Titel: Otto und Langen's, atmosphärische Gasmotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1867, Band 186, Nr. XX. (S. 90–97)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj186/ar186020

XX. Atmosphärische Gas-Kraftmaschine, von N. A. Otto und Eugen Langen in Cöln.10)

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Bevor wir zur detaillirten Erklärung der Construction unserer atmosphärischen Gas-Kraftmaschine übergehen, sey es uns gestattet, im Allgemeinen deren System zu besprechen und dessen Neuheit zu motiviren.

Bei der Verbrennung von explosionsfähigen Gasgemengen im geschlossenen Raume erhitzt die freiwerdende Wärme die Verbrennungsproducte; diese haben in Folge dessen das Bestreben, sich auszudehnen und erzeugen, wenn sie an dieser Ausdehnung verhindert werden, einen dem Erhitzungsgrade entsprechenden Druck auf die umschließenden Wandungen. Diese Spannung der Verbrennungsproducte ist so lange vorhanden, als dieselben nichts an Wärme verloren haben.

Erfolgt eine Abkühlung derselben, so ziehen sie sich zusammen unter dem Druck der sie unmittelbar oder mittelbar umgebenden Atmosphäre.

Will man die bei der Explosion entstehende Spannung direct als motorische Kraft benutzen, so wird man sich bei der Construction einer solchen Maschine zu fragen haben: welche Zeit liegt zwischen der Erwärmung und Abkühlung, zwischen Ausdehnung und Zusammenziehung der verbrannten Gase?

Diese Zeit ist bekanntlich eine sehr kurze und man verliert, wenn man die Expansion der erhitzten Gase als bewegende Kraft anwendet, und dieselben nach der Verbrennung nicht schnell sich ausdehnen läßt, einen Theil der erzeugten Wärme durch die Cylinderwände der Maschine; mit diesem Wärmeverlust geht natürlich auch ein entsprechender Theil der bewegenden Kraft verloren.

Denkt man sich eine solche Maschine in der gewöhnlichen Anordnung construirt, also den Kolben durch Bleuelstange und Kurbel mit der Schwungradachse starr verbunden, so wird man einer Explosion, die in dem Cylinder hinter dem Kolben stattfindet, nicht nur die nutzbare Arbeit, sondern auch die Massen des ganzen Systems entgegenstellen. Eine solche Maschine müßte mit enormer Kolbengeschwindigkeit arbeiten; dennoch |91| würde die Wirkungsweise eine stoßende bleiben, und da die zu bewegenden Massen der Maschine niemals eine Beschleunigung annehmen werden, welche der Intensität der Explosion entspricht, so wird die nicht als nutzbare Kraft zur Geltung kommende Wärmemenge die Wandungen rings nm den Explosionsraum beträchtlich erhitzen.

Diese Erfahrungen machte Lenoir in Paris in seinem nach diesem System construirten Gasmotor.

Bei demselben bildet Bleuelstange und Kurbel das feste Verbindungsstück zwischen dem Kolben und der Schwungradwelle, und die Ausdehnung der Gase findet in Folge dessen nie entsprechend schnell statt; sie erleidet vielmehr durch den Kurbelmechanismus gegen Ende des Kolbenlaufes noch eine Verzögerung.

Jene Verhältnisse würdigend, gingen wir bei der Construction unserer Maschine von dem Grundsatze aus, daß eine directe Benutzung der Explosion als motorische Kraft zu verwerfen sey.

Wir lassen vielmehr die bei der Explosion frei werdende Wärme zu Arbeit werden dadurch, daß wir der Ausdehnung der Verbrennungsproducte nur sehr kleine Widerstände entgegensetzen und benutzen als motorische Kraft die zusammenziehende Wirkung derselben. Diese entsteht eben dadurch, daß die Gase, sobald sie ihre Wärme und folglich ihre Spannung verloren haben, durch den Druck der Atmosphäre auf dasjenige Volumen zurückgedrängt werden, welches nach erfolgter Abkühlung ihrer chemischen Zusammensetzung und Temperatur entspricht.

Beschreibung der Gas-Kraftmaschine.

Fig. 1 ist ein Querschnitt der Maschine,

Fig. 2 eine Ansicht,

Fig. 3 der Grundriß,

Fig. 4 bis 13 sind Details derselben.

A ist ein gußeiserner Cylinder mit zwei luftdicht angeschraubten Deckeln B und B₁. Etwa bis 1/3 seiner Höhe hat dieser Cylinder (Fig. 1) doppelte Wandung, deren Zwischenraum in Verbindung steht mit dem Raum zwischen B und B₁ und zur Kühlung des Cylinders mit Wasser gefüllt wird. Durch die beiden Röhren r und r₁ communicirt dieser Wassermantel mit einem zweiten Wasserbehälter.

