Titel: Neue Heissluftmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1891, Band 281 (S. 265–272)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj281/ar281095

Neue Heissluftmaschinen.

Patentklasse 46. Mit Abbildungen.

Bei der geschlossenen Heissluftmaschine von A. Ventzki in Graudenz (* D. R. P. Nr. 55033 vom 18. April 1890) ist die Arbeitswelle in einem Flüssigkeitsbade gelagert. Fig. 1 erläutert die getroffene Ausführung.

Der Arbeitskolben arbeitet in einem von der Aussenluft abgeschlossenen und mit hochgespannter Luft gefüllten Raum, so dass nicht allein die unter den Arbeitskolben geleitete Luft comprimirt, sondern auch die über den Kolben befindliche Luft hochgespannt ist und der Arbeitskolben hierdurch in einer eigenen sehr dichten Atmosphäre arbeitet.

Textabbildung Bd. 281, S. 265
Der Ausdehnungscoefficient der Luft bleibt unter allen Spannungsverhältnissen derselbe, daher braucht hochcomprimirte Luft nur wenig erwärmt werden, um eine verhältnissmässig hohe Spannung zu erreichen. Dadurch ist man aber in der Lage, eine grosse Differenz zwischen Feuerraum und dem Inneren des Feuertopfes zu belassen. Da nun aber der Durchgangscoefficient in directem Verhältniss zur Temperaturdifferenz des Feuerraumes und dem Inneren des Feuertopfes steht, und da ferner das Leitungsvermögen hochcomprimirter Luft mit der Dichte zunimmt, so ist man in der Lage, trotz der Zunahme der specifischen Wärme hochcomprimirte Luft bei einem ungleich höheren Arbeitsvermögen der letzteren nur ebenso grosse Heizflächen zu benutzen wie bei Anwendung gewöhnlicher atmosphärischer Luft.

In dem Heizraum A hängt der gebräuchliche Feuertopf B, auf dem der den Regenerator C umgebende Cylinder D montirt ist. Als innere Mantelung für den aus Kupfersieben gebildeten Generator C dient der tief in den Feuertopf niederhängende Cylinder E, in dem der Verdränger F auf und nieder bewegt wird. Auf dem Cylinder D ruht der Cylinder G mit dem Arbeitskolben H und ist ersterer durch einen Deckel I vollkommen luftdicht abgeschlossen, so dass der gleiche Luftdruck bei ruhender Maschine sowohl über als auch unter dem Arbeitskolben herrscht, da die Dichtung desselben niemals eine so vollkommene ist, dass der geforderte Luftausgleich nicht stattfinde. Nötigenfalls kann man den Luftausgleich durch Anordnung eines abstellbaren Umlaufrohres a (welches in Fig. 1 punktirt angedeutet ist) erleichtern.

Ist nun der Raum O über dem Arbeitskolben mit comprimirter Luft gefüllt, so befindet sich auch unter dem Arbeitskolben und im Feuertopf B nach vorherigem eventuellen Ausgleich durch Umlaufrohr a die gleiche Luftspannung. Nach dem Anfeuern treibt dann die Luft im Feuertopfe vermöge ihrer Expansionskraft den Kolben H in die Höhe und ist derselbe annähernd auf seinem höchsten Punkte angelangt, so geht der Verdränger F nach unten, drängt die heisse Luft durch den Regenerator C nach dem mit Wasserkühlung K umgebenen Arbeitscylinder G. Indem die Luft den Regenerator C durchstreicht, gibt sie den weitaus grössten Theil ihrer Wärme an diesen ab, wird an den gekühlten Wänden des Arbeitscylinders G noch mehr abgekühlt und dadurch wird ihre Spannkraft vermindert. Durch die lebendige Kraft des Schwungrades und durch die periodisch noch höher gespannte Luft im Oberraum O wird dann der Kolben H abwärts gedrückt.

Die beim Niedergang des Arbeitskolbens H und bei dem Hochgang des Verdrängers F ausweichende Luft geht dann ihrer vorherigen Bewegungsrichtung entgegengesetzt von oben durch den Regenerator C wieder nach dem unteren Theil des Feuertopfes und nimmt hierbei die vorher an die Kupfersiebe abgegebene Wärme wieder auf, so dass nur diejenigen Wärmemengen durch die Feuerung zu ersetzen sind, welche durch die geleistete Arbeit, durch Strahlung oder durch Leitung verloren sind.

Ist der Arbeitscylinder G nach aussen wirklich luftdicht geschlossen, so arbeitet die Maschine stets in und mit derselben comprimirten Luft, erzielt hierdurch den geringfügigen Brennmaterialverbrauch, und es bedarf keiner neuen Kraft, um frische comprimirte Luft hinzuzuführen.

Um nun im Arbeitscylinder stets die gleiche Luftspannung zu erhalten, ist die die Bewegungsarme b c tragende Welle d in einem Oelbade gelagert, welches durch eine obere seitliche Ausbauchung G1 des Arbeitscylinders G gebildet wird. Die im Raum O des Arbeitscylinders G eingeschlossene comprimirte Luft kann demnach durch die Stopfbüchsen der Welle d nicht entweichen, sondern höchstens das Oel durch dieselben hindurchdrängen. Da nun aber Oel dem Entweichen einen viel grösseren Widerstand entgegensetzt als Luft, so geht das Entweichen des Oeles auch nur in sehr geringen Mengen von statten, die durch den Topfbehälter h aufgefangen und durch Rohr i einer Luftpumpe L zugeführt werden. Die Pumpe L schafft dann die aus dem Raum O herausgedrängten Oelmengen |266| wieder in das Oelbad für die Welle d, so dass der Stand desselben unverändert bleibt. Diese Arbeit der Pampe L ist aber nur nebensächlicher Natur, da ihr Hauptzweck darin bestellt, die gewünschte Luftspannung in dem Raum O des Arbeitscylinders G beim Anlassen der Maschine herzustellen und dann zu erhalten.

