Titel: | Neue Gasmaschinen. |
Fundstelle: | Band 284, Jahrgang 1892, S. 85 |
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Neue Gasmaschinen.
(Patentklasse 46.) Mit Abbildungen.
Neue Gasmaschinen.
Die Gasmaschine von F. Wertenbruch in Nottingham England
(* D. R. P. Nr. 59341 vom 22. Februar 1891) besitzt einen Doppelkolben, welcher in
zwei Cylindern von ungleichen Durchmessern läuft. Fig.
1 zeigt die Maschine im Längsschnitt.
In dem Cylinder ab mit einer weiteren und einer
engeren Bohrung bewegen sich die mit einander verbundenen Kolben c und d, welche beide an
ihren unteren Enden mit Kolbenringen abgedichtet sind, während sie im Uebrigen lose
an die Cylinderwandungen anschliessen.
In dem schwächeren Kolben d ist ein Hohlraum f ausgespart, welcher unten durch ein sich nach oben
öffnendes Ventil mit dem Cylinderraum unter dem Kolben d, oben durch Seitenkanäle mit der grösseren Cylinderbohrung in Verbindung
steht. Als Ventil dient der Kolbenring e, welcher in
der Achsenrichtung verschiebbar ist. Unterhalb des Kolbenringes e ist der Kolben d dünner
gedreht, um die Verbindung mit den in den Raum f
führenden Kanälen herzustellen. Wenn der Kolben nach oben geht, so legt sich der
Kolbenring auf seine untere Fläche auf, und das Ventil ist geschlossen. Geht
umgekehrt der Kolben nach unten, so öffnet sich das Ventil. Der Hohlraum f dient als Verdichtungs- und Zündraum für die
Gase.
Textabbildung Bd. 284, S. 85Fig. 1.Gasmaschine von Wertenbruch. Wenn der Kolben von seinem tiefsten Standpunkt aufwärts geht, so schliesst
sich das Ventil e und das zur Erzeugung der bewegenden
Kraft dienende Gemisch von Gas und Luft, welches in der Folge einfach als Arbeitsgas
bezeichnet werden soll, wird angesaugt und tritt unter den Kolben d. Wenn der Kolben sich dann vom höchsten Stand wieder
abwärts bewegt, so schliesst sich die Zuflussöffnung des Arbeitsgases, der
Ventilring legt sich mit seiner oberen Fläche an und das Arbeitsgas strömt aus dem
Cylinderraum unter dem Kolben d in den Verdichtungsraum
f in demselben Maasse, wie der Kolben abwärts geht.
Dabei treibt das Arbeitsgas die von der vorhergehenden Explosion vorhandenen
verbrannten Gase – die Rückstandsgase – vor sich her in den weiteren Cylinderraum,
aus dem sie durch ein am tiefsten Punkt des letzteren angebrachtes Ausblaserohr g nach aussen abströmen.
Es soll im Allgemeinen nur ein Theil der Rückstandsgase ausgetrieben werden. Deshalb
wird bei einem bestimmten Punkt des Hubes das Ausblaserohr g durch ein zwangläufig bewegtes Austrittsventil h geschlossen. Beim Weitergang des Kolbens werden dann die im weiteren
Cylinderraum und im Raum f noch befindlichen
Rückstands- und Arbeitsgase, sowie die in den letzteren Raum aus dem Saugraum
fortdauernd durch das Ventil e eintretenden Arbeitsgase
zusammengepresst. Die Rückstandsgase treten aus der weiteren Cylinderbohrung in den
Raum f um so mehr, je weiter der Kolben nach abwärts
geht. Beim tiefsten Stand des Kolbens befinden sich sämmtliche Gase, die schädlichen
Räume abgerechnet, in dem Raum f im Zustand der
grössten Verdichtung. Nun erfolgt die Zündung durch eine kleine Bohrung über dem
Kolbenring c, welche beim tiefsten Stand des Kolbens
dem Zündkanal gegenübersteht.
Durch Ausdehnung und Explosion bei der Zündung werden die Gase an den oberen
Seitenkanälen des Verdichtungsraumes herausgetrieben, sie treten unter die
Arbeitsfläche des grossen Kolbens c und treiben bei
geschlossenem Ausblaseventil den Kolben in die Höhe. Es beginnt dann das Spiel von
neuem.
