Titel: Ueber stationäre Dampfmaschinen in Amerika.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1892, Band 285 (S. 1–9)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj285/ar285001

Ueber stationäre Dampfmaschinen in Amerika.

Mit Abbildungen.

In dem Nachstehenden geben wir eine übersichtliche Zusammenstellung von Grundformen stationärer amerikanischer Dampfmaschinen unter auszüglicher Benutzung der Berichte, welche von James B. Standwood im Engineering, 1891, veröffentlicht worden sind.

In der Entwickelung der stationären Dampfmaschine in Amerika haben sich für die Einzeltheile ganz bestimmte, den Beanspruchungen derselben entsprechende Formen ausgebildet, und es zeigt ein Ueberblick über die von den verschiedenen Fabrikanten erbauten Maschinen, dass diejenigen, welche gleiche Arbeiten zu verrichten haben, auch in den Formen ihrer Einzeltheile und der Gesammtanordnung eine grosse Uebereinstimmung besitzen.

Eine gruppenweise Eintheilung liesse sich vielleicht auch bei den in Europa erbauten Maschinen anstellen, doch würde dieselbe nicht so bestimmte Unterschiedsmerkmale aufweisen, als dies bei den amerikanischen Maschinen der Fall ist, deren Fabrikanten, wie schon Prof. Radinger in seinem Berichte über die Weltausstellung in Philadelphia 1876 treffend bemerkt, das Festhalten an eine bestimmte Specialität selbst durch schlechte Zeiten hindurch als Princip betrachten und deren Construction ebenso wie dies auch bei den amerikanischen Locomotiven der Fall ist, überall nach denselben praktischen Grundregeln durchgeführt ist.

Man unterscheidet in Amerika vier hauptsächliche Typen von Dampfmaschinen, und zwar:

1) Schiebermaschinen mit Dampfdrosselung;

2) Schnellaufende Maschinen mit selbsthätiger Expansion und zwangläufiger Steuerung;

3) Maschinen mit selbsthätiger Expansion und auslösender Steuerung;

4) Verbundmaschinen mit zwei- oder mehrmaliger Expansion.

Bevor wir die Vor- und Nachtheile dieser einzelnen Maschinengattungen erörtern, sollen erst die allen gemeinsamen Einzeltheile derselben besprochen werden.

Zwei Hauptmerkmale treten bei den amerikanischen Maschinen besonders hervor, welche darin bestehen, dass a) nahezu alle Maschinen liegend gelagert und b) Condensationsmaschinen ausser bei dem Verbundsystem nur wenig anzutreffen sind.

Die stehenden Maschinen werden nur für kleinere. Leistungen von 2 bis 12 gebaut, doch finden sie auch bei Platzmangel bis zu 100 Verwendung. Fig. 1 und 2 zeigen die gewöhnliche Anordnung derselben; der mit Cylinder- und Schieberkasten aus einem Stück gegossene Bockständer ist mit gebohrten Gleitbahnen versehen.

Die Condensationsmaschinen sind zunächst deshalb nur wenig anzutreffen, weil es, ausser in New England, schwer hält, Wasser zu bekommen; es soll damit nicht gesagt werden, dass überhaupt kein Wasser vorhanden wäre, sondern nur, dass die Kosten des Herbeischaffens grösser sind, als der in Folge der Nichtcondensation entstehende Mehraufwand für Kohlen beträgt. Aus diesem Grunde haben die Verbundmaschinen auch in Amerika weniger Eingang gefunden als in Europa. Im Sommer erreicht ferner das Wasser in den mittleren und südlichen Staaten Amerikas die ziemlich hohe Temperatur von 30° bis 32° und würde bei solcher Wärme eine sehr grosse Menge zu Condensationszwecken Verwendung finden müssen.

Ein anderer Grund für hohe Kosten des erforderlichen Wassers liegt in der grossen Veränderlichkeit der Tiefe der Flüsse und Strombetten, wodurch besondere Pumpen zum Heben des Wassers erforderlich werden. Der Ohio z.B. hat bei Cincinnati eine Tiefe von 4 Fuss bei niedrigem und von 70 Fuss bei hohem Wasserstande; es ist dies allerdings ein aussergewöhnlicher Fall, indess wechseln die Wasserstände bei anderen Flüssen doch immer noch um 25 bis 30 Fuss.

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Weiter spielt das Anlagekapital für Maschinen in einem Lande, wo der Zinsfuss hoch steht, sowie Handel und Industrie sich rasch entwickeln, eine grössere Rolle als bei uns, und man findet auch nichts Ungewöhnliches darin, eine Maschine bereits nach dreijähriger Dienstzeit durch eine grössere oder bessere zu ersetzen; aus diesem Grunde ist die einfachste und billigste Maschine hier wohl die ökonomischste, ganz abgesehen davon, dass auch zum Aufstellen einer Condensationsmaschine viel Platz erforderlich ist.

Noch ein weiteres Beispiel mag zur Erläuterung dienen. In amerikanischen Städten findet sich eine grosse Anzahl aller möglichen Gewerbszweige vertreten, zu deren Betreiben Leistungen von 5 bis 150 nöthig sind; die Motoren werden im untersten Raume aufgestellt, kleinere direct auf den Dielen irgend eines Stockwerkes befestigt. An einem klaren kalten Morgen sieht man deshalb über den Dächern der Stadt kleine weisse Dampfwolken schweben, welche aus zahlreichen Ausströmröhrchen ins Freie entweichen. Derartig untergebrachte Dampfmaschinen lassen sich unmöglich auf eine billige Art mit Condensationswasser versehen, während andererseits die Vortheile der Unabhängigkeit des einen Fabrikanten vom anderen und die Theilung der Kraft einleuchtend sind.