Zu diesem Zweck ist die hin und her gehende Bewegung der Welle d in eine auf und nieder gehende für den Pumpenkolben in bekannter Weise verwandelt und die Pumpe L mit einem Windkessel k ausgestattet, an dem ein Rohr l in dem Raum O des Arbeitscylinders G führt.

Dadurch, dass das Steigrohr l bis in die Mitte des Windkessels k hineinragt und derselbe bis zu dieser Mündung mit Oel gefüllt ist, wird gleichzeitig erreicht, dass auch das Druckventil der Luftpumpe dauernd unter Oeldruck steht und bei eintretender Undichtigkeit den Austritt der Luft verhindert.

Beim Anlassen der Maschine arbeitet dieselbe demnächst mit gewöhnlicher atmosphärischer Luft und ist dann ihre Leistung eine geringe.

Die Luftpumpe schafft nun allmählich Luft in den geschlossenen Oberraum O und comprimirt dieselbe bis zu einer gewissen Spannung. Die Maximalspannung in der Maschine entspricht dann dem Verhältnisse des schädlichen Raumes in der Luftpumpe zum Inhalt des Pumpencylinders bezieh. Arbeitsraumes desselben.

Es muss z.B. die Spannung im Raum 10 at betragen, wenn der schädliche Raum in der Luftpumpe 1/10 der Füllung ausmacht. Ist dieser Druck in der Maschine erreicht, so wirkt die Pampe L nur als Luftbuffer, ohne weitere Luft in den Raum O zu schaffen.

Die im Raum O herrschende Luftspannung gleicht sich, wie bereits erwähnt, mit der unter dem Antriebskolben herrschenden aus, so dass also die Maschine in der Weise doppelt wirkend arbeitet, dass die erwärmte Luft den Kolben nach oben treibt, bis dieselbe so weit expandirt ist, dass sie im erwärmten expandirten Zustande etwa die Spannung der durch den Aufgang des Kolbens H periodisch weiter comprimirten Luft im Oberraum O hat, d.h. also, dass in diesem Moment (Todtpunktstellung) auf beiden Seiten des Arbeitskolbens Gleichgewicht herrscht. Jetzt drückt der Verdränger F die warme Luft durch den Regenerator C nach dem Arbeitscylinder G, und da dieselbe hierdurch abgekühlt wird, so entsteht ein relatives Vacuum unter dem Arbeitskolben H bezieh. Ueberdruck über dem Arbeitskolben, so dass dieser abwärts gedrückt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Heissluftmaschine von S. Vivian in Brooklyn, Nordamerika (* D. R. P. Nr. 57715 vom 30. September 1890) ist doppelt wirkend. Zu diesem Behufe ist ein Arbeitscylinder mit zwei Verdrängercylindern zusammengestellt.

Die Maschine besitzt zwei Heizcylinder B, welche je in einen Ofen A eingehängt sind und in gewöhnlicher Weise zur Erhitzung des bestimmten Luftvolumens dienen. An diesen unteren Theil der Heizcylinder schliesst sich ein mittlerer, als Regenerator dienender Theil B1 an, während der obere Theil C zur Kühlung der Heissluft dient und von einem sich beständig erneuernden Wassermantel umgeben ist. Innerhalb jedes der Heiz- und Kühlcylinder B C, die zusammen mit B1 die Verdrängercylinder bilden, ist ein Rohr B2 derartig angeordnet, dass zwischen ihm und dem Cylinder ein Raum B3 bleibt, durch welchen die Luft in dünner Schicht streichen und sich auf ihrem Weg von den Heizcylindern B zum Arbeitscylinder F und umgekehrt schnell erhitzen bezieh. abkühlen kann.

Zwischen dem eigentlichen Kühl- und dem Heizraum jedes Verdrängercylinders ist der Regeneratorcylinder D angeordnet, welcher auf beiden Mantelflächen mit Vorsprüngen versehen ist und zwischen Rohr B2 und äusseren Cylinder B passt. Die Reihen der Vorsprünge sind gegen einander versetzt, so dass die Luft auf ihrem Wege zu und von dem Arbeitscylinder und den Heizcylindern gezwungen ist, eine gewundene Bahn zu beschreiben und sich dabei vollkommen der Einwirkung der Regeneratoren auszusetzen.

Die oberen Deckel E der Heiz- und Kühlcylinder lassen zwischen sich und dem Rohr B2 Räume a, durch welche die Luft hindurchstreichen kann. Die Deckel E greifen in die Kühlcylinder ein, sind jedoch an diesem Theil zwecks Hindurchlassens der Luft von geringerem Durchmesser als das Rohr B2; sie führen mittels Stopfbüchsen E2 die Stangen G1 der Verdrängerkolben G, welche in den Rohren B2 spielen und zur Verdrängung der Luft dienen.

