil des Verdrängungscylinders sind mit einer Reihe von Regeneratorstiften 37 und 38 versehen.

Der Raum zwischen dem Verdrängertheil des Kühlers,'dem Verdrängungscylinder, dem Regeneratorcylinder und dem Erhitzer wird in folgendem als Regeneratorraum 39 bezeichnet. In diesem Raum befindet sich ein Regenerator 40, der am besten aus Messingdrahtgewebe hergestellt wird. Dieses Drahtgewebe ist auf und um den Verdrängertheil 35 und den Verdrängungscylinder 36 gewickelt, und zwar zwischen den Regeneratorstiften 37 und 38, bis eine Rolle von einer Dicke gebildet wird, welche hinreicht, um den Regeneratorraum nahezu auszufüllen; das Ende der Rolle wird dann derart befestigt, dafs ein Abwickeln derselben nicht eintreten kann.

Der Kolben 41 ist mit dem Kolbenkörper 42 der Kolbenstange 43 und dem Prefsring 44 versehen. Die Dichtung des Kolbens wird durch zwei Ringe 45 und 46 zwischen den Sitzen 47 und 48 des Kolbenkörpers bezw. des Prefsringes bewirkt. Die Ringe werden in

radialer Richtung durch eine Reihe von Blattfedern 49 und Bolzen nach aufsen gedrückt. Am Kolbenkopf ist der untere Theil 5 1 angeschraubt, welcher mit dem Luftkanal 52 versehen ist. Der Deckel des Kühlers besitzt einen Stutzen 53, welcher zur Aufnahme der Liderungsringe 54. 55 und 56 und des Stopfbüchsendeckels 57 dient.

Die Seite 8¹ stimmt mit der Seite 8 vollständig überein und ist in gleicher Weise mit einem Ofen 12¹ mit Flantsch 13¹, der Thür 14¹, Aschenthür 15¹ und mit einem Cylinder 20 ^l mit dem Rohr 24¹ und den Flantschen 22' und 25 ¹ versehen; sie besitzt ferner einen Kühler 26^α mit Flantschen 27' und 28^], ein Wassereinleitungsrohr 33¹ und ein Wasserableitungsrohr 34¹ und einen Kühlerdeckel 29¹ mit Ansatz 53¹, Stopfbüchsendeckel 57¹, durch welchen die Kolbenstange 43^x geht.

Auf den Kühlerdeckeln 29 und 29¹ ist ein Ständer 58 angebracht, in welchem der Schildzapfen 59 mit dem Balancier 60, Zapfen 61 und 61^l und dem Arm 62 nebst Zapfen 63 lagert. Die Kolbenstangen 43 und 43" sind mit dem Balancier 60 durch Querköpfe 64 bezw. 64\ Zapfen 65 bezw. 65^x und Stangen 66 bezw. 66¹ verbunden.

Der Arbeitscylinderofen 67, welcher mit feuerfesten Ziegeln gefüttert ist, um die Ausstrahlung zu verringern, ist mittelst eines Flantsches an der Bodenplatte befestigt; Stutzen 69 und 70 und ein Flantsch 71 verbinden den Ofen mit dem Arbeitscylinder 72. Letzterer ist mit einem Flantsch 73 versehen, welcher den Arbeitscylindererhitzer 74 trägt; ferner besitzt er Rohre 75 und 76, einen Flantsch γγ für den Deckel 78 und einen seitlichen Luftkanal 79. Der Arbeitskolben 80 besteht aus einem Kolbenkörper 81, einer Kolbenstange 82, einem Druckring 83 und drei Dichtungsringen 84, 85 und 86, welche sich zwischen dem Kolbenkörper und dem Druckringe befinden. Die Ringe werden durch eine Reihe von Blattfedern 87 und Bolzen 88 in bekannter Weise nach aufsen gedrückt. Der untere Theil 89 dieses Kolbens ist an dem Arbeitskolbenkörper angeschraubt. Der Cylinderdeckel 78 ist mit den zwei Liderungen 90 und 91 für die Kolbenstange versehen und besitzt noch den Dichtungsring 92, den Stopfbüchsendeckel 93 und die beiden Querkopf führungen 94 und 95.