Die Menge der Rückstandsgase, welche beim Abwärtsgang des Kolbens im Cylinder
verbleiben, hängt ab vom Zeitpunkt des Schlusses des Austrittsventils im
Ausblaserohr. Für jede bestimmte Maschine und die festgesetzte Arbeitsleistung wird
dieser Zeitpunkt ein bestimmter sein. Der Abschluss in dem geforderten Augenblick
und die Dauer des Abschlusses kann in einfacher Weise durch eine centrische Erhöhung
auf der Scheibe k, oder auch durch andere bekannte
Einrichtungen erreicht werden. Durch Auswechselung der Scheibe k lässt sich der Abschluss auf einen anderen Zeitpunkt
verlegen.
Es lässt sich auch bei der gewählten Lage des Ausblaserohres am unteren Ende des
Cylinders d der Abschluss des Ausblaseventils so
festsetzen, dass sämmtliche oder fast sämmtliche Rückstandsgase durch die
Arbeitsgase herausgetrieben werden.
In der Lagerung und Mischung der Arbeits- und Rückstandsgase bei der vorbeschriebenen
Kolbenbewegung und gleichzeitig der Festsetzung der im Cylinder zurückbleibenden
Menge von Rückstandsgasen durch Lage des Ausblaserohres und Abschluss desselben in
einem bestimmten Zeitpunkt liegt in der Hauptsache das Wesen der Erfindung. Durch
die Einrichtung des Hohlraumes f in Verbindung mit der
Ausblasesteuerung ist eine Lagerung und Mischung der Arbeits- und Rückstandsgase
erreichbar, welche möglichst nahe übereinstimmt mit der Lagerung und Mischung der
Arbeits- und Rückstandsgase in einem Otto'schen
Viertactmotor im Augenblick der Zündung, und wie bei diesem erfolgt auch die Zündung
an der Eintrittsstelle der Arbeitsgase in den Verdichtungsraum.
Die erwähnte Uebereinstimmung der Schichtung und Mischung der Gase ergibt sich aus
dem Verfolg der Strömung der letzteren beim Rückwärtsgang des Kolbens. Zunächst
treiben im Anfang des Hubes die durch das Ventil e in
den Raum f tretenden Arbeitsgase die in letzterem
befindlichen Rückstandsgase vor sich her. Dann nach Abschluss des Ausblaserohres
werden in der Verdichtungsperiode die Rückstandsgase durch die freien oberen
Oeffnungen des Raumes f in diesen gedrängt, während
fortdauernd Arbeitsgas von der anderen Seite durch das Ventil e eintritt. Die relative Lage der Arbeits- und
Rückstandsgase gegen einander bleibt also die gleiche,
wie in der genannten Viertactgaskraftmaschine, in den Hauptmassen im
Verdichtungsraum hinter einander, an den Berührungsstellen dabei sich mehr oder
weniger vermischend. An der Zündstelle befindet sich das an entzündbarem Gas
reichste Gemenge. Erfahrungsmässig ist die so erreichte Lagerung und Mischung der
Gase für Kurbelmaschinen die günstigste.
Auch die in Fig. 2 und
3 dargestellte
Gasmaschine von R. Bayer in München (* D. R. P. Nr.
59322 vom 3. Mai 1890) arbeitet mit einem Doppelkolben, durch dessen Gestaltung ein
eigenartiges Arbeitsverfahren bewirkt wird; es wird eine doppelte Expansion der Gase
ermöglicht.
Um das Verbundverfahren durchzuführen, soll die Explosion und ein Theil der Expansion
auf der einen Seite des Kolbens, die weitere Expansion auf der anderen Seite
desselben bewirkt werden, und zwar in der Weise, dass ein Differentialkolben für den
ersten Hub seine kleinere, für den zweiten die grössere Fläche dem Gasdruck bietet.