I. Maschinentheile.

Es sind in dem Folgenden nur die bewährteren Constructionen aufgeführt und alle weniger erprobten Maschinentheile unerwähnt geblieben.

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1) Die Grundplatte. Die beiden Lager der Schwungradwelle sind entweder mit der Grundplatte aus einem Stück gegossen oder das eine Lager ist unabhängig von der letzteren angeordnet. Im ersteren Falle haben die Maschinen eine doppelt gekröpfte oder seitlich gelagerte Kurbel. Fig. 3 bis 7 zeigen die Grundplatten für beide Anordnungen. Kleine Maschinen sind mit doppelt gekröpfter Kurbel zahlreicher anzutreffen als mit seitlicher Kurbel, doch findet letztere Anordnung immer mehr Eingang, da die Beschaffungskosten geringer sind und auch die Zugänglichkeit der einzelnen Theile gewinnt, der Nachtheil der Maschinen mit seitlicher Kurbel besteht nur darin, dass, da je nach den localen Verhältnissen entweder eine Rechts- oder Linksmaschine Aufstellung finden muss, um etwaigen sofortigen Bestellungen nachkommen zu können, beide Maschinenarten auf Lager gehalten werden müssen.

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Bei vielen Schiebermaschinen und namentlich schnellaufenden Maschinen mit selbsthätiger Expansion sind die Grundplatten mit den Lagern aus einem Stück gegossen; es sichert diese Construction die genaue Lage der Schwungradwelle zum Cylinder und den Führungen, was namentlich für Maschinen mit hohen Umdrehungszahlen von grossem Werthe ist.

Textabbildung Bd. 285, S. 2
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Die Kreuzkopfführung der Locomotiven findet in derselben Weise auch bei stationären Maschinen mit doppelt gekröpfter Kurbel Verwendung, da sie leicht zugänglich und auch nur geringer Abnutzung unterworfen ist; ausgebohrte Führungen, welche ebenfalls vorkommen, sind namentlich bei kleinen Maschinen anscheinend vortheilhafter, indess bedingen dieselben ein complicirteres Gussstück und es sind auch die Beschaffungskosten des Kreuzkopfes höher.

Die mit den Führungen der Kolbenstange aus einem Stück gegossenen Cylinder werden an die Enden der Grundplatten angeschraubt.

Die Hauptlager werden in Amerika so lang ausgeführt, dass eine directe Verbindung zwischen Excenter und Schieber unmöglich ist; es muss daher, um die Höhe des Schieberkastens und ebenso die schädlichen Räume nicht zu gross zu erhalten, ein Zwischenglied eingeschaltet werden, welches in einem Arme bezieh. Schieber besteht, welcher an einer Verstärkung der Grundplatte drehbar befestigt bezieh., wie Fig. 3 und 4 ersichtlich, in einer angegossenen Führung der Grundplatte gleitet.

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Sobald die Cylinder eine gewisse Grösse überschreiten, wird es unausführbar, die Kraft der Maschine von der Schwungradwelle aus durch aussen liegende breite und schwere Riemenscheiben zu übertragen; letztere müssen dann innerhalb der Lager gelegt werden, und um dies zu ermöglichen, muss ein Lager unabhängig von der Grundplatte angeordnet werden; die letzteren erhalten dann in ihrer einfachsten Gestalt die in Fig. 8 bis 14 ersichtlichen Formen. Fig. 8 bis 10 veranschaulichen die älteste und namentlich dann zur Verwendung kommende Grundplatte, wenn es sich darum handelt, möglichst billige Maschinen herzustellen, da die Arbeitsflächen, auf welche das Lager, die Führungen für Kreuzkopf und Schieberstange, sowie der Cylinder zu liegen kommen und mittels Bolzen befestigt werden, sämmtlich in derselben Höhe liegen und in verhältnissmässig kurzer Zeit abgehobelt sind; beim Giessen ist allerdings zu berücksichtigen, ob die Maschine links- oder rechtsgängig ist, indess lässt sich für beide Fälle dasselbe Modell benutzen, da nur die Kernmarken u.s.w. vor dem Einformen in den Sand entsprechend aufzusetzen sind. Fig. 15 bis 17 veranschaulichen eine veränderte Construction dieser Grundplatte, bei welcher Hauptlager und Führung der Gleitschuhe mit dem Rahmen aus einem Stück gegossen sind; die zugehörige Schieberstangenführung ist in Fig. 18 und 19 ersichtlich.

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Die in Fig. 11 und 12 dargestellte Grundplatte ist zuerst von Corliss ausgeführt worden und eignet sich besonders für Maschinen mit grossem Hub. Man findet bei diesen Grundplatten zuweilen das Hauptlager ebenso wie den Cylinder als besonderes Gusstück ausgeführt und nur die Kreuzkopfführung mit dem Balken zusammengegossen; in diesem Falle kann man die Grundplatte sowohl für eine Rechtsmaschine, wie für eine Linksmaschine benutzen, selbst wenn schon alles fertig montirt wird, wie dies aus Fig. 20 und 21 zur Genüge hervorgeht.