Die Xrbeitscylinderseite 9¹ stimmt mit der eben beschriebenen Arbeitscylinderseite 9 überein; dieselbe besitzt in gleicher Weise einen Arbeitscylinderofen67 'mitFlanfsch 68\ Rohr69 ^l und Rohr 70\ einen Arbeitscylinder 72¹ mit Flantsch 73 \ Rohr 75¹, Rohr 76¹, Flantsch γγ¹ und Deckel 78 * mit Querkopf führungen 94^J, 95¹. Auf den Arbeitscylindern 72 und 72 ^l ist der Arbeitsbalancierständer 96 mit dem Schildzapfen 97, dem Arbeitsbalancier 98 nebst Horn 99 und den Zapfen 100, ioo¹ und 101 angebracht. Mit der Kolbenstange 82 ist der Querkopf 102 verbunden, der in den Querkopfführungen 94 und 95 seine Führungen erhält und dessen Zapfen 103 durch eine Stange 104 mit dem Balancierzapfen 100 in Verbindung tritt.

In gleicher Weise ist auf die Kolbenstange 82 * der Querkopf 102¹ mit dem Querkopfzapfen 103¹ gekeilt, welcher mit dem BalanGierzapfen ioo¹ durch die Stange 104¹ verbunden ist. Die' Querkopfführungen 94 und 95 bezw. 94¹ und 95 ¹ werden bei 105 und 106 bezw. 105^] und 106¹ verspreizt.

An der Bodenplatte sind ferner die Lagerböcke 107 und 108 mit den Spreizen 109 bezw. 11 ο befestigt. An letzterer ist ein Centrifugalregulator 111 von gewöhnlicher Construction angeschraubt. In den Böcken 107, 108 ruht die Hauptwelle 112; diese besitzt eine Kurbel 113 mit Zapfen !14, ein Luftpumpen^ excenter 116, ein Schwungrad 117, eine Regulatorscheibe 118, einen Bund 119 und eine Arbeitskurbel 120 mit Zapfen 121. Die Bodenplatte trägt aufserdem eine durch das Excenter 116 bethätigte Luftpumpe 122 mit einem einfach wirkenden Kolben, Lufteinlafsrohr 123 und Luftaustrittsrohr 124. Der Kurbelzapfen 114 ist an dem Zapfen 63 des oben erwähnten Armes 62 durch eine Zugstange 125 angeschlossen. Die Scheibe 126 des Regulators ist mit der Scheibe 118 der Welle 112 durch einen Riemen 127, der Zapfen 101 des Homes 99 des Arbeitsbalanciers mit dem Arbeitskurbelzapfen 121 durch die Zugstange 128 verbunden. Die Verbindung der Seite 8 mit dem Boden des Arbeitscylinders 72 wird durch das Rohr 24, das Rohr 75 und das untere Verbindungsrohr 129, diejenigen der Seite 8¹ dagegen mit dem Boden des Arbeitscylinders 72¹ durch ein Rohr 24¹, ein Rohr 75 ¹ und das untere Verbindungsrohr 129¹ herbeigeführt. Der obere Theil des Arbeitscylinders 72' steht mit genannter Seite 8 durch Rohre 76' und 130 in Verbindung, welches letztere durch den Kühlerdeckel 29 geht, während der obere Theil des Arbeitscylinders 72 mit der Seite 8¹ durch die Rohre 76 und 130¹ verbunden ist.

