Titel: Saulnier's Dampfmaschine mit veränderlicher Expansion.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1838, Band 70, Nr. XC. (S. 402–408)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj070/ar070090

XC.  Saulnier's Dampfmaschine mit veränderlicher Expansion.

Aus dem Portefeuille industriel du Conservatoire des Arts et Métiers, Bd. II. S. 73 im polyt. Centralblatt 1838, Nr. 30.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Im Jahre 1834 gab Saulnier der ältere zur französischen Industrieausstellung eine Hochdruk-Dampfmaschine mit veränderlicher Expansion (à détende variable), welche die besondere Aufmerksamkeit der Beurtheilungscommission auf sich zog. Seit jener Zeit verfertigte Saulnier eine große Anzahl solcher Maschinen von 3 oder 4 bis zu 20 und 30 Pferdekräften, ja sogar einige von 50 Pferdekräften. Man war mit dem Gange derselben außerordentlich zufrieden, |403| und sie empfehlen sich gleichmäßig durch Einfachheit und Solidität der Mechanik, durch Regelmäßigkeit des Ganges und geringen Betrag des Brennmaterialbedarfs.

Was das allgemeine Arrangement der einzelnen Theile dieser Dampfmaschine betrifft, so ruht der Cylinder auf einem gußeisernen, nach einer Richtung zu hohlen Fuße in der Mitte einer vierekigen starken Bodenplatte, auf deren Eken sich vier Säulen erheben, welche oben mit einander verbunden sind und hier die Leitung für die nach Oben schiebende Kolbenstange und die übrigen Nebentheile tragen; die Kurbelstangen gehen nach Unten, und unter dem Cylinder liegt die Haupt- oder Schwungradwelle, welche mitten unter dem Cylinder die Scheiben zur Steuervorrichtung trägt. Am oberen Theile des Cylinders ist die Dampfkammer mit dem Schieberventile angebracht; die Schieberstange kommt oben aus der Dampfkammer und ist durch zwei zu beiden Seiten niedergehende Stangen mit dem Winkelhebel verbunden, welcher seine steuernde Bewegung von der Schwungradwelle erhält. Der Regulator wird durch eine Schnur ohne Ende von einer Scheibe an der Schwungradwelle aus bewegt, und diese Schnur ist vermöge der Disposition der Theile über Leitrollen geführt und im Winkel gebrochen.

Fig. 19 zeigt die Art und Weise, wie von der Schwungradwelle aus mittelst geschweifter Scheiben und des Rahmens die Steuerstangen bewegt werden. Direct über dem Mittel der durchschnittenen Schwungradwelle ist die Dampfcylinderachse zu denken; die Darstellung des Fußes für den Dampfcylinder, durch welchen X' hindurchgeht, ist weggeblieben. – Fig. 21 bis 24 zeigen die vier Stellungen, welche der Schieber während eines Umganges der Schwungradwelle anzunehmen hat. – Die Dampfleitung r'' führt den Dampf aus der Dampfkammer über den Kolben, und r''', welche Leitung sich längs des Cylinders nieder erstrekt, führt ihn unter den Cylinder; beide Leitungen dienen außerdem, wie gewöhnlich, zur Abführung des gebrauchten Dampfes mit Hülfe der Höhlung im Dampfschieber S und der Röhren r' und R. In Fig. 21 ist die Stellung angegeben, die der Schieber hat, wenn der Kolben im tiefsten Stande sich befindet und aufwärts zu gehen anfängt; soll nun mit vollem Cylinder ohne Expansion des Dampfes gearbeitet werden, so muß der Schieber diese Stellung beibehalten, bis der Kolben in seinen höchsten Stand gekommen ist, und dann plözlich die Stellung annehmen, welche Fig. 23 angibt, bei welcher dem Dampfe der vollkommen entgegengesezte Weg wie vorhin angewiesen wird, und nur nach vollendetem Kolbenniedergange ist eine zweite Schieberbewegung erforderlich. Sobald aber mit expandirendem Dampfe gearbeitet |404| werden soll, muß, wenn der Schieber die Stellung Fig. 21 hat und der Kolben am tiefsten steht, nach einem gewissen Theile des Kolbenhubes, von welchem die Stärke der Expansion abhängt, der Schieber in die Stellung Fig. 22 treten und dann dem Dampfe den Zutritt unter den Kolben wehren, nach vollendetem Hube vollends in die Stellung Fig. 23 treten, in dieser Stellung wieder während eines Theils des Hubes verharren, um die Stellung Fig. 24 während des übrigen Hubtheiles zu behaupten, und endlich in die Stellung 21 nach vollendetem Hube treten, worauf dasselbe Spiel von Neuem beginnt. Betrachtet man diese Bewegungen des Schiebers genauer, so zeigt sich, daß der Schieber nur am Ende des Kolbenweges bewegt werden muß, wenn die Maschine mit vollem Dampfe ohne Expansion geht, dagegen außerdem auch noch nach vollendetem ersten Drittel oder Viertel des Kolbenweges, wenn die Maschine mit Expansion betrieben werden soll.