Die Führungen sind bei der Corliss-Grundplatte entweder |3| flach gebohrt oder V-förmig; im letzteren Falle benutzte Corliss einen Winkel von 45°. Durch die V-Form wird eine gleichmässige Abnutzung der Gleitbahn erreicht, indessen hält deren Oberfläche das Schmiermaterial nicht so gut, als dies bei den flachen Führungen der Fall ist, deren Nachtheile wiederum darin bestehen, dass man, sobald man eine Anzahl Maschinen nach demselben Modell ausführt, für verschiedenen Hub zu viel Theile verschiedener Grösse anfertigen muss.

Eine in Amerika sehr bekannte Firma versieht die Dampfmaschinen mit einer, Fig. 20 ersichtlichen doppelt gebohrten Führung, welche in der Weise hergestellt ist, dass zwei parallele Bohrer für die obere und untere Führungsschiene gleichzeitig angesetzt werden und gemeinschaftlich bohren; hierdurch ergibt sich bei schmalen Führungen ein hoher Kreuzkopf.

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Die in Fig. 13 und 14 ersichtliche, von Porter-Allen construirte Grundplatte besitzt eine besonders kräftige und gut entwickelte Form; sie eignet sich besonders für Maschinen mit hohen Umdrehungszahlen, da ihre Grundfläche auf dem Fundament der ganzen Länge nach verankert ist und aus diesem Grunde ein etwaiges Vibriren der Maschine kaum eintreten kann. Die Locomotivgeradführung ist hier in Anwendung gekommen und der Cylinder wird am äussersten Ende der Platte gewöhnlich freischwebend befestigt.

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In einer veränderten Form ist diese Platte auch in Fig. 5 bis 7 dargestellt; an Stelle der flachen Führung ist hier eine gebohrte vorgesehen.

2) Hauptlager. Der Herstellung zweckmässiger Hauptlager wenden die amerikanischen Constructeure besondere Aufmerksamkeit und Sorgfalt zu. Man kann behaupten, dass heute kaum noch eine Dampfmaschine mit Lagerschalen aus Messing gebaut wird; statt dessen wird fast allgemein Babbittmetall (Weissmetall) angewendet. Es werden allerdings unter diesem Namen verschiedene Metalllegirungen in die Welt geschickt, welche mehr Zink und Blei enthalten als Kupfer und Zinn; die richtige Babbittmetall-Legirung wird aber immerhin mit grossem Erfolg bei den besten Maschinen benutzt. Ein aus diesem Metall gefertigtes Lager ist nicht billig, denn das reine Metall kostet mehr als Messing; jedoch ist nur eine kleinere Menge von Material zu einer Babbitt-Lagerschale erforderlich.

Bei kleinen Dampfmaschinen stellt man die Lagerschale durch Umgiessen des geschmolzenen Metalles um einen Kern her, der die Welle für dieses Lager bildet; man muss hierbei die Form und den Kern richtig anwärmen, ehe man mit dem Giessen beginnt. Bei grösseren Stücken und sorgfältigerer Ausführung wird das Metall erst langsam eingegossen, dann fest eingehämmert und nachdem die obere Schale und die Seitenstücke eingepasst sind, wird erst das Gesammtlager ausgebohrt; die fertig gebohrte Oberfläche zeigt einen feinen, silberähnlichen Glanz.

Derartige Lager laufen kalt, da das etwas nachgiebige Metall ein gleichmässiges Anliegen der Welle gestattet, sobald ein Druck gegen dasselbe ausgeübt wird; diese gleichförmige Vertheilung des Druckes macht das Lager sehr haltbar. Die Metallegirung wird auch Antifrictionsmetall genannt.

Für eine Corliss-Maschine ohne Condensation, welche mit rund 6 at Anfangsspannung arbeitet und 70 bis 80 Umdrehungen in der Minute macht, ist der Durchmesser des Schwungradwellenlagers gewöhnlich gleich dem halben Cylinderdurchmesser und die Länge der Schalen gleich dem doppelten Durchmesser des Lagers.

Ein Cylinder von 18'' × 42'' (457 × 1067 mm) hat ein Schwungradlager von 9'' (229 mm) Durchmesser und 18'' (457 mm) Breite; dies sind Maximalverhältnisse, mit welchen sich bei 7 at Anfangsspannung ein Druck von 150 Pfund auf den Quadratzoll projectirter Lagerfläche (10,5 k auf 1 qc) ergibt.

Häufig werden indess namentlich bei grossen Maschinen noch Lagerschalen hergestellt, deren Länge kleiner als der doppelte Durchmesser der Bohrung ist. Eine Porter-Allen-Maschine z.B., welche mit einem Cylinder von 44'' (1117 mm) Durchmesser bei 66'' (1676 mm) Kolbenhub einen Drahtwalzenzug treibt und 78 Umdrehungen in der Minute macht, besitzt Schwungradlager von 22'' (559 mm) Durchmesser und 40'' (1016 mm) Länge. Dieses Lager läuft trotzdem von Anfang an kalt; der Druck auf den Quadratzoll beträgt bei 6,3 at anfänglicher Dampfspannung ungefähr 160 Pfund (etwa 11 k auf 1 qc). Das Gewicht schwerer Schwungräder, der Ausschlagwinkel der Lenkstange und das Moment der hin und her gehenden Massen beeinflussen diese Belastung um einen gewissen Betrag.

