Titel: Alban, über Dampfmaschinen-Kolben mit Metallliederung.
Autor: Alban, Ernst
Fundstelle: 1829, Band 32, Nr. XXVIII. (S. 153–167)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj032/ar032028

XXVIII. Ueber Dampfmaschinen-Kolben mit Metallliederung, nebst Beschreibung eines neuen Kolben der Art von meiner Erfindung. Von Dr. Ernst Alban.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

In der in Bd. XXVIII. S. 337 dieses Journ. enthaltenen Darstellung der Grundzüge meines neuen Dampfentwikelungs-Princips habe ich auf der 375sten Seite in einer Note meine Gründe angegeben, warum ich für Dampfmaschinen von sehr hohem Druke Kolben mit Metallfütterung in allen Fällen für völlig unzulässig erachte, und zugleich meine Meinung unverholen darüber abgegeben, daß ich in der Anwendung solcher Kolben eine Hauptursache des Mißlingens der Perkins'schen Maschinen zu finden mich berechtigt glaube. Obgleich meine Gründe für diese Behauptung sich auf längst bekannte Erfahrungen stüzen und das Gewicht derselben jedem praktischen Mechaniker einleuchten dürfte, so habe ich doch zu meinem Erstaunen gefunden, daß auch in Deutschland noch jezt praktische Leute für eine Dampfmaschine von sehr hohem Druke einen solchen Kolben für einen besonders nothwendigen Apparat halten. Ein Mechaniker dieser Art ist der Hr. Uthe in Dresden, der in einem neuem, in diesem Journale, im XXIX. Band, S. 177 enthaltenen Aufsaze über Hr. Perkins Dampfmaschine wörtlich behauptet: ein guter Metallkolben sey bei hohem Dampfe eine unerläßliche Bedingung.

Ich für mein Theil dagegen bin durch die Beobachtung so vieler Dampfmaschinen mit Metallkolben, sowohl gewöhnlicher niedrig drükender, als hoch pressender, in Deutschland und England, mehr vom Gegentheile dieser Behauptung überzeugt worden, indem ich gefunden habe, daß bei allen diesen Kolben ein mehr oder minder großer Dampfverlust Statt finde; so daß ich sogar die Ursache des geringen Nuzeffectes so vieler neuern Hochdrukmaschinen in der Anwendung derselben, vorzüglich aber in dem Gebrauche unzwekmäßiger und fehlerhaft construirter suchen mochte. Fehlerhaft und unzwekmäßig construirt ist leider aber der größte Theil der bisherigen Metallkolben, vorzüglich für Hochdrukmaschinen, theils schon aus demjenigen allgemeinen Gesichtspunkte betrachtet, den ich in obiger Note aufgestellt habe, theils in Betracht der Anordnung ihrer verschiedenen Theile, ihrer Ringe oder Segmente, theils endlich in Betreff |154| der Metalle, die man zu diesen Segmenten oder Ringen gewählt hat. Wenn ich diese meine Behauptung in den folgenden Zeilen dadurch zu bewahrheiten streben werde, daß ich auf die Hauptfehler jedes der bisherigen Metallkolben speciell aufmerksam zu machen mich bemühe, so sey es mir vorerst noch vergönnt, einige der Hauptschwierigkeiten im Allgemeinen aufzuführen, die einer zwekmäßigen Anwendung solcher Kolben überhaupt im Wege stehen, und in denen die vorzüglichste Ursache ihrer Unzwekmäßigkeit, d.h. ihrer Undichtheit zu suchen ist.

  • 1) Es gibt wenige Werkstätten, die so vollkommene Cylinderbohrwerkzeuge vorzüglich für Cylinder von größerm Durchmesser, besizen, daß sie diese von so erstaunlich genauer Bohrung als sie für Metallkolben unumgänglich nöthig sind, zu liefern vermögen. Wer aus der Erfahrung weiß, wie schwer schon kleinere Metallflächen auf einander so dampfdicht zu schleifen sind, daß sie das Durchdringen hochdrükender, höchst dünner und elastischer Dämpfe vollkommen verhindern, und was die Hauptschwierigkeit ist, bei steter Bewegung auf und über einander verhüten, der wird es, selbst wenn er nicht Eingeweihter ist, begreiflich finden, daß es überaus schwer sey, eine so große Fläche, als die Wände eines größern Cylinders sind, mit den vielen verschiedenen Theilen eines Metallkolben bei seiner Bewegung darin in stetem genauen Contacte zu erhalten. Er wird gestehen müssen, daß eine außerordentliche Genauigkeit in der Bohrung nöthig sey, um hier zu einem erfreulichen Ziele zu gelangen, und ein langes Ausschleifen und Ausschmirgeln und nachheriges Einschleifen des Kolben in den Cylinder, wobei der Kolben nicht selten durch das Eindringen des Schleifmittels in seine Gefüge leidet und wieder undicht gemacht wird, zu verhüten, vorzüglich wenn er nicht vergißt, daß durch ein solches Aus- und Einschleifen doch nur immer kleinere Fehler in der Bohrung verbessert werden können, während die größern und schädlichem bleiben. Wie leicht aber auch ein gut und dicht gegossener Cylinder auf einem vorzüglichen Bohrwerke durch das Einfressen der Bohrschneiden, durch das Wechseln der leztern, durch ihre Abnuzung, (alles oft gar nicht zu vermeidende Zufälligkeiten und Unvollkommenheiten eines jeden solchen Werkzeuges,) verdorben werden können, beweiset die Erfahrung leider täglich demjenigen, der Maschinenbau viel unter Händen hat, und mit allen dabei vorkommenden Mängeln bekannt ist.