Die Bewegung des Schiebers erfolgt auf folgende Art: An der Schwungradwelle der Maschine befindet sich eine excentrische Scheibe Y, welche Fig. 18 in zwei Ansichten darstellt; ihre Form ist etwas complicirt, doch besizt sie die Haupteigenschaft, daß alle gerade durch die Achse der Welle, an welcher sie sich befindet, gezogenen geraden Linien, welche in entgegengesezten Punkten der excentrischen Scheibe enden, einander gleich sind, oder mit anderen Worten, daß die Summe je zweier Radien dieser Scheibe, welche in eine gerade Linie fallen, eine constante Größe ist. Denkt man daher die Scheibe mit ihrer Welle in drehender Bewegung, und rechts und links in einer durch die Achse gehenden horizontalen Linie einen Punkt, welcher sich gegen den Umfang der Scheibe andrükt und sich von demselben nicht entfernen kann, so bleibt die Entfernung dieser beiden Punkte von einander immer gleich groß, und beide werden nur gleichmäßig nach Rechts und nach Links verschoben. Zugleich beträgt aber diese Verschiebung nach Rechts und Links eben so viel, als die Differenz des entsprechenden größten und kleinsten Halbmessers der Scheibe beträgt.

Aus den vorstehenden Erörterungen wird sich die Wirkungsart des Führungsrahmens (cage à galets), welcher von der excentrischen Scheibe bewegt wird, leicht begreifen lassen. Dieser Führungsrahmen ist nebst Zubehör in Fig. 19 abgebildet; er besteht aus zwei gußeisernen Endplatten, zwei Reibungsrädern und vier Verbindungsstäben. Jede dieser Endplatten X hat an den vier Eken Oeffnungen zur Aufnahme der Enden der vier Verbindungsstäbe, und an den Seiten zwei Erhöhungen, in welchen die Zapfen der Reibungsräder X' ihr Lager finden. Die Verbindungsstangen X'' sind in der Mitte |405| mit eingelegten Stahlplatten versehen, mit denen dieselben an einem vollkommen cylindrisch gearbeiteten Theil der Schwungradwelle gleiten. Die vier Verbindungsstangen liegen parallel, zwei oberhalb, zwei unterhalb der Welle, zwei auf der einen und zwei auf der anderen Seite der Scheibe. An einer der beiden Endplatten ist der Verbindungstheil X' mit vier Schrauben befestigt, durch welchen die Bewegung des Führungsrahmens auf den Winkelhebel Vv' übertragen wird. Auf einem entsprechenden Lager ruht nämlich die Welle V', in deren Mitte sich der Arm V befindet, während sie an beiden Enden die parallelen Arme v', v' trägt, welche mit den mittleren einen rechten Winkel bilden und bei T'' die Stangen T, t bewegen, welche mit dem Dampfschieber verbunden sind; um die senkrechte Lage dieser Stangen zu sichern, geht jede durch eine Leitung v'' in dem Gestelle V'', welches zugleich die Lager der Welle V' trägt. Der Führungsrahmen nebst dem Verbindungstheile hat nur die beiden Stüzpunkte, nämlich die Schwungradwelle und das untere Ende des Armes V, und bewegt sich daher vollkommen frei in horizontaler Richtung.

Soll die Gestalt der Scheibe bestimmt werden, so ist zu erwägen: ob die beiden Hebelarms V und v' gleich oder ungleich sind, im ersten Falle muß der Führungsrahmen horizontal genau dieselbe Bewegung machen, welche der Schieber in vertikaler Richtung zu machen hat; ferner ist zu bestimmen, nach dem wie vielsten Theile des Kolbenhubes die absperrende Schieberbewegung erfolgen soll. In dem Augenblike, wo die Schieberbewegung eintreten soll, wird der Krummzapfen der Schwungradwelle einen gewissen Winkel mit der Vertikallinie bilden, welcher von den Dimensionen der Kurbel und Kurbelstange abhängt und sich durch Rechnung und Zeichnung finden läßt.

