Titel: Rudler, über Dampfmaschinen mit oszillirenden Cylindern.
Autor: Rudler,
Fundstelle: 1831, Band 41, Nr. XVII. (S. 81–89)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj041/ar041017

XVII. Ueber Dampfmaschinen mit oszillirenden Cylindern. Von Hrn. Rudler, mechanischer Ingenieur.

Aus den Annales de l'Industrie française et étrangére: Tome VI N. 3. von 1830.

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Die Dampfmaschinen mit oszillirenden, oder sich schwingenden Cylindern, welche in Frankreich erst seit drei oder vier Jahren eingeführt sind, nehmen die Aufmerksamkeit der industriellen Classen, und besonders der Mechaniker, welche sich mit dem Baue der Dampfmaschinen beschäftigen, in einem hinlänglichen Grade in Anspruch, um die Bekanntmachung ihres Baues durch Zeichnungen und Beschreibung und der Resultate der an einer derselben vorgenommenen Versuche wünschenswerth zu machen.

Diese Maschinen sind in Frankreich zuerst durch zwei geschikte Mechaniker, die Herren Manby zu Charenton und Hallette zu Arras verfertigt, aber von denselben bald wieder aufgegeben worden, vermuthlich weil sie mit den erhaltenen Resultaten nicht zufrieden waren.

Seit dieser Zeit haben die Herren Brüder Cavé eine Anstalt errichtet, in welcher sie viele dergleichen Maschinen, sowohl für Fabriken- und Mühlenwerke, als für Dampfbothe verfertigen; aber kein anderer Mechaniker hat sich bisher damit beschäftigt.28)

Wir wollen zuerst die beigefügten Zeichnungen erklären, und dann die verschiedenen Resultate berichten, welche man mit dieser Maschine erhalten hat.

Beschreibung der Kupfertafeln.

Fig. 1. ist eine Ansicht der Maschine von Vorne;

Fig. 2. ein Vertikaldurchschnitt durch die Achse der Maschine;

Fig. 3. Grundriß oder Ansicht von Oben.

Dieselben Buchstaben bezeichnen dieselben Theile in den drei Figuren.

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Die Maschine mit oszillirendem Cylinder steht auf zwei massiven Mauern A, A, auf welchen eine große Grundplatte von Gußeisen B liegt, in welcher vier Säulen, C, C, befestigt sind, welche eine gemeinschaftliche Deke, D, oben mit einander verbindet. In den Mauern sind vier große Stangen befestigt, deren jede durch eine Säule geht, und welche so die Grundplatte, die Säulen und die Dekefest zusammen halten.

Auf der Grundplatte sind auch zwei aufrecht stehende Leisten E, befestigt mit den Anwellen oder Lagern, welche die Zapfen des Dampfcylinders F, aufnehmen. Auf der Deke und in paralleler Richtung mit den Leisten E, ist das eine Zapfenlager der Kurbelachse G befestigt.

An der Warze der Kurbel ist die Anwellbüchse der Kolbenstange des Dampfcylinders und eine kleine messingene Friktionsrolle I befestigt, welche zwischen zweien auf dem Cylinder befestigten Geleisestangen sich umdrehen und auf und nieder bewegen kann.

An der Achse der Kurbel befindet sich ein kleines Kammrad mit Zähnen, die unter einem Winkel von 45° stehen, und dieses Kammrad greift in ein anderes von gleicher Gestalt und Größe ein, welches an der kleinen vertikalen Achse M befestigt ist. In der Linie der Achse der Zapfen des Cylinders, wo diese mit der Achse M zusammentrifft, befindet sich ein sogenanntes Universalgelenk,29) durch welches die umdrehende Bewegung der Achse M einer anderen kleinen Achse N mitgetheilt wird, an welchem unten ein horizontales Stirnrad befestigt ist, das in ein anderes von gleichem Durchmesser eingreift, wodurch die Achse der Steurungshahnen ihre Bewegung erhält.

Der Dampf kommt durch das Rohr O, in die hohle Achse des Cylinders, und communicirt von da durch zwei kupferne Röhren und Q mit den oberen und unteren Steurungshahnen.