    Daß alle diese großen Schwierigkeiten mit dem Durchmesser der Cylinder wachsen, halte ich fast für überflüssig zu bemerken.

  • 2) Die Fabrikation guter Metallkolben ist mit eben so großen Schwierigkeiten |155| verknüpft, als die der dazu nöthigen Dampfcylinder. Diese wachsen um so mehr, je complicirter der Kolben ist, und je mehr Theile daran unter einander dampfdicht und zugleich beweglich zu verbinden sind. Die Verfertigung guter Metallkolben gehört nur den vorzüglichsten Werkstätten an, die mit allen den vielen Apparaten versehen sind, durch deren Anwendung die gehörige Genauigkeit und Sicherheit bei der Construction derselben erreicht wird, ohne großen Zeit- und Kostenaufwand zu veranlassen. Ein Metallkolben darf nicht einmal mittelmäßig, viel weniger schlecht gearbeitet seyn, erfordert daher ganz ausgesuchte Arbeiter, und diese sind eben so selten, als alles vollkommene in der zeitlichen Welt nur in dem Felde der frommen Wünsche zu finden ist.

  • 3) Ein kalt in den Dampfcylinder eingeschliffener Metallkolben verhält sich zu diesem ganz anders in der Hize der Dämpfe und bei ihrem Druke, als bei dem kalten Einschleifen selbst. Die Hize dehnt beide Theile aus, und zwar in einem nicht ganz günstigen Verhältnisse. Der Cylinder wird in dem Grade weiter, daß die Segmente nicht ganz genau centrisch mehr mit seinen Wänden bleiben, auch verändern die einzelnen Theile des Kolbens und sein Körper ihre Verhältnisse einiger Maßen zu einander. Diese Mängel werden um so fühlbarer, je größer die Hize ist, welcher die Cylinder und Kolben ausgesezt werden. Bei Hochdrukmaschinen, bei denen sonst der kleinere Durchmesser der Dampfcylinder günstigere Resultate verheißt, wird die Anwendung der Metallkolben daher immer unvollkommener werden, je mehr mit der, der Dichtheit des Kolben Gefahr bringenden, größern Hize das andringende Fluidum zugleich einen immer höhern Druk und eine größere Elasticität gewinnt.

  • 4) Die Metallkolben schleifen sich bei der Arbeit nicht, wie man gewöhnlich anzunehmen pflegt, immer dichter ein, sondern verlieren häufig dadurch an Vollkommenheit, daß ihre an dem Cylinder reibenden Flächen mehr oder weniger zerstört werden, vorzüglich wenn das Fett fehlt oder unzwekmäßige Metalle gewählt sind. Ist aber erst ein geringer Grad von Zerstörung eingetreten, so ist die Zernichtung beider Theile um so schneller und unvermeidlicher. Häufig befördern Rost im Cylinder nach einem längern Stillstande der Maschine, oder ein schlechtes Wasser, die Zerstörung eines der beiden Theile, oder beider zugleich.

Ich komme nun zur nähern Betrachtung der verschiedenen Metallkolben, die bisher vorzüglich in Anwendung kamen, und werde mich bemühen, zu zeigen, worin die Hauptfehler in ihrer Construction liegen, und aus welchen Ursachen von allen kein langer, immer |156| vollkommen dampfdichter Gang zu erwarten sey. Um mich dabei kürzer fassen zu können, will ich diese Hauptfehler in der Construction zuvor im Allgemeinen angeben.

  • a) An keinem einzigen derselben ist dafür gesorgt, daß bei allmähligem Abschleifen der Segmente oder Ringe an den Cylinderwänden, die Stellung derselben in einem solchen günstigen Verhältnisse zu einander bleibe, daß zu allen Zeiten, selbst bei der größten Abnuzung der Segmente oder Ringe, die Dampfdichtigkeit des ganzen Kolben und seiner einzelnen Theile unter einander erhalten werde.

  • b) Viele der Metallkolben bestehen aus zu vielen einzelnen Theilen, Segmenten oder Ringen, deren Dichtung unter einander, unbeschadet ihrer freien Beweglichkeit, mit unendlich vielen Schwierigkeiten verbunden ist, so daß sie weder anfangs bei der Verfertigung ganz vollkommen herzustellen sind, noch sich lange in einem sichern Zustande erhalten können.

  • c) Bei mehreren Kolben verhindert die Art der Stellung der Segmente oder Ringe die gehörige Beweglichkeit derselben unter einander, so daß sie sich nicht in jedem Verhältnisse gleich leicht ausdehnen und den Schluß mit den Cylinder-Wänden behalten können.

  • d) Manche verändern bei Abnuzung ihrer Segmente die Lage dieser unter einander so ungünstig, daß die Cylinder-Wände dadurch Nachtheil erfahren und stellenweise ausgeschliffen und verdorben werden.

  • e) Bei manchen werden einzelne Theile zu stark gegen die Cylinder-Wände, und zwar durch die wirkenden Dämpfe, angedrükt, so daß sie und der Cylinder dadurch leiden.