Textabbildung Bd. 281, S. 266
Der Arbeitscylinder F ist mit nach unten führender Kolbenstange zwischen den beiden Verdrängercylindern angeordnet und oben durch einen Kanal f mit dem linken, unten durch einen Kanal f1 mit dem rechts befindlichen Verdrängercylinder verbunden.

Die Kolbenstange H1 des Arbeitskolbens H geht durch die im Boden des Arbeitscylinders befindliche Stopfbüchse f2 und bethätigt den Kolben einer Pumpe I, welcher unterhalb des Arbeitscylinders angeordnet ist und in gewöhnlicher Weise aus einem Wasserbehälter gespeist wird.

Von einem Querhaupt H2 der Kolbenstange H1, welches mittels senkrechter Stangen H3 geführt ist, wird die Bewegung mittels Pleuelstange J auf die Kurbel der Schwungradwelle J1 übertragen, welche unterhalb des Arbeitscylinders und zwischen den beiden Verdrängercylindern gelagert ist. Die Schwungradwelle J1 überträgt die Bewegung von Kurbelzapfen l des Schwungrades aus mittels Lenkerstange L3 auf einen Arm L2, welcher mit Balancier L auf Achse L1 befestigt ist und letztere in Kehrdrehung versetzt, wobei der Balancier mittels Schubstangen G2 und Kolbenstangen G1 die Verdrängerkolben G verschiebt.

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Die Pumpe I drückt das Wasser in die Kammer I2, auf deren Deckplatte M die Schwungrad welle gelagert ist. Von hier gelangt das Wasser durch Kanäle I3 in die Kühlräume, welche die Kühlcylinder umgeben, und kühlt diese, um durch Ausflussrohre C1 abzufliessen. Beim Anlassen der Maschine wird das Schwungrad zunächst von Hand in der Richtung des Pfeiles gedreht, so dass der Balancier den linken Verdrängerkolben G hinabdrückt und den rechten hebt. Geht der linke Verdrängerkolben nach abwärts, so wird die unter ihm befindliche Luftmenge in den Raum über dem Kolben verdrängt, sie durchstreicht den Regenerator und gibt dabei den grössten Theil ihrer Wärme ab, um beim Durchgang zwischen Kühlcylinder C und Rohr B2 weiter abgekühlt zu werden. Wird bei der weiteren Umdrehung des Schwungrades der Verdrängerkolben G gehoben, so treibt er die Luft aus dem kalten in den heissen Theil des Verdrängercylinders, und die Temperatur der Luft wird beim Durchgang durch den Regenerator durch die Wärme gesteigert, welche dort beim vorhergehenden Uebertritt der Luft zum Kühler aufgespeichert wurde. Im Erhitzer B wird dann die Luft wieder bis zu ihrer Anfangstemperatur oder in Folge Einwirkung des Ofens A höher erhitzt.

Dieses abwechselnde Heben und Senken des Verdrängerkolbens G und das daraus resultirende Erhitzen und Abkühlen der Luft veranlasst einen Wechsel im Druck auf den Arbeitskolben H und dadurch dessen Hin- und Herbewegung und den Antrieb der Pumpe I.

Textabbildung Bd. 281, S. 267
Ist der Arbeitskolben in seiner untersten Stellung, so nehmen die Verdrängerkolben eine Mittelstellung in ihren Cylindern ein.

Bei der geschlossenen Luftmaschine von J. J. Mc Tighe in Pikeburg, Nordamerika (* D. R. P. Nr. 54442 vom 24. September 1889) wird zur Erhöhung der Wirkung eine Einspritzung warmer und kalter Flüssigkeit beabsichtigt. Fig. 3 zeigt die vorgeschlagene Ausführung in schematischer Darstellung.

Ausser einem mit Feuerung 2 versehenen Erhitzer 1 wird ein Cylinder 3 mit Kolben 4 benutzt, dessen Stange 5 mit der Treibwelle in bekannter Weise verbunden ist, Die Enden des Cylinders sind durch die hohlen Deckel 8 und 9 verschlossen. In passender Nähe des Cylinders ist eine Heisswasserpumpe 10 und eine Kaltwasserpumpe 11 aufgestellt, deren bezieh. Plunger von Excentern der Treibwelle bewegt werden. Jede Pumpe hat an jedem Ende eine Eintritts- und eine Auslassöffnung und ist mit den gewöhnlichen Absperrventilen ausgerüstet. Der untere Theil des Kessels 1 steht durch das Rohr 12 mit den beiden Einlassöffnungen der Heisswasserpumpe 10 in Verbindung, deren Auslassöffnungen durch die Röhren 13 und 14 mit den hohlen Cylinderdeckeln 8 und 9 verbunden sind. Die Röhren 13 und 14 enden innerhalb der Deckel 8 und 9 in Brauseköpfe 15 und 16. Die beiden Einlassöffnungen der Kaltwasserpumpe 11, deren Auslassöffnungen durch die Röhren 19 und 20 mit den Deckeln 8 und 9 in Verbindung stehen, sind durch ein Rohr 17 mit der Austrittsöffnung eines Heisswasserkühlers 18 verbunden. Die Röhren 19 und 20 endigen ebenfalls in Brauseköpfe 21 und 22. Von der Eintrittsöffnung 23 des Kühlers 18 zweigen die beiden Röhren 24 ab, von denen jede nach einem Dreiwegehahn 25 bezieh. 26 führt. Diese Hähne stehen mit den Cylinderdeckeln 8 und 9 in Verbindung und ferner mit einem Rohr 27, welches in geneigter Richtung angeordnet ist und in den Kessel 1 einmündet.