In der gegenwärtigen Stellung der Maschine befindet sich der Kolben am höchsten Standpunkte seines Laufes; der Dampf dringt durch die Oeffnung S in den oberen Theil des Cylinders, und treibt den Kolben nieder, indeß der im unteren Theile des Cylinders und unter dem Kolben befindliche Dampf durch die correspondirende Oeffnung des unteren Steurungshahnen in die zweite hohle Achse des Cylinders und durch diese in die äußere Luft entweicht.30)

Der niedergehende Kolben zieht durch seine Stange die Kurbel |83| nach, welche, indem sie sich umdreht, den Cylinder nöthigt, sich aus seiner vertikalen Stellung in eine schiefe zu drehen, bis der Zapfen oder die Warze der Kurbel mit ihrer Achse in horizontaler, auf die Kolbenstange senkrechter, Stellung sich befindet, wo sodann der Cylinder wieder in seine erste Richtung zurükkehrt, und die Kurbelwarze ihre tiefste Stellung erreicht. Während nun auf diese Art die Hauptachse der Kurbel eine halbe Umdrehung vollendet hat, haben auch die beiden kleinen Achsen M und N eine halbe Umdrehung gemacht, und diese den beiden Steurungshahnen mitgetheilt: in dieser Lage communicirt der schräge Canal des unteren Hahnen mit dem Cylinder und dem Rohre Q, und der schräge Canal des oberen Hahnen mit der Atmosphäre durch die hohle Achse des Cylinders. Hierauf tritt der Dampf vom Kessel in den unteren Theil des Cylinders und treibt den Kolben aufwärts, und der ober demselben befindliche entweicht nach Außen. Man sieht demnach, daß die rükkehrende oder Wechselbewegung des Kolbens im Cylinder in eine beständige Radbewegung an der Kurbel sich verwandelt.

An der Achse des Schwungrades ist eine excentrische Scheibe angebracht, welche mittelst eines Zaumes und einer kurzen Stange den Hebel T, und die Speisepumpe für den Dampfkessel in Gang sezt, welche auf der II. Tafel (Fig. 4 und 5.) im Durchschnitt und Grundrisse nach einem größeren Maßstabe dargestellt ist; der Hahn Y dient dazu, die Wassermenge zu reguliren, welche durch die Röhre Z in den Kessel gedrükt werden soll. Die Heizer an den Dampfkesseln sind im Allgemeinen mit dieser Construction von Speisepumpen zufrieden, da sie bequemer zu behandeln und wirksamer als die gewöhnlichen, bei Maschinen mit hohem Druke angebrachten Speisepumpen sind. Die Figuren 6, 7 und 8., Taf. II., stellen das allgemeine Gelenke vor.

Diese Maschine ist zuerst von der industriellen Gesellschaft von Mülhausen untersucht worden.

Hr. Rudler liefert hier den ganzen Bericht des mechanischen Ausschusses dieser Societät, welcher keineswegs günstig für diese Maschine ausfiel, und von welchem wir im polyt. Journ., Juliusheft 1828 die Uebersezung im Auszüge gegeben haben; und er fährt dann fort:

Die Herren Cavé haben seit dieser Zeit keine Versuche anstellen lassen, aus welchen Resultate hervorgegangen wären, die sich von jenen der Gesellschaft unterschieden. Man hat zwar behauptet, jene Versuche wären nicht mit aller möglichen Genauigkeit angestellt worden, und die Maschine, mit welcher man selbe vornahm, hätte sich |84| in einem schlechten Zustande befunden. Dem sey indessen wie ihm wolle, aber ich kann hier diejenigen Versuche als vollkommen genau und gewissenhaft anführen, die Hr. Salleron, Lohe- und Farbehölzerfabrikant über eine Maschine anstellen ließ, welche die Herren Cavé ihm als eine Maschine von 16 Pferdekräften verkauft hatten. Diese Versuche sind von einem geschikten mechanischen Ingenieur zu Paris auf folgende Art vorgenommen worden:

Man brachte an der Achse des Schwungrades einen dynanometrischen Zaum (dem bekannten Kraftmesser durch Reibung von der Erfindung des Hrn. Prony) an, dessen beide Hebel in entgegengesezter Richtung sich das Gleichgewicht hielten. An dem äußersten Ende des einen dieser Hebel war eine Platte angehängt, auf welche man Gewichte legen konnte. Die Entfernung des Anhängpunktes von der vertikalen, die Achse des Schwungrades durchschneidenden Fläche war ein wenig veränderlich wegen des Spielraumes, welches man der Bewegung des Zaumes geben mußte; die mittlere Entfernung war Mètres 55 Centimètres.