  • f) Zuweilen werden Metallkolben auch von unzwekmäßigen Metallen, z.B. von Stahl construirt. Diese Anordnung habe ich vorzüglich nachtheilig in Hochdrukmaschinen mit höherm Druke gefunden. Meine Erfahrung hat mir gezeigt, daß Stahlkolben immer bald den gußeisernen Dampfcylinder zerstören, indem sie ganze Stüke aus demselben ausschleifen und ihn schnell voller Furchen graben.

Man wird diese einzelnen Unvollkommenheiten der bisherigen Metallkolben lebhafter fühlen, wenn ich sie speciell an den verschiedenen Kolben selbst rüge. Bei einer genauern Beurtheilung derselben werde ich zugleich Gelegenheit finden, einzelne kleinere Mängel aufzudeken, die gerade nicht in obige 6 Hauptnummern hinein zu bringen seyn mochten. Ich beginne mit der Beurtheilung

  • 1) Des ältesten und zuerst wohl von Cartwright erfundenen Metallkolben, der aus 2 Lagen Quadranten unter und hinter einander |157| besteht, wovon die Hintere die Fugen der vordern und die untere die der obern schließt. Beschreibungen und Abbildungen davon findet man in Christ. traité de Mechan. ind., in Bernouilli's Dampfmaschinenlehre und im polytechn. Journale, Bd.i. S. 155.

    Dieser Kolben verfällt vorzüglich in den unter, a, gerügten Fehler, auch ist er so complicirt, und besteht aus so vielen einzelnen unter einander zu dichtenden beweglichen Theilen, daß er wohl für einen der unvollkommensten Metallkolben gelten kann. Um ersteres zu beweisen, habe ich in Fig. 28 einen solchen Kolben und zwar die eine Lage seiner Quadranten nach bedeutender Abnuzung seiner äußern Peripherie an den Cylinder-Wänden vorgestellt. Man sieht hier, daß die Fugen zwischen allen verschiedenen Quadranten viel größer geworden sind, und daß leztere nicht mehr genau centrisch mit den Cylinder-Wänden liegen, folglich ihre vortheilhafte Lage sowohl gegen die Cylinder-Wände als unter einander völlig verloren. Eine natürliche Folge hievon ist, daß die Fugen der äußern Quadranten durch die Hintere Lage nicht so sicher und dicht mehr geschlossen werden können, indem die Quadranten dieser Lage unter einander zu viel Spielraum gewonnen haben, um nicht oft zu wakeln und mehr oder weniger, theilweise oder im Ganzen, aus ihrer richtigen Stellung zu kommen. Anstatt, daß die hintern Quadranten die Fugen der vordem mit Flächen deken sollen, schließen sie nur allein noch an die Eken derselben scharf an, wie bei, a, b, c, und d, zu sehen ist. Welcher Nachtheil für den Gang des Kolben wird in diesem Falle daraus erwachsen, wenn Dämpfe durch die weit geöffneten und schlecht nach hinten geschlossenen Fugen hinter seine Quadranten dringen und diese nun mit großer Gewalt gegen die Cylinder-Wände drängen, zumal wenn selbige dicht an solche anschließen sollten?

  • 2) Aber auch den so weit und breit berühmten Barton'schen Kolben59), der eigentlich die Erfindung eines Hr. Brown, eines nord-amerikanischen Advokaten seyn soll, treffen in Bezug auf Num. a, große Vorwürfe, die Hr. Reed zu Petersburg mit Recht gerügt hat, und die durch die prahlerischen Zeugnisse60) der englischen Fabriken-Besizer, die ihn anwenden, aber nach längern Gebrauch desselben schwerlich selbst in ihre Dampfcylinder hineingesehen haben, keinesweges entkräftet oder gar aufgehoben werden. Schon der kalt prüfende Blik jedes unbefangenen Kenners wird die Construction |158| des Barton'schen in Fig. 29 abgebildeten, freilich sehr einfachen, Kolbens mit Recht tadeln müssen, wenn er die Anordnung der Keile desselben genau betrachtet. Hier wird er nämlich sogleich finden, daß diese Keile bei dem, während eines längern Gebrauchs, unausbleiblichen Abschleifen der Segmente und ihrem daraus folgenden Nachaußentreten, in einem weit größern Verhältnisse hervordringen, als diese, so daß sie die in Fig. 30 abgebildete Stellung gegen die Segmente einnehmen müssen. Dem wird es ferner einleuchten, daß selbige mit ihren, sich nicht in dem Verhältnisse ihres Hervortretens nach Außen abschleifenden, Winkeln, a, b, c, Furchen in die Cylinder arbeiten müssen, ehe sie dieß aber thun, den Schluß der Segmente an die Cylinder-Wände stören werden, anstatt ihn zu befördern, auch den andringenden Dämpfen wohl Spielraum zwischen sich und den Segmenten zum durchdringen verstatten können. Daß dem wirklich so sey, habe ich aus dem Munde vieler englischen Engineer und Maschinenwärter gehört, und diese haben mir es größten Theils ohne alle Aufforderung vertraut, weßhalb ich in ihre Behauptung um so weniger Zweifel zu sezen mich berechtigt glaube.