Bei Maschinen mit doppelt gekröpfter Kurbel ist die vereinigte Fläche der beiden Lager grösser. Eine Schiebermaschine bekannter Construction mit einem Cylinder von 11'' (279 mm) Durchmesser und 15'' (381 mm) Hub hat zwei Lager von 4'' (102 mm) Durchmesser bei 8''' (203 mm) Länge, also gesammt 64 Quadratzoll (165 qc) Flächenprojection. Beträgt die Anfangsspannung des Dampfes 100 Pfund (7 at), so erhalten die Lager einen Druck von 140 Pfund auf den Quadratzoll (10 k auf 1 qc). Der grösste Druck auf den Kolben einer mit Drosselorgan arbeitenden Schiebermaschine ist indess selten höher als 70 Pfund |4| auf den Quadratzoll (5 k auf 1 qc) bei voller Geschwindigkeit, so dass 100 Pfund auf den Quadratzoll (7 k auf 1 qc) wahrscheinlich als grösster Druck auf das Lager angesehen werden kann. Bei dieser Maschinentype fallen die Lager ausnahmsweise breit aus, weil die Welle ziemlich stark sein muss, um die überhängenden Seilscheiben sicher zu tragen.

Eine schätzbare Eigenschaft der aus Babbittmetall gefertigten Lagerschalen ist die, dass die Welle selbst sich nur wenig abnutzt und selten Riefen oder sonstige schadhafte Stellen entstehen können. Das Metall schmilzt eher, als dass die Welle ernstlichen Schaden erleidet; es erfordert dann wenig Mühe und Zeit, die Lager auf der Welle selbst wieder mit frischem Metall auszugiessen.

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Bei der ersten Verwendung dieses Metalles zu Lagerschalen wurde es in gebohrte Löcher gusseiserner Schalen eingegossen, und sobald es abgenutzt war, lief die Welle unmittelbar auf dem Gusseisen, was oft nachtheilige Folgen hatte; später wurde das Metall in eine kräftige, durch gusseiserne Ränder an den Enden des Lagers begrenzte Schale gegossen, wobei sich indess ebenfalls Uebelstände ergaben, und jetzt lässt man das Metall sich nach beiden Seiten des Lagers ausbreiten, so dass das Gusseisen mit der Welle überhaupt nicht mehr in Berührung kommen kann. Die Nabe der Kurbel und ein an der Welle sitzender Bund halten das Metall an den Lagerenden fest, obgleich sich herausgestellt hat, dass gutes Metall keinen besonderen Halt benöthigt. Das Metall wird an einer Fig. 30. Drehung durch schwalbenschwanzförmige Nuthen verhindert, welche der Länge nach in das Lager eingegossen sind, und zwar muss dasselbe, da es sich beim Abkühlen leicht zusammenzieht, wenigstens bei guten Ausführungen eingehämmert werden; um diese Arbeit zu ersparen, hat man unlängst aus dem Zusammenschrumpfen insofern Nutzen gezogen, als man das Metall mit seitlichen Rändern über das Lager weggreifen lässt, wodurch es sich fest auf das Gusseisen zieht, anstatt sich loszulösen. Derartige Lager sind in den Abbildungen Fig. 29 und 30 ersichtlich.

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Fig. 22 bis 28 veranschaulichen die gebräuchlichsten Lagerconstructionen. Die mit unter 45° aufgesetztem Deckel versehenen, an den Grundplatten Fig. 3 und 5 ersichtlichen Lager sind die einfachsten und billigsten; sie finden zweckmässig bei kleineren Maschinen Verwendung.

Fig. 22 und 23 zeigen eine beliebte und kräftige Lageranordnung für grosse Maschinen; die Keile, zwei oder drei auf jeder Seite, können von Hand mittels kleiner, auf dem Lagerdeckel sitzenden Muttern angezogen und durch gleitende Endstücke hinter dem Wellenbunde am Ende des Lagers zurückgezogen werden. Zuweilen ordnet man auch, wie dies z.B. Fig. 13 ersichtlich, den Keil nur auf der einen Lagerseite an.

Häufig ist die Hauptwelle mit einer anderen Welle direct gekuppelt und kann aus dem Lager nicht herausgehoben werden; in diesen Fällen verwendet man Lager mit besonderer Unterschale, wie sie die Abbildungen Fig. 24 bis 27 erkennen lassen; die von den oberen Lagertheilen nicht mehr abhängige Unterschale kann in der Längsrichtung unter dem Bunde an der Welle hervorgezogen werden.

Fig. 28 zeigt eine neue, erst vor Kurzem eingeführte Lagerform; sie erfordert, um die Welle einlegen zu können, ein Aussenlager derselben Construction.

Bei allen diesen Lagern sind vorstehende Ränder, wie solche bei Messinglagern gewöhnlich vorkommen, vermieden; Kurbel- und gusseiserne Lagerfläche treffen unmittelbar zusammen. Es ist dies in Bezug auf das Glattlaufen von Wichtigkeit, und ferner erreicht man damit, dass die Entfernung von Mitte Maschine bis zur Lagerfläche nicht mehr als den halben Cylinderdurchmesser beträgt – bei neueren Ausführungen sogar oft nur 80 Proc. dieses Maasses – auch erzielt man bei grossen Umlaufgeschwindigkeiten einen ruhigen Gang der Maschine, ohne Anwendung starker Compressionen. In Fig. 28 ist das Lager auf der Grundplatte aufgeschraubt; in diesem Falle sind die seitlichen Schalen durch Schrauben nachstellbar gemacht und der zwischen Lager und Grundplatte verbleibende Zwischenraum ist mit Zink ausgegossen, wodurch die Mittellinie der Maschine beinahe auf gleiche Höhe mit der oberen Fläche der Grundplatte gebracht werden kann.