Man brachte an der Maschine einen Dezimalzähler an, welcher jeden Augenblik die Zahl der Umdrehungen des Schwungrades genau angab.

Der Kessel wurde mit einem Manometer mit zusammengedrükter Luft versehen, in dessen Röhre eine gefärbte Flüssigkeit die Stelle des Queksilbers vertrat. Da diese besondere Anordnung einige Zweifel erregte über die Genauigkeit dieses Instrumentes, so glaubte man demselben ein anderes mit Queksilber beifügen zu müssen, dessen Skale in Zehnteltheile von Atmosphären eingetheilt war.

Da man die Probe mit verschiedenen Geschwindigkeiten der Maschine machen wollte, so stellte man ein Pendel auf, dessen Länge nach verschiedenen, vorher berechneten, Werthen verändert werden konnte, um in einer Minute eine bestimmte Anzahl von Schwingungen zu machen, nach welchen die Geschwindigkeit der Maschine regulirt werden konnte.

Nachdem Alles auf diese Art angeordnet war, ließ man das Feuer, welches schon seit einiger Zeit brannte, erneuern, und ohne die Menge der schon verbrauchten Kohlen in Anschlag zu bringen, sezte man zwei Maße von Steinkohlen, jedes von einem halben Hectoliter, welche zusammen 80 Kilogrammen wogen, in Bereitschaft, um solche später dem Heizer abzuliefern, und nun gab man dem Zaume eine solche Spannung, daß seine Bewegung gleichförmig wurde.

Um 11 Uhr 45 Minuten, als der Heizer Kohlen nöthig hatte, um das Feuer zu unterhalten, gab man ihm die beiden erwähnten Maße, mit deren Verbrauch er sogleich begann, und zugleich sezte man den |85| Geschwindigkeitszähler, welcher auf 0 stand, mit der Maschine in Verbindung. Ein Arbeiter, versehen mit einem Schlüssel zum Umdrehen der Schrauben des Zaumes, regulirte den Druk desselben, so daß die mit Gewichten beschwerte angehängte Platte zwischen den zwei Gränzen, welche der Bewegung des Zaumes gesezt waren, so gut als möglich erhalten wurden, ohne auf die Geschwindigkeit des Schwungrades Rüksicht zu nehmen.

Ein anderer Arbeiter regulirte diese Geschwindigkeit, so genau als möglich, mittelst des Hahnes an der Speisepumpe und des Pendels, deren wir oben erwähnt haben; diese Geschwindigkeit ward aber auf das Genaueste dadurch bemessen, daß man jedes Hundert von Umdrehungen sorgfältig beobachtete, wie in nachstehender Tabelle zu sehen ist.

Diese Tabelle zeigt 1) die Stunden, Minuten und Sekunden jeder Beobachtung; 2) die Anzahl der Umdrehungen des Schwungrades, von 11 Uhr 45 Minuten angefangen; 3) die Spannung oder Elastizität des Dampfes nach Zehnteln einer Atmosphäre; 4) die dem Heizer abgegebenen Maße von Kohlen.

Textabbildung Bd. 41, S. 85
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Textabbildung Bd. 41, S. 86

Man ersieht aus dieser Tabelle, daß der Versuch von 11 Uhr 45 Minuten bis 5 Uhr 5 Minuten gedauert hat, was 5 Stunden und 20 Minuten macht, wovon man jedoch ungefähr 7 Minuten abziehen muß, während welcher die Maschine still stand, und keine Kohlen in |87| den Ofen gebracht wurden, obwohl die Spannung des Dampfes beinahe um eine Atmosphäre gestiegen war. Die wahre Zeit des Versuches war daher 5 Stunden und 12 Minuten. Der gesammte Verbrauch von Kohlen war dabei 400 Kilogramms, was auf jede Stunde 77 Kilogr. beträgt.