Das erwärmte Wasser steigt bis auf die Höhe von r₁ und gelangt von da aus in den anderen Behälter, während aus diesem zu gleicher Zeit kaltes Wasser durch r in den Cylindermantel flieht. Diese selbstthätige Wassercirculation genügt, um die Cylinderwände stets auf einer |92| niedrigen Temperatur zu erhalten, ohne daß eine Erneuerung des Kühlwassers nöthig wäre.

K ist ein Metallkolben mit der verzahnten Kolbenstange K₁ Letztere hat vermittelst der Traverse T Führung durch zwei, auf der Cylinderplatte befestigte Führungsstangen F und F₁.

Die Cylinderplatte trägt zwei Paar Lagerstühle L und L₁. In L ruht die Hauptwelle w, auf welcher sich, außer dem Schwungrad R und der Riemenscheibe P (Fig. 3) die Scheibe 6 befindet. Auf der verlängerten Nabe derselben sind zu beiden Seiten drehbare Scheiben S₁ angebracht, zwischen welchen ein, in die gezahnte Kolbenstange K₁ eingreifender Zahnkranz Z₀ durch Bolzen befestigt ist. Zwischen Zahnkranz Z₀ und Scheibe S befinden sich Mechanismen, welche den Zweck haben, beide Theile mit einander zu kuppeln oder getrennte Bewegungen zu gestatten, je nachdem sich die Bewegungsrichtungen ändern.

Diesen Mechanismen haben wir den Namen „Schaltwerk“ beigelegt und geben denselben eine etwas abweichende Construction, je nach der größeren oder geringeren Leistung der Maschine.

Die einfachste Form ist durch Fig. 6 dargestellt. Der Zahnkranz hat an seiner inneren Seite excentrische Flächen; zwischen diesen und der Scheibe S liegen Metallrollen o, die bei einer Drehung des Zahnkranzes in der Richtung des Pfeils keine Reibung auf der Scheibe S verursachen; ändert man dagegen diese Bewegungsrichtung, so rollen sich die Rollen zwischen den Keilflächen des Zahnkranzes Z₀ und der Scheibe S fest, die erzeugte Reibung läßt ein Gleiten und Voreilen des Zahnkranzes nicht mehr zu, und dieser ist in Folge dessen mit der Scheibe S und der Welle w gekuppelt.

Das in Fig. 1 und Fig. 5 gezeichnete Schaltwerk weicht insoferne von dem eben beschriebenen Fig. 6 ab, als die Rollen 0 nicht direct auf die Scheibe 8 pressen. Hier liegt vielmehr unter je drei Rollen ein loser Keil k₁, der bei der Drehung in der Richtung des Pfeils um die Peripherie der Scheibe ohne jegliche Reibung herumschwingt und ebenfalls erst bei der entgegengesetzten Bewegung durch die Rollen o fest auf die Scheibe gepreßt wird und die Kuppelung herstellt.

In allen Fällen muß die Kuppelung eine absolute seyn und es findet ein Gleiten nicht statt, wenn die Winkel, welche die Flächen des Zahnkranzes mit der Peripherie der Scheibe 8 bilden, kleiner sind als der Reibungswinkel der gewählten Metalle.

Die Lagerstühle L₁ tragen die Welle w₁ mit den beiden Excentrics E und E₁, dem Sperrrade s und Zahnrad Z₁. Letzteres ist mit dem Zahnrad Z aus Welle w im Eingriff und überträgt die Bewegung derselben |93| auf die Welle w₁. Das Sperrrad s ist auf der Achse w₁ festgekeilt, wogegen die beiden, ein Stück bildenden Excentrics E und E₁ lose auf derselben sind. Seitlich an E₁, sitzt die Sperrklinke s₁; durch dieselbe werden die Excentrics mit der Achse w₁ gekuppelt oder ausgeschaltet, je nachdem der Haken der Klinke in die Zähne des Sperrrades s eingreift, oder durch den Ausrücker h₁ daran verhindert wird.

Wird dieser Ausrücker h₁ durch den niedergehenden Kolben abwärts gedrückt, so springt die Klinke s₁ (Fig. 1) in einen der Zähne des Sperrades s ein und macht, die beiden Excentrics nach sich ziehend, nur eine Umdrehung der Achse w₁ mit, vorausgesetzt, daß der Kolben nicht mehr auf den Ausrücker h₁ drücke und dieser, durch die Feder wieder gehoben, die Klinke bei deren Anstoß ausschalte.