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3) Kurbeln, gekröpfte Wellen und Kurbelzapfen. Die meisten doppelt gekröpften Kurbeln sind aus Schmiedeeisen gefertigt, obschon auch Gusstahl zur Verwendung kommt; letzteres Material hat sich indess in vielen Fällen als unzuverlässig erwiesen und ist auch schwieriger zu bearbeiten |5| als Schmiedeeisen. Hierzu kommt weiter, dass derartige Kurbeln aus Gusstahl kostspieliger sind, namentlich dann, wenn sie bei einer hohen Umdrehungszahl der Maschine mit Gegengewichten versehen werden. Die Gegengewichte bestehen aus gusseisernen Scheiben, welche mit den Kurbelarmen verbunden werden. Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 31; die Scheibe legt sich hier mit einer Bohrung über einen schmalen Vorsprung des Kurbelarmes und ist durch drei Schrauben gegen Längsverschiebungen, sowie durch einen am Ende des Kurbelarmes angebrachten Keil gegen Drehung gesichert. Die Kurbelzapfen besitzen gewöhnlich denselben Durchmesser wie die Welle und eine Länge gleich dem Durchmesser. Der Wellendurchmesser beträgt ungefähr 4/10 und zuweilen auch ½ von der Cylinderbohrung; die Hauptlager haben in der Regel eine Länge gleich dem doppelten Durchmesser. Diese bedeutende Abmessung von Welle und Lager ist mit Rücksicht auf ein festes und sicheres Tragen der überhängenden Riemenscheiben gewählt worden.

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Die seitlich angeordneten Kurbeln bestehen aus Gusseisen, und zwar findet dieses Material selbst bei den grössten Corliss-Maschinen Verwendung, obgleich auch zuweilen schmiedeeiserne Kurbeln anzutreffen sind; im ersteren Falle sind die Naben für Welle und Kurbelzapfen bedeutend stärker gehalten als bei schmiedeeisernen Kurbeln und betragen ungefähr das 2½ fache der betreffenden Bohrung (vgl. Fig. 32a und b).

Die Löcher für Welle und Kurbelzapfen sind gewöhnlich cylindrisch gebohrt und beide Theile werden entweder hydraulisch aufgepresst oder warm aufgezogen. Das Loch für den Kurbelzapfen wird in vielen Fällen durch eine transportable Spindel ausgebohrt, die an der Welle fest gemacht wird, nachdem die Kurbel aufgezogen und festgekeilt ist; hierdurch erreicht man eine der Welle genau parallele Bohrung.

Die in der Regel aus Stahl gefertigten Kurbelzapfen sind ohne Bund, und eine mittels Kopfschraube befestigte gusseiserne Scheibe verhütet eine Bewegung der Lagerschalen in der Längsrichtung, während die inneren Flächen, wie aus Fig. 32c ersichtlich, genau an der Kurbel anliegen. Häufig ersetzt man auch die Kopfschraube durch ein Messingstück, welches das Röhrchen eines Centrifugalölers trägt. Die geraden Zapfen ohne Bund können ohne Weiteres von einer Stahlstange abgehauen und bearbeitet werden, ohne dass ein Schmieden erforderlich ist; sie sind leicht zu härten und zu schleifen. Die Entfernung der Pleuelstange von der Kurbelfläche ist auf ein Minimum beschränkt.

Der Durchmesser dieser Zapfen beträgt gewöhnlich etwa ¼ vom Cylinderdurchmesser und die Länge ihrer Lager 1 bis 1¼ vom Durchmesser.

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Die oben erwähnte Porter-Allen-Maschine mit 44'' (1117 mm) Cylinderdurchmesser und 66'' (1676 mm) Hub hat einen Kurbelzapfen von 12'' (305 mm) Durchmesser bei nur 9'' (229 mm) Länge. Bei diesen Abmessungen ist der Druck auf den Quadratzoll Flächenprojection des Zapfens sieben- bis achtmal so gross als derjenige des Hauptlagers. Die Lager, in denen die Kurbelzapfen laufen, sind ebenso wie die Hauptlager mit Babbittmetall gefüttert.

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Wellen von 5'' (127 mm) Durchmesser und mehr werden geschmiedet, solche von kleinerem Durchmesser aus Walzeisen hergestellt. Es ist üblich, der Welle überall nahezu denselben Durchmesser zu geben und grössere Bunde für Schwungräder zu vermeiden, ausgenommen bei den grössten Maschinen, doch auch hier wird es zuweilen unterlassen. Fig. 33 zeigt die gewöhnlichen Verhältnisse; der Bund hinter dem Hauptlager ist nach erfolgter Bohrung warm aufgezogen und legt sich gegen den Ansatz des stärkeren Wellentheiles, auf welchem das Excenter befestigt wird.

4) Pleuelstangen. Dieselben werden allgemein zu der vorgeschriebenen Form ausgeschmiedet; ihre Enden lassen sich entweder mittels Haken- und Gegenkeil, mittels einfachen Keiles oder durch eine Vereinigung beider einstellen. Bei Schiffsmaschinen findet vorzugsweise die in Fig. 34 und 35 ersichtliche Form Verwendung; es wird hier das Babbittmetall ohne Benutzung einer Lagerschale direct in |6| die Stange eingegossen. Bei kleineren Maschinen hat sich diese Construction nicht bewährt, was seinen Grund in der längere Zeit als bei Verwendung von Keilen andauernden Nachstellbarkeit haben wird.