Um den dynamischen Effekt, welcher während dieses Versuches hervorgebracht wurde, genau zu bestimmen, muß man die Zeit desselben in so viele Theile abtheilen, als die Ladung des Zaumes verändert ward. Zu diesem Behufe entwarf man eine zweite Tabelle, in welcher man das Mittel der Anzahl von Kilogrammen, welche im Durchschnitte in jeder Sekunde auf die Höhe von 1 Mètre gehoben wurden, in jeder der fünf Abtheilungen berechnete.

Textabbildung Bd. 41, S. 87

Nach dieser Tabelle findet man, wenn die Kraft eines Pferdes zu 273 Dynamen in einer Stunde angenommen wird, durch Berechnung, daß die Maschine nur die Wirkung von 14,9 Pferden bei einem Verbrauche von 77 Kilogr. von Steinkohlen in der Stunde hervorbringen kann.

Hr. Cavé hatte sich vertragsmäßig anheischig gemacht, daß seine Maschine nicht mehr als 14 Maße von Steinkohlen in 12 Stunden verbrauchen sollte, was 14 × 40 = 560 Kilogr. in 12 Stunden, oder 46,66 Kilogr. in einer Stunde für den Effekt von 16 Pferden wäre.31) Wenn man diese Zahlen mit den erhaltenen Resultaten vergleicht, so ist man genöthigt zu erkennen, daß die in Frage stehende Maschine weit hinter den gewöhnlichen Maschinen dieser Art zurük steht.

Der größte Fehler dieser Maschine besteht indessen in der Ungleichförmigkeit |88| ihrer Bewegung, wovon sich Jeder überzeugt, der sie arbeiten sieht. Derselbe Fehler findet zwar bei allen Dampfmaschinen mit Kurbeln und Kurbelstangen Statt, aber in keinem so merklichen Grade wie bei der Maschine des Hrn. Cavé; dieser Unterschied rührt von dem geringen Abstande zwischen dem Schwingungspunkte des Cylinders und der Kurbelachse, und von der Länge der Kurbel her. In der That, wenn man sich den Kolben in seinem höchsten Stande vorstellt, und die Bewegung der Kurbel beobachtet, so findet man, daß, während der Kolben bis zur Mitte seines Laufes kömmt, die Kurbel einen merklich größeren Bogen als von 90 Grad, beim Herabsteigen bis zum tiefsten Punkte hingegen einen um so Vieles kleineren Bogen beschreibt. Da nun beide Bogen mit gleich großen Räumen übereinstimmen, welche der Kolben durchläuft, so wird die große Unregelmäßigkeit der Bewegung begreiflich, welche in gewissen Fällen auf die von der Maschine zu leistende Arbeit sehr nachtheilig einwirken muß.

Diesen Uebelstand hat Hr. Cavé auch vollkommen eingesehen, und darum versieht er alle seine Maschinen mit ungeheueren Schwungrädern um ihre Bewegung einiger Maßen gleichförmiger zu machen.

Ein anderer Fehler dieser Anordnung der Dampfmaschinen, welcher die nuzbare Wirkung derselben merklich vermindern muß, liegt in der engen Oeffnung, durch welche der Dampf aus dem Cylinder in die äußere Luft entweichen muß.

Die Maschine, von welcher ich hier die Beschreibung gegeben habe, ist für eine Maschine von 10 Pferdekräften verkauft worden; sie verbrannte 10 bis 11 Maße von Kohlen in zwölfstündiger Arbeit.

Bemerkungen des Uebersezers.