In den Röhren 13 und 14 sind die Hähne 28 und 29 angeordnet, welche ebenso wie die Hähne 25 und 26 zu den richtigen Zeiten durch Excenter der Treibwelle oder durch andere Mittel bewegt werden.

Jetzt sei vorausgesetzt, dass der aus den Pumpen, dem Cylinder, dem Erhitzer, dem Kühler und den Verbindungen gebildete Apparat derart mit Druckluft gefüllt sei, dass der Druck hinter dem Kolben 20 at und vor dem Kolben 10 at betrage.

Es sei ferner angenommen, dass, wenn der Kolben 4 sich von links nach rechts bewegt, der Kolben der Heisswasserpumpe 10 nach links und jener der Kaltwasserpumpe 11 nach rechts bewegt werde.

Nachdem unter dem Kessel 1 Feuer angemacht ist, kann das in dem Kessel enthaltene Wasser unter dem genannten Druck sicher auf eine Temperatur von wenigstens 176° C. gebracht werden, ohne zu sieden. Es sei vorausgesetzt, dass die Verhältnisse derartig seien, dass der Cylinder ein Pfund Luft auf jeder Seite des Kolbens enthalte und dass die Pumpen 10 und 11 in den Cylinder bezieh. ein Pfund heisses Wasser hinter dem Kolben und ein Pfund kaltes Wasser vor dem Kolben bei jedem Hub einspritzen. Wenn jetzt der Kolben 4 sich nach rechts bewegt, so spritzt die Pumpe 10 Wasser von der angegebenen Temperatur von 176° C. in den hohlen Deckel 8 und die Pumpe 11 kaltes Wasser in den hohlen Deckel 9. Der Heisswasserregen erhitzt durch directe Berührung die hinter dem Kolben befindliche Luft mit grosser Geschwindigkeit; durch dieses Erhitzen der Luft wird die letztere befähigt, heissen Dampf von der Oberfläche der zahllosen Tropfen heissen Wassers sehr rasch aufzunehmen, und dieser Dampf, welcher ungefähr noch dieselbe Temperatur |268| wie das heisse Wasser hat, trägt durch seine molekulare Berührung mit dazu bei, dass das Erhitzen der Luft augenblicklich stattfindet. Wenn man jetzt die Formel zur Ermittelung der Endtemperatur eines Gemisches zweier Flüssigkeiten von verschiedenen Temperaturen anwendet, nämlich:

MS (T – X) = M 1 S 1 (X – T 1 ),

in welcher M M1 die Gewichte, S S1 die specifische Wärme, T T1 die Temperaturen und X die Endtemperatur sind, so finden wir, wenn wir annehmen, dass die Luft 38° C. hatte, dass die letztere auf eine Temperatur von 157° C. erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ist der Druck der Luft ungefähr um 40 Proc. über den Anfangsdruck gestiegen; da letzterer, wie vorhin angegeben, 20 k auf 1 qc war, so wird der Druck jetzt 28 k auf 1 qc sein. Hierzu muss als arbeitendes Element der Druck des von der so erhitzten Luft aufgenommenen Dampfes hinzugefügt werden, welcher Druck bei der genannten gemeinsamen Temperatur von 157° C. nahezu 6 k auf 1 qc beträgt, so dass der gesammte Anfangsdruck hinter dem Kolben 34 k auf 1 qc ist. Der wirksame Anfangsdruck ist dann gleich der Differenz zwischen dem Druck hinter dem Kolben und dem Druck vor dem Kolben. Der resultirende Anfangsdruck wird daher ungefähr

34 – 10 = 24 at

sein.

Unter diesem Druck bewegt sich der Kolben nach vorwärts, und der Druckverlust, welcher von dem Wärmeverlust, der in Folge der während der Bewegung des Kolbens eintretenden Expansion stattfindet, herrührt, wird durch eine Reihenfolge von Condensationen des Dampfes und Wiederverdampfungen desselben und durch Abgabe der latenten Wärme des Dampfes an die Luft zum Theil ausgeglichen. Zu derselben Zeit tritt vor dem Kolben der kalte Regen ein und absorbirt den abgekühlten Dampf, und daher wird die von der Compression herrührende Wärme ebenso schnell, wie sie erzeugt wird, der Luft entzogen.

Die Stellung der Hähne 25 und 26 bleibt während dieser Zeit unverändert, das heisse Wasser verlässt den Cylinder und kehrt durch die Schwerkraft nach dem Kessel zurück, und das kalte Wasser verlässt ebenfalls das andere Ende des Cylinders und kehrt durch die Schwere nach dem Kühler zurück.

Während des Hubes des Kolbens nimmt der Druck hinter dem Kolben ab, aber dadurch, dass man das Luftvolumen zu dem Hub in ein entsprechendes Verhältniss bringt, kann man die Druckabnahme so vorausbestimmen, dass der Druck nicht unter jenem fällt, welcher nothwendig ist, um das Wasser im Kessel vor dem Kochen zu bewahren. Wählt man für dieses Verhältniss z.B. 1 : 2, so wird der Enddruck hinter dem Kolben in dem gegebenen Falle ungefähr 17 k auf 1 qc sein. Daher wird der mittlere Druck hinter dem Kolben

betragen.

Da die Volumenabnahme vor dem Kolben umgekehrt im Verhältniss von 2 : 1 erfolgt, so wird der Enddruck 20 at sein. Der mittlere Widerstand vor dem Kolben wird folglich

sein.