Um das Explosionsgemenge von Gas und Luft unter den Kolben in den Cylinder einzuführen, muß letzterer im geeigneten Augenblicke gehoben werden; es geschieht dieß durch das Excentric E und den, unter das Nock N der Kolbenstange greifenden Hebel h.

Das Excentric E dient zur Bewegung des Schiebers C₁ (Fig. 1). Derselbe liegt zwischen der Cylinderfläche C und dem Deckel C₂ und wird mit Hülfe von Spiralfedern f angedrückt; er öffnet oder schließt die Canäle x und y, läßt, während der Kolben durch den Hebel etwas gehoben wird, durch den Canal x Luft und Gas in den Cylinder gelangen und entzündet alsdann dieses angesaugte Gemenge durch eine, in seinem Inneren brennende Gasflamme; endlich läßt er noch die verbrannten Gase zur rechten Zeit durch y entweichen.

Zur Verdeutlichung dieser Functionen dienen die Fig. 8 bis 13, welche den Schieber und dessen Canäle in ihren verschiedenen Stellungen darstellen.

Ist die Klinke s₁ durch Anschlagen an den Ausrücker h₁ außer Eingriff mit den Zähnen des Sperrrades s, so stehen beide Excentrics still und der Schieber C₁ befindet sich in seiner mittleren Stellung (Fig. 11). Es correspondirt alsdann der Cylindercanal y mit dem Schiebercanal y₁ und dem Canal im Deckel y₂. Vor dem letzteren ist ein Ventil y angebracht, welches sich bei Ueberdruck im Cylinder öffnet, bei Ueberdruck der Atmosphäre aber schließt.

Bei Bewegung der Excentrics geht der Schieber aus seiner mittleren Stellung nach unten und stellt in dem Augenblicke, in welchem er den Zusammenhang zwischen den Canälen y, y₁ und y₂ abschneidet, eine neue Verbindung her zwischen dem zweiten Cylindercanal x und den darüberliegenden Canälen m und n (Fig. 12), von denen ersterer mit der atmosphärischen Luft, letzterer mit einer Gasleitung in Verbindung |94| steht. Vermittelt wird dieser Zusammenhang durch einen muschelförmigen Ausschnitt a im Schieber C₁.

Denkt man sich, daß gleichzeitig der Kolben im Cylinder gehoben werde, so füllt sich letzterer bis zur entsprechenden Höhe mit einem Gemenge von Luft und Gas. Der Canal q des Schiebers C₁ stellt während dieser Zeit die Verbindung zwischen dem in der Cylinderfläche angebrachten Luftcanal m₁ und Gascanal n₁ her. Das durch n₁, strömende Gas gelangt, durch q aufsteigend, zu der in dem Ausschnitte a₁ des Schiebdeckeks C₂ brennenden Gasflamme l₂, es entzündet sich an derselben und füllt brennend den Canal q.

Der Schieber geht in die Höhe; alle zwischen Cylinder, sowie zwischen den Gas- und Luftcanälen bestandenen Verbindungen werden abgeschnitten und der Canal p gelangt, nachdem er von Gas und Luft abgesperrt ist, in Communication mit dem Canal x und die in ihm fortglimmende Flamme (Fig. 13) entzündet das im Cylinder befindliche Explosionsgemenge. Das Excentric E hebt den Schieber noch etwas und führt ihn dann zurück in seine mittlere Stellung; Ausrücker h und Klinke s₁ schalten die Excentrics aus und diese wie der Schieber verharren in dieser Stellung.

In diesem Augenblicke der Entzündung schleudert die Explosion des Gemenges den Kolben in die Höhe, den Zahnkranz Z₀ mit bewegend. Dieser rasche Flug des Kolbens wird begrenzt dadurch, daß die Verbrennungsproducte des explodirenden Gemenges ihre Wärme an den Auftrieb des Kolbens gegen den Druck der Atmosphäre und gegen den Trägheitswiderstand des Kolbens abgeben, auch zu ganz kleinen Theilen die Cylinderwand erwärmen. Diese letztere Wärmeabgabe ist ein Effectverlust, die Ueberwindung des atmosphärischen Druckes dagegen kommt der Bewegung der Achse w beim Niedergange des Kolbens zu Gute und die dem Kolben ertheilte lebendige Kraft wird auf Verdünnung des explodirenden Gasgemenges unter dem Druck der Atmosphäre, also auch nützlich, verwandt.