Zweck dieser Einrichtung ist, möglichst weitgehende Expansion und grössere
Gleichförmigkeit des Ganges unter Beibehaltung des Viertactes in der eincylindrigen
Gasmaschine zu erreichen. Die Maschine besteht der Hauptsache nach aus einem
Cylinder und einem eigenthümlich gestalteten Kolben KP,
dessen Kolbenstange in einer im Boden des Cylinders befindlichen Stopfbüchse dicht
geführt und durch eine Pleuelstange mit der Antriebskurbel der Maschine verbunden
ist. In dem Theile K des Kolbens befindet sich ein
Ventil v, dessen Ventilstange s gasdicht in der hohlen Kolbenstange geführt ist und durch dieselbe
hindurch nach einer Steuervorrichtung geht. Die letztere hat den Zweck, dass das
Ventil v sich bei jedem beliebigen Aufgange des Kolbens
zum ersten Male und dann bei jeder zweiten Umdrehung der Maschine öffnen kann; sie
besteht aus einem Stein h, auf welchem eine Platte g ruht. Der Stein h wird
auf und ab gehoben, relativ zur Kreuzkopfbewegung, durch das obere Ende der Stange
k, die so mit der Pleuelstange in Verbindung steht,
dass sie beim Kurbelaufgang dem Kreuzkopfe voreilt und dadurch den Stein h gegenüber der Pleuelstange bezieh. dem Kolben hebt,
beim Abwärtsgang wieder voreilt und dadurch den Stein h
gegenüber der Pleuelstange sinken macht. Stein h ist
durchlocht und mit der Platte g abgedeckt, die
ebenfalls durchlocht ist und über h so hin und her
geschoben werden kann, dass die Bohrung in h bald
offen, bald verdeckt ist. Ist dieselbe verdeckt, so wird das Ventil v beim Aufgange des Kolbens in Folge der Voreilung der
Stange k hochgedrückt bezieh. geöffnet, ist jedoch die
Bohrung frei, was immer beim nächsten Aufgange der Fall sein muss, so tritt die
Ventilstange s in die Bohrung von h ein, und das Ventil p
bleibt geschlossen.
Textabbildung Bd. 284, S. 86
Gasmaschine von Bayer.
Das Hin- und Herschieben der Platte g, welche die Bewegung von h mitmacht,
geschieht durch eine weichenartige Rinnenführung mn,
die hier in den Linealen der Kreuzkopfführung sitzt. Platte g trägt an ihren Enden Steine ll, die
abwechselnd in den Rinnen m und n auf und ab gehen, der senkrechten Bewegung der Platte g folgend, und dabei die letztere von links nach rechts
oder umgekehrt wagerecht verschieben.
Die Unischaltung der Steine Z, so dass sie einmal in den
Rinnen m und einmal in denjenigen n auf und ab gehen, geschieht durch eine einfache
Vorrichtung. An dem unteren, spitz zulaufenden Ende jeden Steines l sitzen zwei Blattfedern, und zwar an jeder Seite
eine. Diese werden beim Einlaufen von l in eine der
Rinnen, z.B. m gespannt, beim Hochgehen von l wird beim Einlaufen in den Kreuzungspunkt der Rinnen
nur die eine Feder gespannt bleiben, und zwar so lange, bis die Spitze von l den Kreuzungspunkt überschreitet, in welchem Momente
die gespannte Feder zur Wirkung kommt und den Stein von links nach rechts
schleudert, so zwar, dass derselbe in Folge der nachwirkenden lebendigen Kraft über
seine Mittelstellung hinausgeht. In demselben Momente aber erfolgt der Niedergang
der Platte g, es gelangt der Stein in die Rinne n und zieht nun die Platte g noch weiter nach rechts. Beim folgenden Auf- und Niedergange der
letzteren erfolgt das umgekehrte Spiel der Steine l,
welche dieselbe dann wieder nach links ziehen. Auf diese Weise bewirken also die
Steine ll beim Hoch- und Niedergange des Kolbens ein
Verdecken der Bohrung in h durch die Platte g, beim nächsten Hoch- und Niedergange dagegen ein
Freigeben derselben. Eine Feder f am unteren Ende der
Ventilstange s ist bestrebt, die Stange s gegen die Platte g zu
pressen.