Der gesammte mittlere wirksame Druck auf den Kolben ist also 25,5 – 15 oder 10,5 at, und dieser Druck wird in dem gegebenen Falle resultiren aus dem Verlust von nur wenigen Temperaturgraden, den das heisse Wasser erleidet, welches in den Kessel zurückkehrt; während es noch sehr heiss ist. Dagegen wird das kalte Wasser vor dem Kolben nur um wenige Grade erwärmt, wobei es eben weniger gewinnt, als das heisse Wasser verliert; die Differenz ist nämlich in Arbeit umgewandelt worden.

Nach Vollendung des Hubes beginnen die Kolben der Pumpen 10 und 11 sich in umgekehrter Richtung zu bewegen und werden die Stellungen der Hähne 25 und 26, 28 und 29 umgekehrt. Der heisse Regen wird daher nun in den hohlen Deckel 9 eingespritzt und der kalte Regen in den hohlen Deckel 8. Der Druck auf die rechte Seite des Kolbens steigt augenblicklich auf 34 at, und der Druck auf die linke Seite des Kolbens fällt auf 10 at. Der mittlere wirksame Druck ist dann für diesen Hub wieder derselbe, wie oben angegeben. Das überschüssige heisse Wasser kehrt jetzt durch den Hahn 26 in den Kessel zurück und das kalte Wasser durch den Hahn 25 nach dem Kühler, und dieser Rücklauf des heissen und des kalten Wassers in ihre bezieh. Behälter wird unveränderlich durch die Schwere hervorgebracht.

Auf diese Art wird viel Brennmaterial erspart, denn das gebrauchte Wasser ist nur um 2° C. (die auftretende Temperaturdifferenz) von neuem zu erwärmen, wogegen bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen 966 Wärmeeinheiten auf ein Pfund Wasser aufgewendet werden müssen, ehe die arbeitende Flüssigkeit überhaupt erhalten werden kann.

Ferner wird auch dadurch gespart, dass nur eine geringe Menge fliessenden Wassers für den Kühler erforderlich ist, um die geringe Wärmemenge, welche dem kalten Regen durch die heisse Luft und dem Dampf mitgetheilt wird, zu beseitigen.

Das heisse Wasser wird in die Luft eingespritzt, wenn die letztere ihre Maximaldichtigkeit hat. Weil die arbeitende Luftmasse innerhalb des Cylinders auf jeder Seite des Kolbens eingeschlossen ist, wird die ganze zu erhitzende Luftmasse auf einmal erhitzt, wenn der Regen heissen Wassers in den hohlen Deckel gepumpt wird.

Bei der beschriebenen Maschine sind Mittel vorzusehen, durch welche die überschüssige Ansammlung von condensirtem Dampf in dem Kühler verhindert wird. Dies kann durch eine Pumpe oder andere Vorrichtung geschehen, welche den sich ansammelnden Ueberschuss entfernt und nach Bedarf in den Erhitzer zurückführt.

In Verbindung mit dem Apparat kann eine Luftpumpe zum Zwecke des Verdichtens der Luft und des Ersatzes der entwichenen Luft benutzt werden.

Unter dem in dem D. R. P. gebrauchten Ausdruck „Flüssigkeit“ sind nicht nur gewöhnliche Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, verschiedene Oelarten u.s.w., zu verstehen; denn in einigen Fällen können die Zwecke der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass man in dem Erhitzer verschiedene, gewöhnlich feste Stoffe schmilzt, mögen dieselben nun Metalle oder andere Stoffe sein. Bei derartigen Abänderungen ist es nothwendig, an Stelle der |269| Luft ein Gas von solcher Beschaffenheit zu verwenden, welches der Flüssigkeit durch chemische Verbindung mit derselben keine Energie entzieht; mit anderen Worten, das Gas muss in jedem gegebenen Falle chemisch indifferent sein in Bezug auf die Flüssigkeit, mit welcher es in dem Apparat in Berührung kommt. Die zum Kühlen zu benutzende Flüssigkeit muss in diesen Fällen ebenfalls entsprechend gewählt werden.

Beim Beginn des Hubes haben die Heiz- und die Kühlflächen ihre Maximalgrösse, am Ende des Hubes haben beide ihre Minimalgrösse und zwischen diesen beiden Grenzen nehmen beide an Grösse ab. Diese Verringerung der Flächen findet in einer Weise statt, welche die ökonomische Wirksamkeit der Umwandelung nicht vermindert, sondern vielmehr unterstützt, da die Flächenverringerung genau im Verhältniss zu dem abnehmenden Bedarf an Hitze oder Kälte stattfindet. Wenn man ferner nur den Raum auf einer Seite des Kolbens während eines ganzen Hubes betrachtet, so nimmt die Heizfläche allmählich ab und verschwindet schliesslich in dem Augenblicke, wo sie auf den kalten Regen trifft, dessen Oberfläche dann ein Maximum ist, und diese wird ihrerseits verringert und verschwindet in Gegenwart des nächsten heissen Regens.

Durch Absperrvorrichtungen u.s.w. können die Zeiten für das Einspritzen der heissen und der kalten Flüssigkeit regulirt werden.

