Titel: Sims' Dampfmaschinen-System.
Autor: Sims, James
Fundstelle: 1848, Band 109, Nr. LVII. (S. 332–337)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj109/ar109057

LVII. Neues Dampfmaschinen-System von James Sims, Civilingenieur in Redruth (England).

Aus dem Mechanics' Magazine, 1848, Nr. 1284.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Seit langer Zeit wurde keine Verbesserung an Dampfmaschinen gemacht, welche so bemerkenswerth gewesen wäre, als diejenige, welche sich Hr. Sims am 9. März 1847 für England patentiren ließ. Derselbe hat sich bereits als Dampfmaschinenbaumeister sehr ausgezeichnet, |333| wie dieß seine Expansionsmaschinen mit doppeltem Kolben und seine noch unübertroffenen Veränderungen an Wasserhaltungsmaschinen beweisen. Seine gegenwärtige Maschine übertrifft jedoch weit alle seine früheren großen Leistungen. Hr. Sims behauptet durch seine neue, unten zu beschreibende Constructionsweise in den Stand gesetzt zu seyn, bei demselben Kohlenverbrauche und derselben erzeugten Dampfmenge eine weit größere Wirkung hervorzubringen, als dieß bisher der Fall war. Sein Mittel um dieß zu erreichen besteht darin, Gewichte nach einem gewissen Gesetze zu heben, so daß diese beim Niedersinken dann selbst mitarbeiten. Der Dampf wirkt dabei durch Expansion, und zwar kann diese bis zur äußersten Gränze getrieben werden. Der Dampfverbrauch ist auf diese Weise auf das allergeringste Quantum, welches sich aller Wahrscheinlichkeit nach erzielen läßt, heruntergebracht. Die Vorrichtung des Dampfes in dieser Maschine besteht einfach darin, gewisse Gewichte zum Mittelpunkt der Bewegung hin und von demselben hinweg zu schieben. Die Kraft der Maschine hängt in gewissen Lagen der Gewichte hauptsächlich von der Schwere derselben ab. Das neue System kann sowohl bei Maschinen, durch welche man eine drehende Bewegung hervorbringen will, angewandt werden, als auch bei Maschinen, an welchen die abwechselnde Bewegnng des Kolbens beibehalten wird, wie dieß aus dem Folgenden deutlich hervorgehen wird.

Meine Erfindung, sagt Hr. Sims, bezieht sich erstens auf die Classe von Dampfmaschinen, durch welche man eine rotirende Bewegung erhalten will, und hat den Zweck, die Construction solcher Maschinen zu vereinfachen, dadurch die Anschaffungskosten zu verringern, und dabei einen größern Nutzeffect zu erzielen, als es mit den bisherigen Maschinen möglich war. In Fig. 1, 2 und 3 stellte ich so viel von einer Hochdruckdampfmaschine nach meiner Construction dar, und zwar für diese erste Classe von Maschinen, als nöthig ist, um ihr Princip zu erklären, und zu zeigen, auf welche Weise dieselbe wirkt. Fig. 6 ist eine Ansicht der Maschine, Fig. 7 ein Querschnitt nach der Linie a b in Fig. 6, und Fig. 8 ein Grundriß derselben.

A ist ein Dampfcylinder, welcher in der Mitte eines Schwungrades w angebracht ist. An die beiden gegenüberstehenden Seiten des Cylinders A ist eine zweitheilige Achse S, d. h. eine Achse welche durch den Cylinder unterbrochen wird, entweder angegossen, oder auf irgend eine andere Weise befestigt (wie bei oscillirenden Maschinen). Die Speichen oder Arme a, a, a und c, c, c des Schwungrades gehen von Armschuhen oder Ansätzen B, B aus, welche an die gegenüberstehenden Seiten des Cylinders A befestigt oder angegossen sind. P ist ein Kolben, |334| welcher wie bei den gewöhnlichen Maschinen in den Cylinder paßt; er hat jedoch auf jeder seiner Seiten eine Kolbenstange, welche abwechslungsweise arbeiten, und durch zwei Stopfbüchsen gehen, die am Deckel und Boden des Cylinders angebracht sind. R′, R″ sind Querstücke oder Kolbenstangenköpfe, welche auf die Enden der Stangen aufgekeilt sind und an den Armen c, c hin und her gleiten, so daß diese Arme die Führung für die Kolbenstangen abgeben. Deßhalb sind sie auch parallel zur Kolbenstange und in gleichen Entfernungen von derselben gestellt. D′, D″ sind schwere Gewichte, welche an den Kolbenstangenköpfen R′, R″ befestigt und mit Leitrollen I′, I″ versehen sind, die abwechslungsweise in der parabolischen Bahn K laufen.