Sezen wir nun fest, daß die gesammte Bewegungsgröße des Schiebers = 3, d.h. 3 Mal der vertikalen Höhe eines Dampfcanals r', r'' oder r''' gleich sey, wobei eine solche Höhe als Maaßeinheit dienen soll; daß die Höhe des Dampfschieberraumes im Lichten = 4 und die äußere Höhe des Dampfschiebers = 6 ist, und daß die beiden Arme V, v' einander gleich sind, so muß der Führungsrahmen eine Bewegungsgröße = 3 haben. Die Maschine soll nach 1/3 des Kolbenweges den Dampf absperren. Sobald der Kolben im tiefsten Stande angekommen ist, so müssen nach und nach folgende Bewegungen gemacht werden: in dem Augenblike, wo der Kolben zu steigen anfängt, muß der Schieber die Bewegung 2 nach Oben machen und die Stellung Fig. 21 einnehmen (die Scheibe muß eine schiefe Ebene mit der Neigung 2 nach der einen Seite haben); |406| in dieser Stellung bleibt, der Schieber während 1/3 des Hubes; während der Zeit macht der Krummzapfen 76° 38' Umgang (an die schiefe Ebene der Scheibe schließt sich daher ein Bogen von 76° 38'); nun soll der Dampf abgesperrt und der Schieber in die Stellung Fig. 22 gebracht werden, folglich eine Bewegung = 1 herunter machen (die Scheibe hat hier eine abfallende schiefe Ebene von 1 Höhe); in dieser Stellung verharrt der Schieber bis ans Ende des Hubes, d.h. während der Kurbelarm 103° 22' durchläuft (folglich hat die Scheibe hier einen Bogen von 103° 22'). Die nun beginnende niedergehende Bewegung fordert wieder zwei schiefe Ebenen und zwei Bogen an der Scheibe, indem der Schieber erst eine Bewegung = 2 nach Unten und dann eine Bewegung = 1 nach Oden zu machen hat. Vergleicht man die Bogen der Scheibe, welche dieß bewirken, mit den vorhergehenden, so zeigt sich, daß sie gerade entgegengesezt liegen, und daher die Eigenschaft der Scheibe hervorbringen, daß zwei in einer geraden Linie liegende Halbmesser zusammen immer gleich groß sind, wodurch die Scheibe zur Bewegung des Führungsrahmens geschikt wird. Hiebei ist angenommen, daß man die Differenz, welche noch dadurch Statt findet, daß die Kurbel bei 1/3 des niedergehenden Kolbenweges nur 65° 2' durchläuft, während sie bei 1/3 des aufgehenden 76° 36' durchlief, so ausgeglichen hat, daß man einen zwischen beiden Bogen liegenden mittleren Bogen nimmt (etwa 70°), wobei beim Niedergangs eine unbedeutende Menge mehr Dampf in den Cylinder geführt wird, als beim Kolbenaufgange. Bezeichnen wir den kleinsten Halbmesser der Scheibe mit v, so würden sie umlaufend aus folgenden Bogen bestehen:

Bogen von 70 Grad mit dem Halbmesser ν + 3
110 ν + 2
70 ν
110 ν + 1

so daß ν + 3 + v = v + 2 + v + 1 jedesmal = 2 + ν + 3 wird. An den Enden sind die Bogen durch entsprechende schiefe Ebenen mit einander zu verbinden.

Hätte die Absperrung des Dampfes nicht nach 1/3 des Kolbenhubes, sondern schon nach 1/4 erfolgen sollen, so würde nach dem Vorigen nichts zu ändern gewesen seyn, als die Bogenlängen; man hätte nämlich statt 70 Grad einen Bogen von 60° wählen müssen, und umgekehrt statt 110° einen Bogen von 120°.