Textabbildung Bd. 281, S. 269
Zur Heizung der Arbeitsluft für Heissluftmaschinen bringt M. Honigmann in Grevenberg (* D. R. P. Nr. 54811 vom 23. März 1890) das folgende Verfahren in Vorschlag. Während die Gase in der Heissluftmaschine L (Fig. 4) durch die Bewegung des Kolbens in den Heizröhren P von der kalten zur heissen Seite hin und her gehen, werden dieselben von den Feuergasen bespült und geheizt. Ehe aber die Feuergase der Feuerung F die Heizröhren P der Heissluftmaschine L erreichen, erhalten dieselben eine Beimengung von atmosphärischer Luft, welche selbsthätig von aussen, bei O, durch die ansaugende Wirkung des Schornsteins S durch den Kanal K zuströmt.

Durch diese Beimengung von kalter Luft werden die Heizgase auf eine so niedrige Temperatur (300° bis 500° C.) abgekühlt, dass die Heizröhren dauernd haltbar werden. Damit aber durch dieses Beimengen kälterer Luft kein Wärmeverlust stattfinde, strömt die Luft vorher durch eine Anzahl von Röhren R, welche von den abziehenden Heizgasen bespült sind. Dabei wird man zweckmässiger Weise das Vorwärmen der Luft nach dem Gegenstromprincip vor sich gehen lassen, wie dies auf der Zeichnung durch Pfeile dargestellt ist, wonach die bei O einströmende Luft von links nach rechts und von rechts nach links wiederholt durch Röhren R von oben nach unten geführt wird, während die benutzten, abziehenden Heizgase, von unten nach oben strömend, ihre Wärme an die Luft abgeben.

Der beschriebene Kreislauf der Wärme, welcher also dadurch bewirkt wird, dass die Wärme der abziehenden Feuergase durch die ihnen entgegenfallende Luft immer wieder zurückgeführt wird, ermöglicht eine fast vollkommene Ausnutzung der Heizgase, die besonders durch künstliches Absaugen der benutzten Gase sehr weit geführt werden kann.

Textabbildung Bd. 281, S. 269
Der Apparat kann in der Anordnung der Heizröhren P und R manche Aenderung erhalten.

Fig. 5 bis 7 erläutern eine Schieberanordnung für Heissluftmaschinen von J. Hargreaves in Farnworth, England (* D. R. P. Nr. 55080 vom 27. Juni 1890).

a ist der Cylinder der Luftpumpe mit dem Kolben b, c das kühle Ende des Regenerators, dessen anderes Ende sich an die Brennkammer des Arbeitscylinders anschliesst. d ist der Schieberkasten, aus dem der Kanal f nach dem Regenerator übergeht, g ist der Kanal aus der Luftpumpe nach dem Schieberkasten, h ist der Abführungskanal aus dem Schieberkasten nach dem Ableitungskanal i für das verbrannte Gas. j k sind die ungehindert auf einander und zwischen den Flächen d d1 des Schieberkastens arbeitenden Schieber; Schieber j hat eine Aushöhlung j1 und einen Durchgangskanal j2, Schieber k einen Durchgangskanal k1. l ist eine Oeffnung aus dem Luftpumpencylinder nach der Atmosphäre. Schieberkasten d ist nach aussen, oben und unten offen, und werden die Schieberstangen m direct an die Excenterringe oder Antriebhebel unter Wegfall der üblichen Zapfenverbindung so angeschlossen, dass die genannten Stangen zum Oeffnen und Schliessen der Kanäle nicht nur eine Längsbewegung, sondern auch eine oscillirende oder seitliche Querbewegung machen können, wodurch erzielt wird, dass sich die Schieber und ihre Flächen viel gleichmässiger abnutzen, als wenn sich die Schieber immer nur in derselben Richtung bewegen.

In der Stellung der Theile nach Fig. 6 ist der Luftpumpenkolben b am Ende seines Eingangs und im Begriff, seinen Ausgang zu beginnen, wobei sich Schieber j in Richtung des Pfeiles bewegt und der Kanal g geöffnet wird; während des Ausgangs genannten Kolbens kann die Luft ungehindert in den Luftpumpencylinder eintreten. Der Betriebskolben macht ebenfalls seinen Ausgang und |270| die Schieber j und k bewegen sich bis Vollendung seines Hubes nicht so weit, dass der Kanal aus dem Regenerator nach dem Abzugskanal i durch die Kanäle j1 j2 und k1 geöffnet wird. Hat der Betriebskolben das Ende seines Ausgangs erreicht und will er eben seinen Eingang beginnen, so haben sich die Schieber j und k so bewegt, dass ein freier Kanal aus dem Regenerator durch die Kanäle f j1 j2 und k1 nach dem Abzugskanal i entsteht. Sowie der Betriebskolben seinen Eingang begonnen hat, vollendet der Luftpumpenkolben seinen Ausgang (in Fig. 7 angegeben), und die Verschiebung der Schieber j k ist eine solche, dass der Kanal g so lange geöffnet bleibt, bis genannter Luftpumpenkolben ungefähr ⅓ seines Ausgangs gemacht hat und die Oeffnung l durch den im Ausgang begriffenen Luftpumpenkolben geschlossen ist.