    Wenn Hr. Perkins anfangs prahlte, daß derjenige Barton'sche Kolben, den er in seiner ersten Maschine anwandte, und von Stahl hatte arbeiten lassen, nach längerm Gebrauche und selbst bei einem Hizegrade, der ihn blau hatte anlaufen lassen, wie polirt befunden sey,61) so haben dieser seiner öffentlichen Aussage die Berichte seiner Arbeiter völlig widersprochen, indem diese Arbeiter mir oft erzählt haben, daß alle Perkins'schen Cylinder mit Barton'schen Stahlkolben sogleich voller Furchen befunden worden seyen.

  • 3) Denjenigen Metallkolben, den die HHrn. Taylor und Martineau in London anwenden, und der aus einem äußern und einem innern, an einer Seite aufgeschnittenen, elastischen Ringe besteht, wovon der innere Ring die Fuge des äußern dekt, trifft ohne Zweifel der Vorwurf einer zu großen Unbeweglichkeit dieser Ringe. Der Druk derselben auf einander, wobei beider Flächen sich in ihrem ganzen Umfange berühren, und so eine bedeutende, und in der Hize nach fühlbarer werdende, Reibung verursachen, verhindert beinahe ganz die Biegsamkeit des äußern Ringes und sein dichtes Anschmiegen an die Cylinder-Wände, daher dieser Kolben, wie die Erfahrung auch lehrt, viel Dampf unbenuzt entschlüpfen läßt, und so den Effect der Maschine bedeutend vermindert. Zudem trifft diesen Metallkolben noch ein anderer Vorwurf, der |159| nämlich, daß er bei einer längern Arbeit auch bald allen Schluß verliert, weil die Elasticität seiner Ringe nur sehr begrenzt und also das Maximum ihrer Ausdehnung bald erreicht ist. Wenn nämlich dieses Maximum den Ringen durch die Größe des Durchmessers aufgedrungen wird, den man ihnen beim Abdrehen in der Drehbank vor dem Durchschnitte gibt, so kann dasselbe nicht weit den Durchmesser des Cylinders übertreffen. Bei einem Cylinder von 6 Zoll Durchmesser wird dem äußern Ringe vor dem Aufscheiden kaum 1/8 Zoll zugegeben. Dieser 1/8 Zoll stellt dem Ringe bei seinem Einklemmen in den Cylinder, wobei er zusammengedrängt und sein Durchmesser verkleinert wird, die Grenze, bis zu welcher er wieder aufzuspringen vermag, wenn er aus dem Cylinder herausgenommen wird. Ist dieser 1/8 Zoll also bei seiner Arbeit im Cylinder abgeschliffen, so hat seine Elasticität oder vielmehr sein Druk gegen die Wände des Cylinders das Ende erreicht und der Kolben ist unbrauchbar. Ein gleicher Vorwurf trifft

  • 4) den Metallkolben des Hrn. Perkins62) der seiner Struktur nach sonst ohne Widerrede der einfachste und zwekmäßigste unter allen Kolben dieser Art ist, indem derselbe nur aus Einem elastischen, an einem Ende aufgeschnittenen, Ringe und zwei unelastischen besteht, welche leztere einer nach oben, einer nach unten, die durch den Durchschnitt des mittlern elastischen Ringes entstehende Fuge oder Lüke deken, indem sie über und unter selbiger durch eine innere Spiralfeder gegen die Cylinder-Wand angedrükt werden. Der mittlere elastische Ring hat nämlich ebenfalls bald das Maximum seiner Ausdehnung erreicht und wird deßhalb mit der Zeit unbrauchbar. Zudem ist bei diesem Kolben noch der Druk der Dämpfe auf die beiden unelastischen Ringe, die, außer der Stelle, wo sie die Fuge des elastischen Ringes deken, die Cylinder-Wände gar nicht berühren, sehr zu beachten, vorzüglich bei sehr hohem Druke der Dämpfe. Und ob nun gleich der Grad dieses Anpressens der Ringe an die Cylinder-Wände nur der Größe derjenigen Oberfläche der Ringe entspricht, die wirklich mit dem Cylinder in Contakt steht und zum Zweke der Fugenschließung nicht groß zu seyn braucht, so ist derselbe doch von großer Bedeutung, wo die Maschine mit einer Dampfkraft von mehreren hundert Pfunden auf dem Quadratzoll arbeiten soll. Ob in solchem Falle durch dieses heftige Anpressen der Ringe der Cylinder an der betheiligten Stelle nicht eher weggeschliffen und verdorben werden könne als an seinem übrigen Umfange, steht sehr zu bedenken.

    |160| Was den Perkins'schen Kolben empfiehlt, ist seine große Einfachheit, die seinen Bau sehr erleichtert und dabei wenige Apparate und Werkzeuge nöthig macht. Auch dürften Reparaturen desselben mit sehr wenigen Umständen verknüpft seyn. Gerne räume ich ein, daß mein später zu beschreibender Kolben in allen diesen Punkten dem Perkins'schen nachstehe, indessen hat man bei seinem Bau weniger Schwierigkeit zu bekämpfen, als die bloße Ansicht desselben glaubend machen möchte, wenn man diejenige Methode bei seiner Fabrikation befolgt, die ich nachher angeben werde.