In solcher Weise kommen die zu Anfang angeführten physikalischen Thatsachen zur Geltung und es treibt die Atmosphäre mit der Differenz des zu beiden Seiten stattfindenden Druckes den Kolben herunter. Dieß gibt die motorische Kraft unserer Maschine, da in dem Augenblick des Wechsels das Schaltwerk den in die Kolbenstange eingreifenden Zahnkranz Z₀ mit der Scheibe S kuppelt und so die treibende Kraft des Kolbens auf Achse und Schwungrad überträgt. Je mehr sich der Kolben dem Boden des Cylinders nähert, um so geringer wird der niedertreibende atmosphärische Ueberdruck; er legt diesen Weg zurück mit der Peripheriegeschwindigkeit |95| des Zahnkranzes bis die noch im Cylinder befindlichen Verbrennungsproducte atmosphärische Spannung haben; alsdann öffnet sich das Ventil v und der Kolben, durch sein Gewicht niedersinkend, drängt die Verbrennungsproducte durch dasselbe aus dem Cylinder, wo sie durch den Hahn D und angeschraubte Röhren beliebig abgeführt werden können.

Kurz bevor der Kolben den Boden des Cylinderser reicht, drückt das Nock N (Fig. 1) der Kolbenstange den Ausrücker h₁ nieder, die Klinke s₁ greift in einen der Zähne des Sperrrades s ein, und da das Schwungrad R genügend lebendige Kraft angesammelt hat, so wiederholen sich die Functionen der Excentrics und die Maschine bleibt im Gange.

In der Gasleitung befindet sich ein Hahn, durch dessen Stellung das Verhältniß des angesaugten Gemenges von Luft und Gas so regulirt werden kann, daß bei der Explosion der Kolben auf bestimmte Höhen geschleudert wird. Dadurch ließe sich der Gang der Maschine reguliren. Da jedoch der Nutzeffect derselben für eine gewisse Flughöhe des Kolbens der beste ist, so empfiehlt es sich, die ausgeübte Kraft in solcher Weise zu reguliren, daß die Flughöhe des Kolbens stets die gleiche bleibt, unabhängig von der, von der Maschine in der Zeiteinheit geforderten Leistung.

Wir erreichen dieses dadurch, daß wir die Zahl der Kolbenhübe unabhängig machen von der, als constant anzusehenden Umdrehungszahl der Achse. Bei großer Leistung macht der Kolben viele, bei geringerer Kraftanforderung weniger Hübe und ist zu dem Ende der Steuerungsmechanismus unabhängig von der Umdrehungszahl der Welle w.

In dem Abblaserohr befindet sich ein Hahn D, welcher bei mehr oder minder geöffneter Stellung die Producte der Gasverbrennung schneller oder langsamer wird austreten lassen und kann man dadurch das letzte Niedersinken des Kolbens auf den Boden ungehindert seyn lassen oder beliebig verzögern. Ist der Hahn D weit genug geöffnet, so wird der Kolben beim Ablassen der verbrannten Gase mit derselben Geschwindigkeit auf den Cylinderboden sinken, welche er, der Peripheriegeschwindigkeit des Zahnrades entsprechend, angenommen hatte.

Die Maschine arbeitet alsdann mit ihrer Maximalkraft. Schließt man dagegen den Hahn soviel, daß eine Verzögerung des letzten Theiles der niedergehenden Kolbenbewegung stattfindet, so bleibt der Ausrücker h₁ länger in der gehobenen Stellung und die Umsteuerung findet verzögert statt. Die Stellung des Hahnes D muß demnach abhängig gemacht werden von der, von der Maschine verlangten Leistung. Man kann folglich bei ungleichmäßigem Widerstande die Umdrehungszahl der Schwungradachse |96| reguliren durch Verstellung dieses Hahnes oder überhaupt durch Verengung der Oeffnung des Abblaserohrs. Verlangt man eine selbstthätige Regulirbarkeit, so wird es genügen, den, den Querschnitt des Abblaserohrs beherrschenden Mechanismus in irgend einer der bekannten Weisen, z.B. durch Schwungkugel-Regulator, abhängig von der Umdrehungszahl der Achse zu machen.

In solchen Fällen, wo die Kraftübertragung des niedergehenden Kolbens direct auf eine Transmissionswelle erfolgen kann, machen wir Gebrauch von der in Fig. 4 dargestellten Anordnung.