An dem Rohr 76 bezw. 76 * ist je ein Absperrventil 131 bezw. 131² angebracht, welche mit der Luftpumpe durch das Luftaustrittsrohr 124 in Verbindung treten. Letzteres trägt ein Sicherheitsventil 132. Das Regulatorventil 133 ist einerseits durch Röhren 134 mit dem Rohr 76 und andererseits durch Röhren 134¹ mit dem Rohr 76' verbunden, dasselbe ist hin- und hergehend und mit der Stange 135 versehen, welche an das Ende des bei 137 drehbaren Regulatorhebels 136 angeschlossen worden, während das andere Ende des Regulatorhebels

mit der Welle ι 38 des Regulators in Verbindung steht.

Die Arbeitscylinder 72 und 72^! sind mit den Auspuffventilen 139 bezw. 139¹ ausgestattet.

Auf der Seite 8 werden Kanäle angebracht, um die vom Verdrängungskolben aus der Kammer 140 oberhalb dieses Kolbens verdrängte Luft in und durch die Kühlröhren, um den unteren Theil des Verdrängungscylinders und in die heifse Kammer 141 unter dem Verdrängungskolben, ferner aus der Kammer 140 durch die Röhren 180 und 76 in den oberen Theil des Arbeitscylinders 72^] und in den Raum oberhalb des Arbeitskolbens und aus der Kammer 141 durch die Oeffhung 52, das Rohr 56, Rohr 24, Rohr 129 und Rohr 75 in den unteren Theil des Arbeitscylinders 72 durch die Oeffhung'79 und in den Raum unter dem Arbeitskolben 80 zu leiten. In gleicher Weise sind in der Seite 8¹ entsprechende Oeffhungen angebracht, um den freien Durchgang der vom Verdrängungskolben verdrängten Luft aus der kühlen Kammer in die heifse Kammer und aus der kühlen Kammer in den oberen Theil des Arbeitscylinders 72 und in den Raum oberhalb des Arbeitskolbens 80 und aus der heifsen Kammer in den unteren Theil des Arbeitscylinders 72³ und in den Raum unter dem Arbeitskolben des Arbeitscylinders 72' zu ermöglichen.

Wenn die Maschine in der durch den Pfeil im Schwungrad angedeuteten Richtung laufen soll, so sollte die relative Stellung der Kurbeln 113 und 120 derartig sein, dafs der Kolben der Seite 8 gegenüber dem Arbeitskolben der Arbeitscylinderseite 9 eine Voreilung von ¹J₃ bis Y₂ Hub hat; die in der' Fig. 4 angegebene Voreilung beträgt Y₂ Hub; die Bewegungsrichtung der Kolben ist in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet. Die entgegengesetzten Kolben der Seiten 8 und 8¹ sind durch den Balancier und die zugehörigen Theile und die Arbeitskolben der Arbeitscylinderseiten 9 und 9¹ durch den Arbeitsbalancier und die zugehörigen Theile verbunden. Hieraus erfolgt, dafs der Kolben der Seite 8¹ dieselbe Voreilung gegenüber dem Arbeitskolben der Arbeitscylinderseite 9¹ hat, wie der Kolben der genannten Seite 8 gegenüber dem Arbeitskolben der Arbeitscylinderseite 9.

Das Wassereintrittsrohr 33 .des Kühlers 26 geht von einer geeigneten Wasserzuleitung aus im ringförmigen Rohr und Wasserraum 3 1 und aus dem Kühler hinaus, wird durch das Wasserableitungsrohr 34 ein Wasserumlauf erhalten. In gleicher Weise wird ein Wasserumlauf im Kühler 26 ¹ durch das Eintrittsrohr 33 ^l und Austrittsrohr 34¹ herbeigeführt.