  • 5) Hrn. Jessops Metallkolben63), der aus einem spiralförmig gewundenen und auf einem Polster von Werg oder Hanf ruhenden Ringe besteht, scheint mir ein sehr unvollkommener Kolben zu seyn, indem daran theils das Durchdringen der Dämpfe zwischen den Windungen des Ringes, die nicht gut auf einander geschliffen werden können, sehr begünstigt wird, theils aber auch die Spirale bei ihrer Ausdehnung, wobei ihre beiden Enden sich zurükziehen, zwischen den Dekplatten des Kolbenkörpers loker werden muß, theils endlich, weil wegen der Anwendung des Hanfpolsters der Kolben eben so bald vergänglich als ein gewöhnlicher Hanfkolben wird, dieß Hanfpolster aber auch, wenn es dicht an die Spirale anschließen soll, zu stark gegen selbige drüken und diese gegen die Cylinder-Wände pressen muß. Findet Hrn. Jessops Kolben wirklich Anwendung, so möchte sich diese wohl nur auf Maschinen mit niederm Druke beschränken, da er für Hochdrukmaschinen in jedem Falle zu undicht, unsicher und vergänglich seyn würde.

Nachdem ich nun auf die Mängel der bisherigen Kolben mit Metallfütterung aufmerksam gemacht habe, gehe ich zur Beschreibung meines neuen Metallkolben über. Seine Vortheile werden durch das Voraufgeschikte erst recht in die Augen springen, und sein Werth dadurch bestimmt und gewürdigt, zugleich aber auch die Stunden, die ich seiner Erfindung widmete, als nüzlich gerechtfertigt werden.

Ich erfand denselben während meines Aufenthaltes in England, und wandte ihn in einer Hochdrukmaschine an, die mit 200 Pfund Dampfdruk auf den Quadratzoll in Thätigkeit gesezt wurde. Der Kolben bestand eine Probe mit 300 Pfund Dampfdruk für den Quadratzoll und zeigte sich dabei völlig dicht. Er arbeitete in einem gußeisernen Dampfcylinder von 6 Zoll Durchmesser, der mit einem halbrunden, schon früher von mir in diesem Journale beschriebenen, Bohrer gebohrt war. Der Körper des Kolben sowohl, als seine Segmente |161| bestanden aus einer Composition von 7 Theilen Kupfer und 1 Theil Zinn, welches Metall in großer Hize am besten auf Gußeisen arbeitet.

Wenn ich diesen Kolben als einen vorzüglichen Metallkolben empfehle, so gilt diese Empfehlung nur für seine Anwendung auf Maschinen mit niederm Druke und gewöhnliche Hochdrukmaschinen von 3 bis zu 10 Atmosphären Druk. Warum ich für höhern Druk den Gebrauch der Metallkolben für unzulänglich und schädlich erachte, habe ich früher schon gründlich aus einander gesezt.

Man sieht den Kolben in Fig. 31 und 32 von außen, in Fig. 33 im senkrechten Durchschnitte, in Fig. 7 in einem horizontalen Querdurchschnitte durch die obere Lage der Segmente, und in Fig. 8 in einem gleichen Durchschnitte durch die untere Lage derselben abgebildet. Ich habe denselben für einen Cylinder von 0 Zoll Durchmesser gezeichnet, und den Maßstab dabei gesezt, um die Größen-Verhältnisse seiner einzelnen Theile genauer beurtheilen zu können.

Sein Körper ist cylindrisch und besteht aus zwei gleichen Hälften, die durch mehrere Schraubenbolzen zusammengezogen werden. Jede Hälfte hat eine Dekplatte für die Segmente. Diese Dekplatten und der Körper schließen den Raum ein, welchen die Segmente mit ihren Federn einnehmen. In Fig. 4 und 5 bezeichnen, a, und b, die beiden Dekplatten, in Fig. 6 sieht man den ganzen Körper im perpendikulären Durchschnitte, a, a, ist der Körper und zwar die obere Halste mit seiner Dekplatte, b, b, c, c, ist die untere Hälfte mit ihrer Dekplatte, d, d, e, e, sind 2 der, zur Vereinigung beider bestimmten, Schraubenbolzen. Die Kolbenstange, f, ist immer nur an der einen, der obern oder untern, Hälfte befestigt. Sie durchdringt nämlich die Achse derselben mit ihrem Ende. Dieses Ende ist so weit, als es im Kolbenkörper stekt, etwas schwächer gearbeitet, (d.h. um 1/4 oder 1/3) als die übrige Stange. Da wo der schwächere Theil angeht, läuft der stärkere Theil kegelförmig ab und ist mit dem so entstehenden, einem Kegelventile gleich sehenden, Ablaufe in eine correspondirende Vertiefung des Kolbenkörpers dampfdicht eingeschliffen. Durch diese Anordnung wird das Eindringen der Dämpfe in den Kolbenkörper verhütet. Das äußerste Ende der Kolbenstange tritt auf der entgegengesezten Seite der Kolbenkörperhälfte hervor und enthält hier ein Gewinde, auf welches eine Mutter, g, geschraubt wird, um beide Theile mit einander zu verbinden. Die andere Hälfte des Kolbenkörpers hat für das Ende der Kolbenstange und seine Mutter einen Ausschnitt. In diesem liegen beide Theile frei, ohne das genaue durch die Schraubenbolzen, c, c, zu bewirkende Anziehen der einen Kolbenhälfte au die andere zu hindern.