Saulnier wollte aber seine excentrische Scheibe so vorrichten, daß sie leicht eine verschiedene Expansion zu bewirken vermöge. Führen wir nun an einem Beispiele durch, wie dieß möglich ist. Es ist zunächst die Frage, was muß geschehen, wenn die Absperrung |407| erst nach 2/3 des vollendeten Hubes erfolgen soll? Der Krummzapfen durchläuft beim Kolbenniedergange 65°, während der Kolben 1/3 des Hubes vollendet; folglich wird er 115° beim aufsteigenden Kolbengange zurüklegen, während der Kolben 2/3 seines Weges vollendet. Beim Aufgange beschreibt im ersten Drittel des Kolbenweges der Krummzapfen 76°, folglich während 2/3 des niedergehenden Kolbenspieles 104°. Das Mittel aus 116 und 104 ungefähr 108°; man muß daher, um eine Absperrung bei 2/3 des Kolbenweges zu erhalten, den vorher erwähnten Bogen von 70° durch einen von 108° ersezen. Oder denkt man sich neben einander befindlich an ein und derselben Welle zwei nach Art der vorher beschriebenen eingerichtete Scheiben angebracht, von denen die eine mit der Welle fest verbunden, die andere dagegen um die Welle drehbar ist und in verschiedenen Stellungen an die erstere befestigt werden kann, so wird man nun mit diesen beiden Scheiben eine Absperrung bei 1/3 des Kolbenweges bewirken, wenn die Scheiben so über einander liegen, daß sie sich vollkommen deken; dagegen wird eine Verminderung dadurch möglich werden, daß man die Scheiben so neben einander verschiebt, daß z.B. die beiden Bogen von 70° zu beiden Seiten so viel über einander herausstehen, daß sie einen Bogen von 108° zusammen ausmachen. Die Theile, welche dann auf die Reibungsräder des Führungsrahmens wirken, gehören dann abwechselnd der beweglichen und der festen Scheibe an, und es müssen daher die Reibungsräder eine Breite haben, welche der Summe der Starken der beiden Scheiben entspricht. hiebei ist nun noch zu bemerken, daß, während sich der Vergrößerung des Bogens mit dem größten Halbmesser kein Hinderniß in den Weg stellt, der Theil der Scheibe mit dem kleinsten Halbmesser nicht gleichmäßig vergrößert wird, indem dann das benachbarte Stük mit dem größeren Halbmesser nicht so verschwindet, wie es die äußere Fläche der anderen Scheibe vorschreibt; man muß daher bei der einen Scheibe dadurch nachhelfen, daß man dieses Stük gänzlich fehlen läßt, was offenbar nicht vom geringsten Nachtheile ist, da die beiden schiefen Ebenen, welche den Bogen der Scheibe vom kleinsten Halbmesser begränzen, ebenfalls den beiden Scheiben angehören. Um die Absperrung bei 1/3 in eine bei 2/3 zu verwandeln, müßte man beide Scheiben um 38° gegen einander verstellen; wenn man sie nur um 10, 20, 30° verstellt, so bewirkt man Absperrungen, welche innerhalb 1/3 und 2/3 des vollendeten Hubes Statt finden.

Fig. 18 stellt diese Einrichtung zweier neben einander verschiebbarer Scheiben vor. Die feste Scheibe Y ist mit dem Bolzen y versehen, welcher durch den bogenförmigen Einschnitt y' in die bewegliche Scheibe Y' geht und zur Befestigung beider Scheiben an |408| einander dient; außerdem ist an Y noch der Schraubenbolzen y'' befindlich, welcher zur Befestigung dieser Scheibe auf der Welle dient.

Die zweite, von uns noch abgebildete Einrichtung ist die Stellung der Dampfklappe gegen den Regulator; Fig. 25 zeigt den an einem schiklichen Punkte des Gestelles angebrachten Regulator, welcher keiner Erklärung weiter zu bedürfen scheint; auf die gewöhnliche Art wird bei demselben durch das Auseinanderfahren und Zusammenfallen der Schwungkugeln Z', Z' die Stange W' gehoben und gesenkt, welche durch die Verbindungsstange W mit einem Hebelarm an der Achse w zusammenhängt, welche leztere innen die Dampfklappe tragt. Die verschiedene Neigung des Hebelarmes bestimmt die Menge des einströmenden Dampfes; die Adjustirung des Regulators aber für einen bestimmten Gang der Maschine erfolgt gewöhnlich so, daß die Stange W unten ein breites, mit mehreren unter einander befindlichen Löchern versehenes Ende hat; in eines dieser Löcher wird dann der Zapfen am Ende des Hebelarmes gestekt. Hier dagegen ist die Stange W durch ein Gelenk mit dem Hebelarme verbunden und an einer Stelle mit dem in Fig. 20 besonders gezeichneten Stellungstheile versehen. W trägt nämlich unten eine Schraube, w'' oben eine Mutter; lezterer Theil ist unten mit Handgriffen versehen, um gedreht werden zu können, und ist, natürlich auch drehbar, mit dem nach dem Hebelarme führenden Stangenstüke verbunden. Durch Umdrehung von w'' wird daher dasselbe bewirkt, was eine Veränderung der Löcher bei der gewöhnlichen Einrichtung bezwekt, nur daß die hier abgebildete Vorrichtung den Vorzug besizt, daß keinen Augenblik die Verbindung von W'' mit der Dampfklappe unterbrochen wird, während bei der anderen Einrichtung sich doch wenigstens einen Augenblik lang die Regulirung der Maschine in der Hand des Arbeiters befindet. Zugleich bietet diese Vorrichtung die größte Bequemlichkeit beim Reguliren während des Ganges.

Fig. 18 ist in 1/12 der natürlichen Größe gezeichnet; Fig. 19, 21, 22, 23 und 24 in 1/16; Fig. 20 in 1/8 und Fig. 25 in 1/25.

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