Fig. 36 und 37 zeigen den Stangenkopf mit einfacher Keilnachstellung; diese Construction soll nach Angabe unserer Quelle zuerst von Charles M. Brown in Fitchburgh angewandt worden sein und steht in Bezug auf Herstellung, Billigkeit, sowie Zuverlässigkeit bis jetzt unübertroffen da. Die breite Auflage des Keiles am Messinglager ist bei dieser Stange besonders hervorzuheben.

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Die zur Bewegung des Keiles dienenden Schrauben gehen nicht ganz durch; die untere Schraube wirkt ähnlich wie eine Klemme auf die obere und sichert die Stellung des Keiles in jeder Lage. Die in Fig. 38 und 39 abgebildete Pleuelstange – aus einem Stück Rundstahl gedreht und die Seiten flach parallel gehobelt – zeigt eine der vorigen ähnliche Form und findet bei kleineren Maschinen Verwendung. Bei doppelt gekröpften Kurbeln und Kreuzköpfen mit kräftigem Zapfen benutzt man die in Fig. 40 und 41 ersichtliche Stange mit übergezogener Kappe am Kurbelende.

Fig. 42 und 43 zeigen an dem einen Stangenende eine Kappe, bei welcher ein breiter Flachkeil den ganzen Zug auszuhalten hat; die Schrauben gehen durch gestossene Schlitze im Stangenende.

Bei einigen billigen Maschinen ist die Kappe mit der Stange verschraubt und der Zug wird von einem direct am Lager liegenden Keil mit schmaler Fläche aufgenommen (Fig. 44 und 45).

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Bei allen genannten Constructionen besteht das Kurbelzapfenlager aus Babbittmetall. Bei grossen Zapfen wird das Lagermetall von schwalbenschwanzförmigen Schlitzen in den Schalen gehalten; diese letzteren werden gewöhnlich nach dem Giessen ausgebohrt, sobald das Metall gut eingehämmert ist. Eine Firma löthet das Metall auf die Schale; die Lagerhälften von Messing werden erst angewärmt und mit Loth überzogen, damit das Babbittmetall besser anhaftet. Einige Fabrikanten von schnellaufenden Maschinen benutzen Gusseisen anstatt Messing zu den Schalen; ersteres nimmt das Babbittmetall in derselben Weise an, doch müssen die Schalen selbst kräftiger ausgeführt werden. Am Kreuzkopfende werden nur Schalen aus Rothguss oder Phosphorbronze angewendet, da das Babbittmetall das fortwährende Würgen hier nicht aushält. Pleuelstangen mit gabelförmigen Enden am Kreuzkopfende werden in Amerika nicht verwendet.

5) Kreuzköpfe. Dieselben finden sich in einer grossen Anzahl verschiedener Formen vor.

Fig. 46 und 47 zeigen die einfachste Form eines Locomotivkreuzkopfes; der aus einem Stück mit letzterem gefertigte Zapfen wird mittels besonderer Vorrichtung auf der Drehbank bearbeitet. Die Gleitflächen werden in der Regel mit Babbittmetall ausgegossen; die Führungsstücke sind aus Gusseisen mit massivem rechteckigen Querschnitt. Fig. 48 und 49 veranschaulichen einen Kreuzkopf mit eingesetztem Zapfen, Fig. 50 und 51 einen solchen mit einseitiger Führung und eingepresstem Zapfen; bemerkenswerth ist bei der letzteren Construction die Befestigung der durch ein grösseres Loch gesteckten Kolbenstange mittels zweier Muttern. Es gestattet diese Anordnung, die Führungsfläche des Kreuzkopfes mit der Grundplatte zusammenzugiessen (Fig. 15 und 17), da sich der erstere nach Lösen der Muttern leicht verstellen und damit das Zusammenfallen der Mittellinie des Kreuzkopfes mit der Cylindermitte bequem erreichen lässt.

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Die senkrechten Kreuzköpfe laufen in flachen, gebohrten oder V-förmigen Führungen und sind mit Nachstellvorrichtungen versehen, während die Führungen selbst gewöhnlich unveränderlich bleiben.

Fig. 52 und 53 zeigen einen viel verwendeten Kreuzkopf mit keilförmigen und mittels Schrauben nachstellbaren Gleitschuhen, welche auf frei um ihre Bolzen drehbaren, mittels der Schrauben A bezieh. B mit dem Kreuzkopfe verbundenen Stücken liegen, die sich genau gegen die Gleitschuhe legen.

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Fig. 54 und 55 veranschaulichen einen ebenfalls wie der vorstehende aus Gusseisen gefertigten Kreuzkopf. Keilförmige Stücke von einer Länge beinahe gleich derjenigen des Schuhes werden mittels der Schrauben B bewegt und bewirken hierdurch das Anliegen des Schuhes auf der Führung; Keil und Schuh sind durch Schrauben A am Kreuzkopfe befestigt und es lässt sich ein Auswechseln der letzteren leicht ermöglichen. Ein Hauptvortheil besteht noch in dem gleichmässig vertheilten Drucke, welchen die Schuhe auf die Gleitfläche ausüben.