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Anmerkung. Es möchte manchem Mechaniker unzwekmäßig dünken, daß ich das Kolbenstangenende nicht zugleich durch die zweite Kolbenkörperhälfte habe treten lassen. Durch das Vorschrauben der Mutter würde ich dann, mit der Befestigung der Kolbenstange am Kolbenkörper, zugleich das Anziehen beider Kolbenkörperhälften verbunden, und dadurch dem Kolben mehr Einfachheit gegeben haben. Mein Zwek bei der angegebenen Einrichtung entschuldigt aber unstreitig diese kleine Umständlichkeit. Ich wollte nämlich das Andrüken der Dekplatten an die Segmente völlig unabhängig machen von der Befestigung der Kolbenstange am Kolben, um zu jeder Zeit nach Willkühr oder Bedürfniß den Druk auf die Segmente reguliren zu können, was in dem Falle, wo der Kolben in verschiedenen Temperaturen arbeiten soll, mit großen Vortheilen verbunden ist, auch bei einer Reparatur seine Auseinandernahme und Wiederzusammensezung sehr erleichtert.

Die Anordnung der Segmente meines Kolben und ihrer Stellung neben und über einander ersieht man am deutlichsten aus Fig. 34 und 35. Ich habe beide Lagen derselben, sowohl die obere als untere, abgebildet, um einen recht deutlichen Begriff zu geben von dem Verhältnisse beider Lagen zu einander, und dem dadurch bewirkten vollkommenen Schlusse des Kolben.

Beide Lagen bestehen aus 2 unbeweglichen Kreisabschnitten, a und b, die in ihrer Mitte am Kolbenkörper befestigt (festgeschraubt) sind, und zu Führern der beiden beweglichen Segmente, c, und d, dienen, welche zwischen ihnen nach Außen gegen die Cylinder-Wände und wieder zurük, nach dem Kolbenkörper hin geschoben werden können. Theilt man die äußere Peripherie der ganzen Lage in 4 gleiche Theile, so muß der Bogen, den a und b beschreiben, kleiner als der vierte Theil des Kreises seyn. Den Grund hievon weiter unten. Die Verbindung zwischen a und c, und d und b, und c und d, wird dampfdicht gemacht, so daß während der Bewegung zwischen beiden Theilen keine Dämpfe in die Fugen dringen können. Wie dieß leicht zu bewerkstelligen sey, werde ich später angeben.

Die Befestigung von a und b, an dem Kolbenkörper e, geschieht durch Schrauben. Damit die Dämpfe beide Theile nicht nach dem Kolbenkörper hin zusammen drüken, und so die Beweglichkeit der dazwischen geleitenden beweglichen Segmente, c, und d, aufheben können, sind zwischen ihnen und dem Kolbenkörper kleine Stüzen, f, angebracht, die zugleich durch jene Schrauben mit angezogen und befestigt werden, indem selbige sie durchbohren. Die Schraubenköpfe liegen in, a und b, konisch versenkt, und sind in der Versenkung dampfdicht |163| eingeschliffen, damit kein Dampf bei den Schrauben ins Innere des Kolben dringen könne.

Die Kreisabschnitte a und b, brauchen den Dampfcylinder nicht dampfdicht zu berühren, wohl aber müssen die beweglichen Segmente, c und d, genau an selbigen anschließen. Sie werden durch die einfachen Federn, g und h, an die Cylinder-Wände angedrükt erhalten. Selbige Federn liegen in dem Zwischenraume zwischen Segmenten und Kolbenkörper, und sind an leztere angeschraubt. Die Form der Federn ist aus der Zeichnung deutlich. Durch jedes der beiden beweglichen Segmente wird mehr als der zweite Theil der Peripherie des Kolben gedichtet, während a und b ihm die Führung im Cylinder nach zwei entgegengesezten Seiten sichern. Zur Schließung der übrigen 2/4 der Kolbenperipherie dient die zweite Lage, die daher auch quer unter der obern liegt, so daß ihre beweglichen Segmente unter, a und b, der obern zu stehen kommen. Ihre Einrichtung ist übrigens ganz die der obern. Da jedes bewegliche Segment mit seiner Peripherie etwas mehr als den vierten Theil der Kolbenperipherie dichtet, so wird begreiflich, daß da, wo die beweglichen Segmente der obern und untern Lage zusammenstoßen, auf eine kleine Streke der Schluß von beiden zugleich besorgt wird, folglich keine Dämpfe von der obern nach der untern Lage und umgekehrt durchdringen können. Bei Betrachtung von Fig. 31 und 32 wird dieß anschaulicher werden. c ist eins der beweglichen Segmente der obern Lage, d eines der untern Lage, a und b sind die unbeweglichen Segmente beider Lagen der Seite, a dichtet hier den Gang des Kolben bis zu der Fuge g, d denselben bis zur Fuge h, die Kolbenperipherie ist also auf die Breite von g bis h durch beide Lagen gedichtet, folglich kann kein Dampf von c nach d, und umgekehrt von d nach c.

i und k, sind in Fig. 5, diejenigen Schrauben, wodurch die unbeweglichen Segmente an dem Kolbenkörper befestigt sind.