Behufs Betreibens der Maschine wird in beiden Oefen Feuer angemacht. Auf der Seite 8 wird das Feuer auf dem Rost 17 im Ofen 12 angemacht und die Verbrennungsproducte gehen um den Erhitzer 23 durch Röhren 18 und 19 in den Arbeitscylinderofen 67, dann um den Arbeitscylindererhitzer 74 und entweichen hierauf durch das Rohr 70 und anderweite geeignete Röhren in den Schornstein. Ebenso treten auf der Seite 8¹ die "Verbrennungsgase vom Ofen 12¹ in den Arbeitscylinderofen 67^] durch Röhren 18¹ und 69 ¹ und entweichen dann durch das Rohr 70 *. Nachdem den Erhitzern hinreichende Wärme mitgetheilt worden ist, kann die Maschine in Gang gesetzt werden, indem man dem Schwungrad eine halbe Drehung in der gewünschten Bewegungsrichtung ertheilt.

Beim Arbeiten der Maschine bewerkstelligt man das abwechselnde Erhöhen und Erniedrigen der Temperatur derselben Luftmasse in folgender Weise. Infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 41 wird die Luftmasse in der kühlen Kammer 140 geprefst: Erstens durch die Kühlrohre; beim Abwärtsstreichen durch dieselben wird die Temperatur der Luft nicht wesentlich geändert; zweitens die Luft tritt in den Regenerator 40, und beim Durchgang durch den Regenerator nimmt sie die Wärme auf, welche dem Regenerator mitgetheilt wurde; drittens die Luft geht dann über die erhitzte Oberfläche des Erhitzers, wodurch sie weiter erhitzt wird, und tritt in die heifse Kammer 141.

Die Temperatur der Luft in der kühlen Kammer beträgt etwa 50⁰ C. und in der heifsen Kammer etwa 300⁰ C.

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 41 wird die Luftmasse in der heifsen Kammer geprefst: Erstens in den Regenerator 40; zweitens die Luft tritt in den Regenerator und beim Durchgang durch denselben giebt sie den gröfseren Theil der Wärme an denselben ab; drittens durch die Kühlröhren, wo die Temperatur der Luft auf etwa 50⁰ C. herabgebracht wird und dann in die kühle Kammer 140. Es wird daher bei jeder Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens der Seite 8 die Temperatur derselben' Luftmasse abwechselnd erhöht und erniedrigt, und da die Seite 8¹ dieselbe Anordnung erhalten hat, so ist klar, dafs ein gleiches abwechselndes Erhöhen und Erniedrigen der Temperatur der Luft auf beiden Seiten stattfindet, jedoch zu verschiedenen Zeiten, d. h. da beide Kolben durch den Balancier bewegt werden, so bewegt sich der eine Kolben hinauf, während der andere herabgehl; es ist deshalb klar, dafs, wenn die Luft auf der einen Seite erhitzt, die Luft auf der anderen Seite abgekühlt wird.

Das abwechselnde Erhöhen und Erniedrigen der Temperatur der Luft auf beiden Seiten 8 und 8¹ erzeugt Arbeit entsprechend . den be-

kannten Gesetzen über die Expansion der Luft, welche Arbeit in den Arbeitscylindern zu Tage tritt, und zwar in folgender Weise, wobei auf Fig. 4 Bezug genommen und vorausgesetzt wird, dafs die Bewegungen der Kolben in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung erfolgen.

Der Kolben der Seite 8 bewegt sich aufwärts und erhitzt und expandirt die verdrängte Luft, wodurch ein Druck hervorgebracht wird, der auf den Boden des Arbeitskolbens der Arbeitscylinderseite 9 und auf die Oberseite des Arbeitskolberis der Arbeitscylinderseite 9¹ ausgeübt wird; zwischen diesen und der Seite 8 befinden sich offene Kanäle, während gleichzeitig der Kolben der Seite 8¹ seine Abwärtsbewegung ausführt und die verdrängte Luft abkühlt, was eine Verminderung des auf die Unterseite des Arbeitskolbens der Arbeitscylinderseite 9¹ und auf die Oberseite des Arbeitskolbens der Arbeitscylinderseite 9 wirkenden Druckes zur Folge hat, indem sich zwischen diesen und der Seite 8¹ offene Kanäle befinden.