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Ein anderer, aus Stahl gefertigter Kreuzkopf ist in Fig. 56 bis 58 abgebildet; bei demselben sind im Gegensatze zu den bisherigen Constructionen die Führungen mittels Schrauben nachstellbar angeordnet; der Bund zur Aufnahme der Kolbenstange ist gespalten und wird auf die letztere mittels zweier Schrauben geklemmt. Hier, wie auch bei allen anderen Kreuzköpfen, sind die Schuhe mit Babbittmetall ausgefüttert, welches eingegossen, eingehämmert und danach bearbeitet wird. Bemerkenswerth ist noch die Querschnittsform der gusseisernen Führungen, sowie die getroffene Anordnung, ein Abfliessen des Oeles von den Gleitflächen zu verhüten.

Textabbildung Bd. 285, S. 7
Die der Abnutzung unterworfenen Gleitflächen der Kreuzköpfe besitzen bedeutende Abmessungen; bei schnellgehenden Maschinen mit kurzem Hub ist die Länge der Gleitschuhe oft gleich dem Hube der Maschine. Ein Flächendruck von 35 Pfund auf den Quadratzoll (2,45 k auf 1 qc), gerechnet für die Mittelstellung des Kreuzkopfes und wenn der Dampf mit voller Spannung auf den Kolben wirkt, ergibt keinen nennenswerthen Verschleiss. Zuweilen findet man kleinere Werthe für den Flächendruck; so beträgt derselbe bei einer wohlbekannten Maschine von 12'' (305 mm) Cylinderdurchmesser und 16'' (406 mm) Kolbenhub, welche mit 240 Umdrehungen in der Minute arbeitet, bei einer Grösse der Gleitfläche von 14'' × 6'' = 84 Quadratzoll (356 mm × 152 mm = 541,11 qc) und 100 Pfund (etwa 7 at) Anfangsspannung des Arbeitsdampfes, wenn das Verhältniss der Pleuelstange zur Kurbel 6 : 1 nur 22,4 Pfund auf den Quadratzoll (1,5 k auf 1 qc).

Die Dimensionen des Kreuzkopfzapfens betragen gewöhnlich 13/16 bis ⅝ des Durchmessers und der Länge vom Kurbelzapfen; hiermit ergibt sich ein um 1½- bis 2½ mal so grosser Fig. 63. Flächendruck. Je grösser der Zapfen, desto geräuschloser läuft die Maschine.

6) Kolben und Kolbenstangen. Allgemein scheint man in Amerika die Erfahrung gemacht zu haben, dass die einfachsten Kolben die besten sind, wenigstens kommen bei schnellgehenden Maschinen nur massive Körper mit aufgeschnittenen gusseisernen Kolbenringen zur Verwendung. Die aufgeschnittenen Ringe werden gewöhnlich, wie Fig. 59 und 60 ersichtlich, von einem zwischen den beiden Deckeln des Kolbens liegenden Ring getragen, der auch dazu dient, den Kolben concentrisch einzustellen.

Bei langsam gehenden Maschinen mit grossem Hub kommen weniger einfache Formen in Anwendung, doch ist der Zwischenring zum Tragen der federnden und wie vorstehend aus Gusseisen gefertigten Ringe grösstentheils auch hier beibehalten. Fig. 61 und 62 veranschaulichen einen viel verwendeten Kolben mit zwei schmalen Ringen, welche derart zusammengenietet sind, dass ihre Schlitze um einen gewissen Betrag von einander entfernt liegen; T-förmige Messingstücke, hinter denen Federn aus Neusilber liegen, drücken die Ringe dann gegen die Cylinderwandung. Mitunter macht man die Breite des Klemmringes gleich derjenigen des Kolbens (Fig. 63 und 64) und lässt denselben auch öfter ganz fort (Fig. 65 und 66). Gewöhnlich werden bei Verwendung schmaler aufgeschnittener Ringe zwei oder mehr verwendet; ein breiter Ring allein kommt selten vor.

Die Verbindung der Kolben mit ihrer zugehörigen Stange geschieht auf verschiedene Arten. Sehr oft wird der Kolben auf die Stange gepresst (Fig. 60 und 62) und zur Sicherung über das im Kolben liegende Ende der Stange noch eine Mutter geschraubt oder die Kolbenstange wird eingeschraubt und ebenfalls wieder mit einer Mutter versehen.

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Man findet in Amerika sehr wenig konisch eingesetzte Kolbenstangen, ausgenommen bei Tandemmaschinen, da ihre Verbindung mit dem Kolben selten gelöst wird und die Stange leicht vom Kreuzkopfe losgemacht werden kann, da sie hier mit einem gut ausgeschnittenen Gewinde versehen ist, welches einen etwas kleineren Durchmesser als die aus Rundstahl gefertigte Stange selbst besitzt, während ihr anderes Ende einen der Bohrung im Kolbenkörper entsprechenden Durchmesser besitzt. Für die Ermittelung des Durchmessers der Kolbenstange haben sich keine praktischen Regeln aufstellen lassen; den grössten Durchmesser findet man ungefähr zu 3/16 vom Cylinderdurchmesser, doch |8| kommen namentlich bei grösseren Maschinen auch kleinere Abmessungen vor.

Es finden sich zuweilen Kolben, welche in der Richtung der Längsachse bedeutende Abmessungen besitzen, und zwar ist es nichts Ungewöhnliches, die Breite derselben gleich ¼ vom Cylinderdurchmesser zu nehmen; bei kleineren Cylindern findet man noch grössere Verhältnisse, Derartige lange hohl gegossene Kolben mit zwei oder mehr federnden Ringen geben eine vorzügliche Dichtung.