Die Wirkung dieses Kolbens und die Art seines Schlusses hoffe ich hiemit verständlich angegeben zu haben es sey mir nun noch erlaubt, seine Vortheile vor den bisher bekannt gewordenen Metallkolben näher zu betrachten, und hiebei zugleich über die zwekmäßigste Art feiner Verfertigung etwas zu sagen.

  • 1) Wenn mein Kolben auch nicht so einfach und kunstlos in seinem Baue, als der Barton'sche und Perkins'sche erscheint, so ist er doch unstreitig nicht so künstlich als der Cartwright'sche zu nennen; denn in der That ist seine Verfertigung mit weit weniger Schwierigkeiten verbunden, als man bei seinem ersten Anblike glauben sollte, wenigstens steht er in dieser Einfachheit bei der Fabrikation dem Barton'schen nichts nach.

  • 2) Dafür übertrifft er aber alle bisherigen Metallkolben in Hinsicht seiner längern Brauchbarkeit und Sicherheit bei der Anwendung, so daß äußerst selten Reparaturen bei demselben vorkommen und er mit der Länge der Zeit, wegen der zwekmäßigen Anordnung seiner einzelnen Theile, nichts an seiner frühern Dichtheit verliert, sondern eher gewinnt, indem bei wirklich erfolgender Abnuzung seiner beweglichen, und seinen Gang dichtenden Segmente, diese nie in eine ungünstige Stellung unter einander oder zu den übrigen Theilen desselben treten können, wodurch nachtheilige Lüken entständen. Wenn man nämlich die siebente und achte Figur näher betrachtet, und hier die Art und Weise genau erwägt, wie die beweglichen Segmente zwischen den unbeweglichen gleiten, so wird jedem klar werden, daß bei einem mehrern oder mindern Heraustreten der erstem ihre, an den unbeweglichen gleitenden Flächen stets genau in Verbindung mit jenen bleiben, folglich durchaus keine Lüken entstehen werden, selbst wenn die Abnuzung der äußern Peripherie der beweglichen Segmente am Cylinder in dem Grade zugenommen hätte, daß diese Segmente um einen halben Zoll sich weiter vom Centrum des Kolben hätten entfernen müssen, als sie anfangs bei der ersten Ingangsezung des Kolben standen. Um die Unschädlichkeit eines solchen Heraustritts der beweglichen Segmente recht vor Augen zu stellen habe ich in Fig. 9 eine Lage derselben vorgestellt, die bedeutend über den regelmäßigen Stand im Cylinder hinausgewichen ist, wie es gewöhnlich geschieht, wenn der Kolben aus dem Cylinder genommen wird. Man sieht hier die Fugen, a, b, c, und d, vollkommen geschlossen und in Ordnung, so daß selbst ein noch weiteres Heraustreten der Segmente ohne Nachtheil für den genauen Schluß des Kolben gedacht werden kann. Ich glaube nicht, daß irgend jemand diesen außerordentlichen Vortheil meines Kolben vor den bisherigen Metallkolben verkennen und nach Beherzigung des oben Gesagten das Lob, was ich demselben beilege, grundlos finden wird.

  • 3) Wegen der vollkommenen Berührung der Cylinder-Wände durch meinen Kolben und seine Segmente, wobei, selbst nach einer größern Abnuzung, kein Theil desselben widergesezlich hervortritt und gegen die Cylinder-Wände drängt, wird der Cylinder beim Gebrauche meines Kolben stets in einem sehr vollkommenen Zustande erhalten werden, und so auch von dieser Seite nie eine Ursache zu einer spätern Undichtheit des Kolbenganges oder zur nöthigen Umtauschung des Cylinders mit einem neuen, bei Anschaffung eines andern Kolbens, gegeben werden. Der neue Kolben wird vielmehr nach einem kurzen Einschmirgeln sogleich in den Cylinder wieder |165| passen und lange gangfertig und dicht bleiben. Mein Kolben hat außer den 4 beweglichen Segmenten keine Theile, die gegen die Cylinder-Wände drängen, und an denselben arbeiten; die Peripherie selbiger hat aber genau die Form der Cylinder-Wände, beide Theile können durch Verschiedenheit der Form also nicht schädlich auf einander einwirken. Das nämliche gilt von der Form der unbeweglichen Segmente. Hier sind keine scharfen Winkel, wie an den Barton'schen Keilen; keine Ringe, die nur stellenweise und noch dazu mit der ganzen Kraft eines sehr hochdrükenden Dampfes gegen ihn drängen und reiben.

  • 4) Die beweglichen Segmente meines Kolbens behalten ferner unter allen Umständen gehörige Beweglichkeit, indem die unbeweglichen Segmente gegen den Kolbenkörper gestüzt sind, folglich durch den Druk der Dämpfe nicht gegen die beweglichen gedrükt werden können.

  • 5) Der Kolben behält, wenn er aus dem Cylinder genommen wird, seinen Zusammenhang, ohne daß es nöthig wäre, einen Ring um denselben zu legen. Die Federn wirken nämlich nicht so stark gegen die beweglichen Segmente, daß diese ganz hervortreten. Beim Einsezen des Kolben in den Cylinder braucht man nur die Segmente nach und nach einzudrüken und er wird ungehindert in denselben gleiten.

  • 6) Der Kolben hat außerordentlich wenig Friktion. Diese betrug bei einem sechszölligen Kolben keine 6 Pfund, d.h. kalt gemessen. Der Druk der beweglichen Segmente gegen die Cylinder-Wände ist nämlich sehr sanft und gleichmäßig.