Nach vollendetem Eingang des Betriebskolbens ist der Luftpumpenkolben nahe an das Ende seines Eingangs gelangt (wie in Fig. 5 angegeben), und haben sich die Schieber j und k so lange weiter bewegt, bis mittels der Kanäle g j1 und f eine Verbindung aus der Luftpumpe mit dem Regenerator hergestellt ist.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Feuerluftmaschine von A. Clauser in Altona (* D. R. P. Nr. 57209 vom 3. September 1890) ist der Feuerraum h in einen verhältnissmässig grossen Druckkessel a eingesetzt, in welchen beim

Anlassen zur Erzielung eines Ueberdruckes Luft etwa von einem Druckbehälter aus eingeblasen oder bei kleinen Motoren einfach durch entsprechende Bethätigung des Arbeitskolbens mittels des Schwungrades gedrückt bezieh. gepumpt wird. Diese Luft tritt durch die Kanäle b2 des Herdes unter den Rost b1 und durch das auf letzterem angezündete Brennmaterial (vorzugsweise Koks), um dadurch die Verbrennung zu unterhalten, sich zu erwärmen und die Spannung entsprechend zu erhöhen.

Textabbildung Bd. 281, S. 270
Sobald in dem Kessel a und Feuerraum b ein gewisser Ueberdruck erreicht ist, beginnt derselbe bei entsprechender Ventilstellung den in einem Cylinder c geführten Kolben d zu heben, indem die heisse Luft von dem Feuerraum b aus durch ein Sieb f und Rohr f1 an dem angehobenen Ventil vorbei durch einen Kanal g1 in den Cylinder c am unteren Ende eintritt. Am entgegengesetzten Ende dieses Cylinders ist einestheils ein nach innen öffnendes selbsthätiges Lufteinlassventil h, anderentheils ein Rückschlagventil i angebracht, welches letztere durch einen Kanal i1 die Verbindung des oberen Cylinderraumes mit einem in den Kessel a mündenden Zweigrohr k herstellt und unter dem Einfluss des im Kessel a herrschenden Ueberdruckes auf seinen Sitz gedrückt wird.

Wenn der Kolben d seine höchste Stellung einnimmt, wird der Kanal f1 durch das Ventil g abgeschlossen, hingegen ein zweites Ventil, welches die Verbindung mit der Aussenluft herstellt, geöffnet, so dass die Abwärtsbewegung des Kolbens durch das Eigengewicht desselben und unter dem Einfluss der lebendigen Kraft des Schwungrades erfolgen kann, indem sich dabei das Ventil h öffnet und Luft über den Kolben einlässt. In der tiefsten Kolbenstellung werden alsdann die Ventile im Kanal g1 umgesteuert, so dass der im Kessel a herrschende Ueberdruck, wie bezeichnet, auf die untere Kolbenseite zu wirken beginnt, das Ventil h bei der hierdurch erfolgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens d sich selbsthätig schliesst und die von der oberen Kolbenseite angesogene kalte Luft auf die im Kessel a herrschende Spannung comprimirt und endlich, indem sich das Ventil i selbsthätig öffnet, durch den Kanal i1 und das Rohr k in den Kessel gedrückt wird.

Diese kalte Luft nimmt dann, indem sie erwärmt wird, die erforderliche höhere Spannung an, um die zuvor zur Arbeitsleistung verbrauchte Kraft zu ersetzen und so den Ueberdruck im Kessel a zu erhalten.

Das Auslassventil ist mit einer im Inneren des Kessels a angebrachten und bei n ins Freie mündenden Rohrschlange m oder einem sonstigen Heizkörper verbunden, welcher durch die ausströmende heisse Luft erwärmt wird und diese Wärme wieder an die in den Kessel a gedrückte kalte Luft grösstentheils abgibt, die letztere also vor ihrem Eintritt in den Feuerraum vorwärmt.

Zwischen Rohrschlange m und Kesselwandung a ist ferner ein Sieb o eingesetzt, welches die durch das Rohr k eintretende kalte Luft um den ganzen Kessel herum vertheilt und dieselbe alsdann gegen die Rohrschlange u.s.w. unmittelbar ausströmen lässt. Durch den auf diese Weise um den ganzen Kessel a gebildeten Mantel kalter Luft werden die Kesselwandungen stets kalt erhalten, so dass hierdurch ein Wärmeverlust durch Strahlung wirksam vermieden und andererseits durch die Anordnung der Rohrschlange m die Wärme der ausgeblasenen Heissluft zum grössten Theil wieder nutzbar gemacht wird. Während diese Luft bei den bekannten Heissluftmotoren mit einer Temperatur von über 400° C. ins Freie austritt, zeigt ein in das Rohr n eingehängtes Thermometer selbst nach stundenlangem Betrieb höchstens 90°.

Die Bethätigung der Ventile kann von der Welle w aus mittels Daumenscheiben erfolgen, dabei die letztere auf der Welle verschiebbar angeordnet, mit einem Centrifugalregulator verbunden und der betreffende Daumen gegen den letzteren anlaufend gestaltet werden, so dass je nach der Geschwindigkeit bezieh. dem Ausschlag der Schwungkugeln die Laufrolle der Ventilstange und in Folge dessen das mit dieser verbundene Ventil mehr oder weniger angehoben wird.

Die Speisung der Feuerung kann z.B. durch ein Schöpfrad oder auch, wie in der Zeichnung, durch einen Schieber u erfolgen, welcher über den in den Feuerraum b mündenden Kanal v in einem Gehäuse x verschiebbar, mit Ausschnitten y und y1 versehen ist, in ersterem in der einen Endstellung aus dem Trichter y2 Koks u.s.w. aufnimmt |271| und dasselbe dann in der anderen Endstellung über den Kanal v führt, durch welchen es in den Feuerraum fallt. Der zweite Ausschnitt y1 befindet sich in der einen Endstellung unterhalb eines Schauglases z, welches somit einen Blick auf das Feuer und das Sieb f gestattet.