7) Cylinder. Mit Ausnahme der zu Verbundmaschinen gehörigen, mit höheren Dampfspannungen arbeitenden Cylinder sind dieselben ohne Dampfmäntel ausgeführt. Gewöhnlich sind die Cylinder mit eisernen oder hölzernen Stäben umkleidet, unter welchen sich schlechtleitende Wärmeleiter, wie Asbest, Schlackenwolle, Haarfilz o. dgl., befinden (Fig. 67 und 68), zuweilen besteht auch Cylinder, die Bekleidung aus einem einzigen Gusstück, welches mit seinen vorstehenden Endleisten auf den Cylinderflanschen aufliegt (Fig. 69 bis 71). Blechverkleidungen findet man selten, da dieselben leicht Beulen erhalten.

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8) Riemenscheiben und Schwungräder. Alle Scheiben bezieh. Schwungräder von 10' (3,048 m) Durchmesser und weniger werden in einem Stück gegossen (Fig. 72); solche von grösserem Durchmesser fertigt man in zwei Hälften an (Fig. 73 und 74), und wenn derselbe 20' (6,096 m) und mehr beträgt, setzt man die Scheiben aus mehreren Stücken zusammen, deren Grösse sich nach den von den Eisenbahnverwaltungen vorgeschriebenen Transportbedingungen richtet. Die durch die Abbildungen (Fig. 73 und 74) veranschaulichte Scheibe wird auch im Ganzen gegossen und zur Vermeidung schädlicher Spannungen beim Abkühlen mit Stahlkeilen im Formkasten aus einander gesprengt.

Textabbildung Bd. 285, S. 8
Die in Fig. 75 bis 77 ersichtlichen Spaltkeile sind ungefähr 16 mm stark und auf beiden Seiten schwach konisch. Die leicht aber rauh zerrissenen Ränder der Bruchstelle legen sich genau auf einander und werden ebenso wie auch die gespaltene Nabe durch gewöhnliche unbearbeitete Schraubenbolzen zusammengehalten; nachdem kommt die Scheibe behufs Abdrehens und Ausbohrens auf die Drehbank.

Auf diese Weise werden Scheiben bis zu 20' (6,096 m) Durchmesser und 48'' (1219 mm) Breite hergestellt.

Man findet in Amerika selten Scheiben, deren Verbindungsflächen gehobelt und durch gedrehte Schraubenbolzen zusammengehalten werden, wie dies bei uns der Fall ist.

Die Schwungräder besitzen in der Regel den in Fig. 78 angegebenen Querschnitt, wobei die einzelnen Segmente bei sehr schweren Schwungrädern, nachdem das Rad auf der Welle sitzt, zuweilen noch durch aufgezogene Schrumpfbänder zusammengehalten werden. Der Kranz wird auf dem äusseren Umfange, den beiden Seitenflächen und an den auf der Abbildung (Fig. 78) durch Pfeile bezeichneten Stellen abgedreht.

Textabbildung Bd. 285, S. 8
Schwungräder von über 20' (6,098 m) Durchmesser werden auf verschiedene Weise hergestellt. Fig. 80 und 81 lassen eine der gebräuchlichsten Constructionen erkennen. Die ausgebohrte und abgedrehte Nabe besteht hier aus zwei mit kräftigen Rippen versehenen symmetrischen Stücken, welche mit einem Ansätze bezieh. einer entsprechenden Vertiefung in einander greifen. Das Schwungrad ist aus einzelnen Theilen zusammengeschraubt, deren jeder aus einer Speiche mit zugehörigem Kranzsegment besteht; sämmtliche Verbindungsflächen sind gehobelt. Die unteren Enden der Speichen liegen zwischen den beiden Hälften der Nabe; wenn letztere centrisch zum Kranz gebohrt ist, werden die Löcher durch Speichen und Nabenhälften gleichzeitig gebohrt.

Textabbildung Bd. 285, S. 8
Riemenscheiben und Schwungräder besitzen selten grössere Umfangsgeschwindigkeiten als 5280' (1610 m) in der Minute; zuweilen findet man auch ein gut construirtes und ausbalancirtes Schwungrad mit 6000' (1829 m) und es soll nach unserer Quelle sogar ein solches mit 7000' (2134 m) Umfangsgeschwindigkeit geben. Der Querschnitt eines derartigen Schwungrades ist in Fig. 82 dargestellt.

Zur Uebertragung der von der Maschine entwickelten Leistung dienen fast ausschliesslich Lederriemen; erst in neuerer Zeit ist man, ebenso wie auch bei uns, dazu übergegangen, hierfür Seile zu verwenden.

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Man findet Riemen bis zu 6' (1829 mm) Breite, doch verwendet man in derartigen Fällen meist mehrere schmale Riemen neben einander, von denen jeder auf einer besonderen Scheibe läuft. Uebersetzungen mittels Zahnräder findet man selten, denn werden nicht, wie dies Corliss gethan hat1), ganz genau mit einander arbeitende Räder verwendet, so liegt die Umdrehungszahl einer Maschine bei Räderübersetzung niedriger als beim Riemen- bezieh. Seilbetrieb, und es müssten deshalb, um entsprechende Leistungen hervorzubringen, im ersteren Falle grössere Cylinder angeordnet werden, wodurch sich die Beschaffungskosten nicht unwesentlich erhöhen.

(Schluss folgt.)

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Vgl. Bericht über die Weltausstellung in Philadelphia 1876 von Radinger S. 10.

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