Bei einer oberflächlichen Vergleichung dieser oszillirenden Maschine mit den gewöhnlichen Dampfmaschinen, durch welche eine Radbewegung hervorgebracht wird, scheint jene in Hinsicht auf Einfachheit der Construction allerdings einen großen Vorzug vor der lezteren zu behaupten, indem hier nicht nur der Balancier, sondern auch die Kurbelstange und alle Vorrichtungen von zusammengesezten Hebeln und Gelenken wegfallen, die bei der gewöhnlichen Anordnung nöthig sind, um durch die geradlinichte und rükkehrende Bewegung der Kolbenstange, der Kurbel eine ununterbrochene Kreisbewegung mitzutheilen. Allein bei einer näheren Betrachtung zeigt dieser Vorzug sich ganz illusorisch. Der Widerstand, welchen ein großer Balancier oder Wagbalken durch die Trägheit seiner Masse verursacht, ist gewiß nicht größer als derjenige, welcher durch das Hin- und Herschwingen des schweren Cylinders entsteht; und die Reibung an den Achsen des Balanciers und an den Gelenken eines Watt'schen Parallelogramms ist unstreitig weit geringer, als die an den Zapfen des oszillirenden Cylinders, |89| denen man, weil sie hohl sind, und um die Oeffnungen für den Durchgang des Dampfes nicht zu sehr zu verengen, einen um Vieles größeren Durchmesser geben muß. Auch wird durch die Abnuzung an diesen hohlen Zapfen, welche nicht anders als sehr bedeutend seyn kann, die Maschine häufigeren Reparaturen unterworfen, und daher von geringerer Dauer seyn, als eine gewöhnliche Maschine mit feststehendem Cylinder. Einfachheit ist allerdings eine sehr gute Eigenschaft bei allen Maschinenwerken, und in der Regel sind die einfacheren Maschinen den mehr zusammengesezten, unter übrigens gleichen Umständen, vorzuziehen, weil bei diesen gemeiniglich mehr Reibung und eine schnellere Abnüzung als bei jenen Statt findet. Allein auch diese Regel hat ihre Ausnahmen, und es gibt häufige Fälle, wo das Gegentheil eintritt. Ueberhaupt ist die Complication bei Maschinen nur in so fern nachtheilig, als hiedurch die Reibungen und Abnüzungen vermehrt werden, und das Ganze zerbrechlicher wird. Eine Vorrichtung aber, die aus mehreren Theilen zusammengesezt ist, welche wenig auszustehen haben, ist in der That dauerhafter, und im wahren Sinne einfacher, als ein nur aus zwei oder drei Stüken bestehender Mechanismus, wenn bei diesem ein außerordentlicher Druk, folglich eine sehr starke und schnelle Abnuzung Statt findet. Ein verständiger Mechaniker sieht sich daher oft genöthigt, durch Vertheilung einer beträchtlichen Last auf mehrere Punkte, also durch Complizirung der Theile den Druk und die Reibungen zu vermindern, und so seine Maschine wirksamer und dauerhafter zu machen. –

Uebrigens ist die Idee von oszillirelchen Dampfcylindern keineswegs neu. Denn schon im J. 1815 gerieth der verstorbene Director v. Reichenbach, in Verbindung mit dem eben so geschikten als sinnreichen Mechanikus Liebherr in München auf den Gedanken, einen um seine Mitte oszillirenden Cylinder bei einer von ihm erfundenen und mit öffentlich angekündeter Postdampfkutsche anzuwenden, auf welcher er in 50 Stunden von München nach Wien fahren wollte. –

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Das polyt. Journ. hat in seinem ersten Juliushefte von 1828, S. 12–15, die erste Beschreibung und Abbildung einer solchen Maschine von den HHrn. Cavé aus dem Bulletin de la Société industrielle de Mulhausen geliefert. Auch der Mechanikus Egells in Berlin hat. eine Maschine mit oszillirendem Cylinder gebaut, und sich darauf in Preußen ein Patent geben lassen. Die Abbildung dieser Maschine befindet sich im ersten Theile der Abhandlungen der Königl. Preuß. technischen Deputation für Gewerbe. A. d. R.

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Die Zeichnung dieses Gelenkes ist auf der II. Tafel Fig. 6, 7, 8.

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Die Erfahrung hat bewiesen, daß alle Hahnensteurungen bei Dampfmaschinen Nichts taugen, weil die Wirbel durch die Hize oft so ausgedehnt werden, daß sie äußerst schwer sich drehen lassen, oder ganz in ihrem Gehäuse steken bleiben. A. d. Ue.

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Die Maschine hätte nämlich, wenn sie die Wirkung von 16 Pferden hervorgebracht hätte, im Verhältnisse von 14,9 zu 16, statt 77 Kilogr., 88 Kilogr. in jeder Stunde zu ihrem Betriebe nöthig gehabt, folglich beinahe das Doppelte von Cavé's Angabe. A. d. Ue.

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