Der Schieber kann etwa mittels einer Schraubenspindel oder auch durch entsprechende Getriebe selbsthätig bewegt werden.

Die in Fig. 9 und 10 dargestellte Feuerluftmaschine (* D. R. P. Nr. 56592 vom 23. September 1890) rührt von demselben Erfinder her.

Die zur Verbrennung des Feuers dienende Luft wird nicht hineingepresst, sondern durch die glühenden Kohlen hindurch von einem Kolben angesaugt; diese sehr heissen Gase ziehen sich beim Abkühlen zusammen und bewirken durch das somit erzeugte Vacuum die Nutzarbeit auf einen Kolben bezieh. ein Schwungrad.

Der Vorgang in der Maschine ist folgender:

Nachdem durch die Füllvorrichtung t ein entsprechender Theil glühender Holzkohle und darauf ein angemessener Satz Koks eingelassen, ist der Feuerraum f beschickt; nun schliesst man die Füllvorrichtung durch Zurückdrehen der Kurbel d (Fig. 10).

Textabbildung Bd. 281, S. 271
Um nun zu ersehen, wie die einzelnen Theile der Maschine wirken, nehme man an, der Verdränger k, welcher mit der Kolbenstange oben durch den Arbeitskolben geht und mit dem mittleren Krummzapfen b durch Lenkerstange l verbunden ist, sei in der tiefsten Stellung, das Ansaugeventil v1 ist unter Vermittelung der Daumenscheibe x, welche auf der Welle w durch eine Keilnuth verbunden, selbsthätig angehoben oder geöffnet, so würde jetzt, wenn der Kolben a und Verdränger k angehoben, die äussere Luft durch das Ventil v1, den Rost e, den Verbrennungsraum bis in den Cylinder c steigen; durch diesen Vorgang wurde den Kohlen Nahrung zugeführt, und in den Cylinderraum sind die Verbrennungsgase mit einer sehr hohen Temperatur eingetreten; jetzt schliessen sich die Ventile v1 und v2, nachdem die beiden Kolben oben angelangt, und es beginnt die Arbeitsperiode. Der Verdränger k hat etwas mehr Hub als der Arbeitskolben a; letzterer eilt auch noch um einen kleinen Winkel vor, wie aus Fig. 10 zu ersehen. Die Gase passiren beim Heruntergang der Kolben den Zwischenraum von Verdränger und Cylinderwand und gelangen erkaltet zwischen Verdränger und Kolben a. Da nun die Temperatur der Gase vor der Erkaltung eine sehr hohe war, so ist jetzt durch diese plötzliche Erkaltung die Wirkung ganz ausserordentlich; die Gase ziehen sich räumlich zusammen und die äussere Luft wirkt mit dem Druck der Atmosphäre auf den Kolben bis zum fast beendeten Hub bei Niedergang des Kolbens und Verdrängers. Sind beide Kolben unten angekommen, so öffnen sich die Ventile v1 und v2, die erkalteten Gase werden durch letzteres ausgestossen, und das Spiel beginnt von neuem.

Damit nun die durch das Ausblasventil v2 entweichenden Gase nicht gleich ins Freie entweichen, indem sie noch einen geringen Theil Wärme enthalten, ist ersteres mit einer Rohrschlange m oder einem sonstigen Heizkörper verbunden, welcher durch die ausströmende Luft erwärmt wird. Dieser Heizkörper gibt wieder seine Wärme an die Luft, welche von den beiden Kolben angesogen wird, auf dem Wege zwischen Siebmantel und Ansaugeventil v1 ab.

Um Rohrschlange m und Cylinder c ist ein siebartiger Mantel s gesetzt, welcher einen wichtigen Zweck erfüllt; die Maschine strahlt nämlich fortwährend beim Betriebe Wärme nach aussen hin. Durch den Mantel wird fast alle ausgestrahlte Wärme nach dem Feuerraum zurückgebracht, indem das Sieb vertheilend um die Wärmequelle wirkt, den oberen Cylinder kalt erhält und die zur Verbrennung der Kohle dienende Luft vorwärmt, wodurch an Brennstoff erspart wird. Würde der Mantel s fehlen, so würde alle von der Maschine ausgestrahlte Wärme verloren gehen, indem doch die dem Ansaugeventil v1 zunächst liegende Luftschicht zur Speisung der Kohle dienen müsste.

Die Bethätigung der Ventile v1 und v2 kann von der Welle w aus mittels Daumenscheiben x bezieh. y erfolgen; dabei ist die erstere x auf der Welle verschiebbar angeordnet und mit einem Regulator r verbunden, mit welchem der betreffende Daumen, gegen den letzteren anlaufend, verbunden werden kann (Fig. 9); je nach der Geschwindigkeit der Schwungkugeln wird die Laufrolle z der Ventilstange und in Folge dessen das mit dieser verbundene Ventil v1 mehr oder weniger angehoben.

Die Speisung der Feuerung kann z.B. auch selbsthätig von der Welle aus in gewissen Zeitabschnitten geschehen, so dass die Maschine während des Betriebes gar keiner Wartung bedarf; es würde in diesem Falle auf der seitwärts verlängerten Welle ein Trieb angebracht sein, |272| welch letzterer eine Bewegung der Kurbel d und diese wieder dem Schöpfrade o mittheilte.

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