Auf diese Weise wirken auf jeden Arbeitskolben verschiedene Drucke, welche abwechselnd gegen einander vertauscht werden, wie die verdrängte Luft abwechselnd erwärmt und abgekühlt wird. Infolge dieser Anordnung erzielt man eine Kraft, welche den Arbeitskolben eine hin- und hergehende Bewegung ertheilt. Diese hin- und hergehende Bewegung wird durch den Arbeitsbalancier und die denselben mit der Hauptwelle und dem Schwungrad verbindenden Theile in eine Drehbewegung umgewandelt und durch einen Riemen weiter übertragen.

Die Maschine soll mit einer Anfangsspannung der Luft von drei bis vier Atmosphären laufen; es ist Aufgabe der Luftpumpe, die Anfangsspannung der Luft in der Maschine zu erhalten. Zu dem Zwecke wird nach dem Anlassen der Maschine bei jedem Spiel eine gewisse Menge Luft durch die Luftpumpe in das Luftaustrittsrohr 124 getrieben, von wo aus die Maschine die comprimirte Luft aufnimmt, die in die Seite 8 durch das Ventil 131¹, die Rohre 76 * und 130 und in die Seite 8¹ durch des Ventil 131 die Röhren 76 und 130¹ gelangt.

In der Praxis wird der Bequemlichkeit wegen gewöhnlich ein Behälter in das Rohr 124 eingeschaltet. Das Sicherheitsventil 132 ist im Rohr 124 angebracht, um den Druck der zur Maschine geführten Luft unter Controle zu halten. Stellt man das Sicherheitsventil auf vier Atmosphären ein, so kann überschüssige Luft durch das Sicherheitsventil entweichen, und da man das Sicherheitsventil beliebig einstellen kann, so vermag man den Anfangsdruck in der Maschine zu erhalten. Die Luftpumpe erzeugt nicht nur die Anfangsspannung, sondern ersetzt auch alle durch Undichtigkeit erzeugten Verluste.

Die Aufgabe des Regulators und des Regulatorventils besteht darin, die Druckunterschiede in der Maschine auszugleichen, und da der Druckunterschied die Kraftquelle der Maschine ist, so kann durch Regulirung des Druckunterschiedes auch die Ganggeschwindigkeit der Ma- ■ schine regulirt werden. Der Regulator ist ein gewöhnlicher Centrifugalregulator und mit einem als Schieber ausgeführten Regulatorventil durch einen Hebel verbunden. Eine Vergröfserung der Ganggeschwindigkeit der Maschine bewirkt eine Hebung der Kugeln, wodurch die Regulatorspindel gedrückt und die Stange des Regulatorventils gehoben wird; hierdurch wird das Regulatorventil geöffnet, welches die Oeffnung zwischen den zwei Seiten 8 und 8¹ der Maschine controlirt; da die Gröfse der Oeffnung zwischen den zwei Seiten der Maschine durch die Wirkung des Regulators controlirt wird, so wird durch Oeffnen und Schliefsen des Regulatorventils auch der Druckunterschied controlirt und sonach auch die Ganggeschwindigkeit der Maschine regulirt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Heifsluftmaschine, bei welcher die Vorrichtung zum abwechselnden Erhöhen und Erniedrigen der Temperatur der Luftmasse gekennzeichnet ist durch einen aus Drahtgewebe hergestellten, über einem Erhitzer angebrachten cylindrischen Regenerator (40) und einen über diesem liegenden cylindrischen Kühler (26), welche beide Theile in Verbindung mit einem mit Kolben versehenen Verdrängungscylinder (36) derartig angeordnet sind, dafs ein Kanal entsteht, welcher vom Kühler bis zum Boden des Erhitzers geht, um die Luft frei von der heifsen in die kalte Kammer des Verdrängungscylinders und umgekehrt treten zu' lassen, wobei die kalte und heifse Kammer direct mit einem Arbeitscylinder verbunden sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.