Es ist t eine Transmissionswelle und p eine Riemenscheibe auf derselben, welche mit einem Riemen t₁ umspannt ist, dessen abwärts laufendes Ende in senkrechter Richtung nach einer Spannrolle p₁ führt, die über der Platte des, unter der Transmission montirten Cylinders angebracht ist. Die Kolbenstange ist nicht verzahnt und bildet am oberen Ende einen Rahmen, welcher den Riemen t₁ (Fig. 4) umfaßt und auf der einen Seite eine glatte Fläche e hat, während auf der gegenüberliegenden eine Rolle o₁ um den Stift f₁ drehbar angebracht ist. Zwischen beiden befindet sich ein Keil k₁ dessen vorspringende Nase bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens auf dem Rahmen aufliegt.

Dadurch wird nicht nur der Keil am Herausfallen verhindert, sondern gestattet auch dem Riemen, ohne Reibung zwischen ihm und der Fläche e zu gleiten. Ist der Kolben in die Höhe geflogen, so wird in dem Augenblicke, wo seine Abwärtsbewegung beginnt, der Keil bei seinem Bestreben, weiter zu schwingen, sich zwischen die Rolle o₁ und den Riemen t₁ drängen und letzteren an die Fläche e festpressen. Der Kolben wird somit in dem Moment des Niederganges mit dem Riemen und der Transmission t gekuppelt und die Kraft direct ziehend auf die Transmissionswelle t übertragen.

Nach dem Vorstehenden ist es unzweifelhaft, daß unsere Maschine von den bisher bekannten Gasmaschinen wesentlich verschieden ist und glauben wir die Neuheit und Eigenthümlichkeit derselben vollständig nachgewiesen zu haben. Wir heben in dieser Beziehung besonders hervor:

  • 1) die Benutzung der in der Einleitung ausgesprochenen physikalischen
  • 2) die sich unterbrechende Wirkungsweise des Kolbens;
  • 3) das Schaltwerk oder die Mechanismen, welche durch Friction die bei der niedergehenden Bewegung des Kolbens entwickelte Kraft auf die Schwungradwelle übertragen;
  • 4) die Construction des Steuerungsmechanismus und Schiebers;
  • 5) die Kraftregulirung der Maschine durch Veränderung der Zahl |97| der Kolbenhübe bei constanter Umdrehungsgeschwindigkeit der Schwungradwelle.

Nachschrift.

Durch die Otto-Langen'sche Gas-Kraftmaschine wird der kleinen Industrie eine bequeme und vortheilhafte Betriebskraft geboten.

Diese Maschine kann nämlich ohne Anstand in bewohnten Räumen aufgestellt werden, da ihr Betrieb ganz gefahrlos ist, und erfordert wenig Raum.

Der Verbrauch von Leuchtgas beträgt per Stunde und (gebremste) Pferdekraft, je nach der Größe der Maschine, durchschnittlich nur circa 1 Kubikmeter, entsprechend weniger jedoch, wenn die Maschine nicht auf volle Leistung beansprucht wird.11)

Die Ausgabe für das consumirte Leuchtgas (oder auch Wasserstoff gas) ist der einzige Kostenpunkt des Betriebes; Arbeitslöhne für die Bedienung der Maschine erwachsen in keiner Weise.

Das zur Kühlung des Cylinders angewendete Wasser bedarf keiner Erneuerung, seine Erwärmung übersteigt nicht 50º C.

Preis der Maschinen mit daran befindlicher Gasleitung, Abschlußhähnen und Gassammler, sowie Wasserbehälter von Zink und 3' Abzugsrohr für die Verbrennungsproducte:

1/2 Pferdekraft
1 „
2 „
375 Thlr.
475 „
600 „
mit Regulator
40 Thlr. mehr

Man kann die Maschinen direct von den Erfindern, Firma: N. A. Otto und Comp. in Cöln a. Rh. oder von Hrn. August Faas in Frankfurt a. M. beziehen. (Aus einem Circular der Erfinder.)

Den Erfindern wurde für ihren Motor – dessen Beschreibung wir Schilling's Journal für Gasbeleuchtung, Augustheft 1867, S. 354 entnehmen – von der Jury der allgemeinen Industrie-Ausstellung zu Paris die goldene Medaille zuerkannt.

A. d. Red.

|97|

Die Lenoir'sche Gasmaschine erfordert dagegen (nach den im polytechn. Journal Bd. CLXXX S. 23 mitgetheilten Versuchen) nahezu 3 Kubikmeter Leuchtgas per Stunde und Pferdekraft. Ein Vorzug des Otto-Langen'schen Motors besteht auch darin, daß die Entzündung der Gasmischung nicht mehr durch den elektrischen Funken, sondern durch eine gewöhnliche Gasflamme geschieht.

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