  • 7) Mein Kolben, wenn er von der oben angegebenen Metallmischung gebauet und genau genug gearbeitet wird, schließt selbst bei höherm Dampfdruke vollkommen dicht, und leidet durch die dabei Statt findende große Hize nicht, so daß weder er, noch die Cylinder-Wände schädlich angegriffen werden. Dieß hat die Erfahrung bestätigt.

    An demjenigen Kolben, den ich zulezt in London bauete, war auch der Körper desselben von oben angegebener Metallcomposition. Auf diese Weise war die Ausdehnung aller seiner Theile durch die Hize gleich stark. Die Dekplatten waren so groß, daß sie genau in den Cylinder paßten. Diese Maßregel ist bei hohem Dampfdruke durchaus anzurathen, um den schädlichen Druk der Dämpfe auf denjenigen Vorsprung, den die Segmente gewöhnlicher Metallkolben vor den Dekplatten machen, zu verhüten.

    Was die zwekmäßigste Methode zur Verfertigung meines Kolben |166| betrifft, so spricht sie sich in der Reihefolge folgender Arbeiten aus:

    • a) Zuerst wird der Kolbenkörper genau auf der Drehbank zugerichtet, und zwar werden beide Hälften gut auf einander gepaßt und ihre gegenseitigen Berührungsflächen auf einander geschliffen.

    • b) Dann werden 3 Ringe abgedreht, 2 von der Breite der beweglichen, und einer von der Breite der unbeweglichen Segmente. Aus lezterm werden diese Segmente herausgeschnitten, von ersteren zwei wird aber auf 2 Seiten so viel abgefeilt, daß die unbeweglichen Segmente angepaßt werden können. In Fig. 37 sieht man den schmälern Ring. Die Form der 4 daraus zu schneidenden unbeweglichen Segmente ist durch Punkte angegeben. Fig. 38 zeigt einen der breiten Ringe. Bei, a und b, sind Kreisabschnitte von demselben abgefeilt, um die dunkler bezeichneten unbeweglichen Segmente, c, und d, aufzunehmen.

    • c) Leztere werden nun auf die Abschnittsfläche dicht aufgeschliffen und dann mit Zinn darauf gelöthet, so daß sie die, von dem breitern Ringe abgeschnittenen, Kreisabschnitte ersezen, und diese Ringe wieder voll erscheinen.

    • d) Beide breitern Ringe werden nun mit den daran gelötheten unbeweglichen Segmenten von neuem in die Drehbank gebracht, und zusammen, auf allen ihren Flächen, genau abgedreht und in den Cylinder eingepaßt.

    • e) Dann auf einander, und gegen die Dekplatte des Kolbenkörpers dicht geschliffen.

    • f) Darauf die Zinnlöthung zwischen dem Ringe und den unbeweglichen Segmenten aufgehoben, beide Theile von neuem auf einander geschliffen und zulezt beide Ringe durchschnitten und jeder in seine 2 Segmente getheilt.

    • g) Endlich die Stüzen für die unbeweglichen Segmente gemacht, und leztere an den Körper des Kolben befestigt, und

    • h) zu allerlezt die Federn für die beweglichen Segmente vollendet und auf ihren Plaz festgeschraubt.

Man kann meine neue Metallliederung auch auf Stopfbüchsen anwenden, um den Gang von Stämpeln oder Kolbenstangen zu dichten. Die Stellung der Segmente ist dann dieselbe. Man sieht in Fig. 39 die eine Lage derselben abgebildet. Die beweglichen, a und b, werden hier durch den Federn, c und d, von Außen nach Innen gegen die Kolbenstange oder den Stämpel, e, gedrükt, dichten also seinen Gang mit ihrem innern Rande. Die unbeweglichen Segmente, f und g, sind aber vermittelst Schrauben an die innern Wände der Stopfbüchse geschraubt. Zwischen denselben und diesen Wänden sind |167| die Stüzen, h und i, angebracht, um das Abdrängen dieser Segmente von den beweglichen (durch die Dämpfe) zu verhüten. Daß auch hier beide Lagen quer über einander gelegt werden müssen, ist wohl überflüssig zu bemerken.

Ich habe diese Metallliederung für Stämpel und Kolbenstangen bloß der Vollständigkeit wegen hier angeführt. Ein Versuch, den ich damit in England machte, fiel nicht so befriedigend aus, daß ich sie besonders empfehlen könnte. Es war bisher aber noch immer das Resultat aller Metallliederungen ungenügend, sobald man sie auf Kolbenstangen anzuwenden versucht hat.

Stubbendorf im Monate November 1828.

|157|

Beschreibungen und Abbildungen davon siehe im polytechn. Journal, Bd. XIII. S. 317, so wie in Olivier Evans Manuel und Bernoulli's Dampfmaschinenlehre.

|157|

Mechan. Magaz. N. 256, 6. Julius, S. 390. u.s.f.

|158|

Polytechn. Journal, Bd. XII. S. 103.

|159|

Abbildung und Beschreibung davon im polytechn, Journal Bd. XIII. S. 305.

|160|

Beschreibung und Abbildung davon im polytechn. Journ. Bd. XII. S. 56, so wie in Bernouilli's Dampfmaschinenlehre.

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