H ist eine Dampfröhre oder Canal, welcher mit an den Cylinder gegossen ist, und zu den beiden Seiten des Kolbens führt. Die oben erwähnte Achse S ist hohl gegossen und der Länge nach in zwei besondere Löcher x, y abgetheilt, von denen das eine den Dampf durch den Canal H in den oberen, das andere in den unteren Cylinderraum führt. E ist die Dampfzusührungs- und F die Abzugs-Oeffnung. Dieselben bestehen in länglichen Schlitzen, welche in dem Lager der Achse S angebracht sind. Die Lager selbst stehen auf zwei Ständern oder Trägern G′, G″, welche auf das Fundament M der Maschine befestigt sind. Die Maschine wird nun auf folgende Weise in Gang gesetzt.

Denken wir uns die Maschine in Ruhe, und die Klappe oder den Hahn, welcher den Zutritt des Dampfes zu der Oeffnung E regulirt, geöffnet (wobei die Austrittsöffnung gegen das Abzugsrohr frei bleibt), so gelangt der Dampf augenblicklich unter den Kolben und hebt denselben aufwärts. Mit dem Kolben gehen aber auch die durch Querstücke mit der Kolbenstange verbundenen Gewichte D′, D″. Sobald die Leitrolle I′, welche an dem Gewichte, das sich am oberen Ende der Kolbenstange befindet, angebracht ist, in Berührung mit der parabolischen Bahn K kommt, so lenkt sie nicht bloß den Kolben in der Bahnrichtung ab, sondern bringt auch das obere Gewicht außer die Senkrechte, die durch die Mitte der Achse geht, und zwar in derselben Richtung, in welcher sich die Kolbenstange bewegt, wobei nun zu gleicher Zeit auch das untere Gewicht bis zur Achse gehoben wird. Da der Kolben seinen Hub vollendet, so bringt er den oberen Gewichtsblock D′ bis zum Ende der Führungsarme, und nun dient das Gewicht vermöge seiner Schwere, verbunden mit dem durch die Kolbenbewegung dem Schwungrade gegebenen Impulse dazu, letzteres noch bis zum Ende einer halben Umdrehung fortzubewegen. Hat das Schwungrad eine halbe Umdrehung |335| gemacht, so steht der Cylinder so, daß er aufs neue Dampf aufnehmen kann, wodurch dann die nämliche Operation wiederholt, und eine ganze Umdrehung hervorgebracht wird. Natürlich macht die Maschine eine beliebige Anzahl von Umdrehungen ganz auf dieselbe Weise, so lange ihr nämlich Dampf zugeführt wird. Es ist zu bemerken, daß durch die Führungsbahn die Gewichtsblöcke verhindert werden bei ihrem Laufe mit dem Radkranze zusammen zu stoßen. Die Führungsbahn ist jedoch nicht durchaus unentbehrlich, sondern nur da, wo die Maschine mit verschiedenen Gewichten versehen ist, und sie kann füglich bei allen solchen Maschinen weggelassen werden, von denen eine stetige und gleichförmige Wirkung verlangt wird. Im letzteren Falle wird es gut seyn, auf der innern Seite des Radkranzes zwischen den Armen c, c zwei Kissen oder Buffer L, L von Kautschuk oder Gutta-percha anzubringen, um den Radkranz vor einem zufälligen Aufschlagen der Gewichte zu schützen.

Die Gewichtsblöcke müssen immer ein gewisses Verhältniß zu dem Hauptdrucke haben, den der Dampf auf den Kolben ausübt, oder mit andern Worten, der Dampfdruck sollte immer gerade hinreichend seyn beiden Gewichten so lange das Gleichgewicht zu halten, bis das eine derselben für den Augenblick vorherrschend wird und sich nun in der Richtung des Rades neigt. Das Volumen der Blöcke kann indeß dadurch bedeutend verkleinert werden, daß man sie hohl gießt und dann mit Blei ausfüllt.

Um irgend einen Uebelstand zu vermeiden, welcher aus der Vergrößerung des Cylinders und Rades hervorgehen möchte, wenn nämlich die Maschine für eine größere Kraft bestimmt seyn soll, könnte man zwei, drei oder mehrere Räder von mittlerer Größe auf einer einzigen Achse anbringen, oder es könnten sich zwei oder mehrere Cylinder in einem einzigen Rade befinden; diese müßten im Verhältnisse zu ihrer Anzahl Winkel von gewisser Größe mit einander einschließen; wenn z. B. zwei Cylinder angewandt werden sollten, müßten sie unter 90° zu einander gestellt seyn, oder unter 60°, wenn man drei Cylinder haben wollte. Die Kraft der Maschine oder der Maschinen kann entweder durch die Achse fortgepflanzt werden, oder durch Riemen, welche über das oder die Schwungräder gelegt werden, und sollte eine abwechselnd geradlinige Bewegung verlangt seyn, so kann dieselbe durch irgend eines der bekannten Mittel hervorgebracht werden.

Diese Art Maschinen eignet sich insbesondere für Hochdruckdampf mit Expansion, da kein Hinderniß vorhanden ist, dieselbe bis zur äußersten |336| Gränze zu treiben; jedoch kann die Maschine auch mit Condensation arbeiten, wenn man nämlich die Dampfabzugsröhre in einen Condensator führt, welcher mit einer Luftpumpe versehen ist.