Die soeben beschriebene Steuerung des Ventiles v
arbeitet wie folgt: Der Kolben PK ist im Niedergange
begriffen, die Steine l befinden sich in den Rinnen n. Ist der Kolben an seinem unteren Todtpunkte
angekommen, so ist die Platte g durch die Steine l so weit nach rechts gezogen, dass die Bohrung von k durch die Platte g
verdeckt ist. Beim nun folgenden Hochgange des Kolbens wird mittels der Voreilung
der Stange k der Stein h
gegenüber dem Kolben gehoben und bewirkt dadurch ein Oeffnen des Ventils v. Bei der Ankunft des Kolbens im oberen Todtpunkt ist
die Stange g von dem Steine l so weit nach links gezogen, dass ihre Bohrung mit derjenigen von h correspondirt und die Stange s unter Mitwirkung der Feder f in die
letztere eintritt, das Ventil v also schliesst. Die
Steine l treten in die Rinnen m ein. Beim zweiten Niedergange des Kolbens und der Steine l bleibt v geschlossen, da
die Stange k wieder voreilt und h sinken macht, desgleichen beim zweiten Hochgange, und öffnet sich erst
wieder, wenn der Kolben beim nun folgenden Niedergange in seinem untersten Todtpunkt
angelangt ist, also die Steine l sich in der tiefsten
Stellung in n befinden und s auf g aufsitzt und nun wieder hochgeht.
Der Gang der Maschine ist folgender: Die Theile K und
P des Differentialkolbens sind in fester Verbindung
mit einander. Auf der Seite A des Kolbens findet
Explosion statt, diese wirkt auf die Ringfläche KP des
Kolbens und treibt ihn bei geschlossenem Ventil v nach
abwärts. Die Füllung mit Gasgemisch war dabei so bemessen, dass bis zum unteren
Todtpunkte dieses Hubes erst die Hälfte der Explosionskraft verbraucht ist. Ist der
Kolben unten angelangt, so wird das Ventil v durch die
Steuerung Tc h g geöffnet, die Gase treten durch den
Kolben K hindurch, expandiren in den freien Raum B hinein und treiben in Folge des ihnen noch
innewohnenden Expansionsvermögens den Kolben aufwärts, indem sie nur auf die Fläche
des Kolbens P wirken können, da auf beiden Seiten
A und B des Kolbens
K bei offenem Ventil v
gleiche Spannung herrscht.
Im oberen Todtpunkte des Kolbens ist die Kraft völlig erschöpft, das Ventil v wird durch die Steuerung geschlossen, und der nächste
durch das Schwungrad bewirkte Hub lässt auf Seite A
Einsaugen neuen Gemisches und auf Seite B Ausblasen der
Verbrennungsgase entstehen. Hierbei wird das in den Raum B einmündende Austrittsventil e geöffnet, und
die Abgase gelangen in das Auspuffrohr.
Der nun folgende Hub hat auf A Compression des neuen
Gemisches zur Folge, während für Seite B ein Leergang
sein würde. Es werden jedoch bei diesem Hube die eben verdrängten Abgase noch einmal
zurückgeholt, um den Cylinderraum B warm zu halten.
Hierbei wirkt Ventil e selbsthätig als Saugventil. Im
oberen Todtpunkte dieses letzten Hubes erfolgt auf Seite A Explosion und dann Expansion, der Kolben wird herabgetrieben und die
Abgase auf B endgültig ausgeblasen. Das Spiel der
Maschine wiederholt sich nun von neuem in der beschriebenen Weise.
Statt die Abgase nach vollendeter Arbeitsleistung ein erstes Mal auszustossen,
zurückzuholen und endgültig auszublasen, kann man auch in B comprimiren, dann im nächsten Hub expandiren lassen und endlich
ausblasen. Die Arbeitsweise ist also folgende:
auf Seite A Einsaugen
des Brenngemischesauf Seite B Ausstossen
der Verbrennungsreste
Hub I,
der folgende
Kolbenaufgang:
auf Seite A
Compressionauf Seite B Zurückholen der
ausgestossenen Verbrennungsgase
Hub II,
der zweite
Kolbenniedergang:
auf Seite A Explosion
und Expansionauf Seite B endgültiges
Ausstossen der Abgase
Hub III,
der nächste
Kolbenaufgang:
auf Seite Aauf Seite B
weitere Expansion in beiden Räu-men durch v hindurch
Hub IV,
und endlich, nach Schluss von r,
im oberen Todtpunkte wieder getrennt auf A Einsaugen
des frischen Gasgemisches und auf B Ausstossen der
verbrauchten Gase. Die Steuerung des Auspuffventiles e,
welches einmal von der Maschine aus bethätigt wird und einmal selbsthätig als
Saugventil wirkt; ist folgende: Auf der
Antriebswelle der Maschine sitzt ein Excenter, das mit einer Excenterstange
gekuppelt ist. Am Ende dieser Stange ist eine Hülse angebracht, in der sich die
Ventilstange des Ventiles e führt, welche durch eine
Spiralfeder gegen die Hülse gedrückt wird, so dass sie die auf und ab gehende
Bewegung der letzteren mitmachen muss. Wird also die Hülse mittels des Excenters
gehoben, so wird Ventil e geöffnet. Eine selbsthätige
Oeffnung von e kann erfolgen, wenn im Raume B eine Saugwirkung stattfindet, welche die Spannkraft
der Ventilfeder überwindet. In diesem Falle bewegt sich die Ventilstange unabhängig
von der Hülse.