Die durch die Zeichnungen dargestellte Maschine ist so construirt, daß sie nur in ein und derselben Richtung laufen kann; sollte es aber gewünscht werden, daß dieselbe sich beliebig rückwärts und vorwärts steuert, so kann dieß leicht dadurch bewerkstelligt werden, daß man auf der entgegengesetzten Seite des Rades eine zweite parabolische Bahn anbringt, und nun irgend eine passende Vorrichtung anwendet, um die Leitrollen von einer Bahn auf die andere zu bringen.

Meine Erfindung bezieht sich zweitens auf die Construction von absetzend wirkenden Maschinen, und zwar wende ich dasselbe Princip an, wie bei der oben beschriebenen Maschine mit rotirender Bewegung. Der Dampf verschiebt nämlich auch hier Gewichtsblöcke so, daß sie sich dem Mittelpunkte der Bewegung nähern und von demselben entfernen, und die Wirkung der Maschine hängt dann von der Schwere der Blöcke ab, wenn dieselben in gewisse Lagen gebracht sind.

Fig. 4 stellt die Seitenansicht einer Wasserhaltungsmaschine nach diesem Princip dar. B ist der Balancier, dessen Achse sich in den Lagern B″ dreht, welche auf Lagerböcken C, C ausruhen. A ist ein Dampfcylinder (durch punktirte Linien dargestellt), welcher zwischen den beiden Balancierhälften liegt und an denselben befestigt ist. Der Kolben, welcher sich von einem Ende des Cylinders bis zum andern bewegt, wie dieß bei den gewöhnlichen Maschinen der Fall ist, hat eine Kolbenstange E, die durch eine Stopfbüchse F an einem Cylinderende geht, und an ihrem äußersten Ende ein Querstück G trägt. D′ und D″ sind zwei Gewichte, welche etwas seitwärts liegen, und durch eine eiserne Stange I mit einander vereinigt sind. Letztere ist mit Rädern versehen, die auf Schienen laufen, welche an die beiden Balancierhälften entweder befestigt oder angegossen sind. Das Querstück G auf der Kolbenstange ist mit dem Gewichte D″ verbunden, welches der Pumpenstange zunächst liegt. Auf diese Weise wird jede Bewegung des Kolbens den Gewichten mitgetheilt. Der Dampf gelangt durch eine Oeffnung in dem einen Balancierlager unter den Kolben, und der Einführungsschieber wird durch eine Vorrichtung bewegt, welche so angeordnet ist, daß der Dampf nur dann unter den Kolben kommen kann, wenn der Balancier eine schiefe Lage hat und der Kolben sich an dem tiefer liegenden Ende des Cylinders befindet. Die an der gegenüberliegenden Seite angebrachte Dampfaustrittsröhre N stellt immer die Verbindung des höher liegenden |337| Cylinderendes mit dem Condensator O her. P ist eine Luftpumpe, welche durch die Stange Q in Bewegung gesetzt wird.

Die Maschine arbeitet auf folgende Weise: da der Kolben sich von links nach rechts und umgekehrt bewegt, so verschiebt er das eine Gewicht bis über die Mitte der Balancierachse, während sich dann das andere am äußersten Balancierende befindet, wo dasselbe durch die Hörner oder Anschläge T, T′, welche die Größe der Bewegung begränzen, aufgehalten wird. Die Schwere des an dem Balancierende sich befindenden Gewichtes drückt dasselbe um so weit abwärts, als es der Hub der Pumpe gestattet, und werden dann die Gewichte von rechts nach links bewegt, so hebt sich das eine Balancierende wieder. Die Maschine wird also dadurch in Thätigkeit erhalten, daß die Gewichte von links nach rechts und von rechts nach links geschoben werden.

Diese Art von Maschinen dürften sich besonders eignen, um Pumpen mit geradliniger Bewegung in Thätigkeit zu setzen; jedoch kann dieselbe auch benützt werden, um mittelst Bläuelstange und Kurbel auf gewöhnliche Weise eine rotirende Bewegung hervorzubringen.

Die große Einfachheit dieser Art von Maschinen, ihre Wohlfeilheit und Tragbarkeit, ihr geringer Brennmaterialverbrauch und die verschiedenen Zwecke, zu welchen dieselben benützt werden können, sind lauter gewichtige Gründe, welche zu ihren Gunsten sprechen. Oberflächlich betrachtet sollte man glauben, daß die Bewegung etwas ungleichförmig und die Reibung beträchtlich wäre; aber ein sehr intelligenter und erfahrner praktischer Ingenieur, welcher zwei ganze Tage lang der Arbeit einer Maschine nach der zuerst beschriebenen Construction in Cornwallis zusah, versichert, daß die Bewegung im Gegentheil auffallend gleichförmig und durchaus sanft gewesen sey, und auch nicht einmal dadurch unterbrochen wurde, daß die einzelnen Theile in Unordnung geriethen.

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