Die Umsteuerung erfolgt durch die Vertauschung der Stange h mit einer symmetrisch an der Schwinge angebrachten Stange k1, die, mit k vollkommen gleich, nur zu wechselnden Zeiten wirkt,
wenn sie statt k zum Eingriff gebracht wird. Der
Uebergang von k auf k1 ist mittels Coulisse und Stein h ausgeführt. Die Umsteuerung ist ausreichend und
vollständig durch Umlegen der genannten Coulisse und vollzieht sich bei einer
Zwillingsanordnung dieses Motors zu jeder Zeit ohne weiteres.
Man kommt mit dieser Maschine ohne Nebenapparat dem Gleichförmigkeitsgrad der
Zweitactmaschine nahe. Mit dem Aufwand, den man sonst für den Zweitact macht, wird
der Eintact oder die doppeltwirkende Kraftabgabe erreicht.
Soll die Maschine für flüssige Brennstoffe eingerichtet werden, so wird der Theil P des Kolbens PK, welcher
schon aus constructiven Gründen immer ein Hohlkörper sein und wegen seines
Eintauchens in den Explosionsraum beim Gange der Maschine bedeutende Erwärmung
erfahren wird, als Verzehrer benutzt. So, wie in Fig. 3 oder ähnlich
geformt, wirkt der Verdampfer wie folgt: G sei ein
Gefäss, aus dem z.B. Erdöl tropfenweise auf ein Ventil c im Deckel des Verdampfers P niederfällt.
Ventil c öffnet sich nach innen und lässt während des
Saughubes der Maschine und durch dessen Wirkung Oel und Luft so eintreten, dass
beide zerstäubt und innig gemischt in den heissen Hohlraum von P gelangen. Hier verdampfen die Oeltheilchen alsbald,
und es treten durch Ventil d bei den Saughüben der
Maschine nur die gasförmigen Gemische in den Cylinder. Auf das Ventil d ist ein Rohr aufgesetzt, welches den bei der
Oelverdampfung sich bildenden Schlamm und die noch nicht verdampften schweren
Oeltheilchen zurückhalten soll. Um bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe die
Fortpflanzung der Entzündung der Gase bis in den Vorrathsraum der Brennstoffe zu
verhindern und um die Verbindung der Erwärmungsstelle der Gase mit dem Vorrathsraum
der entzündlichen Brennstoffe feuersicher zu unterbrechen, ohne den Zufluss der
letzteren vom Vorrathsraume zu hemmen, ist ein Gefäss in die Leitung eingeschaltet,
das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die unentzündlich ist und kleineres oder
grösseres specifisches Gewicht besitzt als die zu vergasende Flüssigkeit, so dass
letztere durch erstere tropfenweise nach unten bezieh. nach oben hindurchgelangen
kann. Diese Tropfen bewegen sich in solchen Zwischenräumen, dass eine Entzündung des
einen nicht auf den anderen sich fortpflanzen kann. In Fig. 3 ist z.B. a das Leitungsrohr von einem Erdölgefässe her, welches
in ein mit Wasser gefülltes Gefäss G nach unten geführt
ist. Das Erdöl tritt durch das Leitungsrohr unten aus, steigt in Tropfen im Wasser
hoch, sammelt sich oben wieder und tropft durch das Rohr b nach dem Verdampfer ab. Eine Entzündung der Dämpfe in P hat mindestens an der Wasseroberfläche ihre Grenze,
und eine dabei eintretende Spannungserhöhung treibt höchstens das Wasser in das Rohr
a und vergrössert dadurch die Entfernung nach der
Oelgrenze im Vorrathsraume noch mehr.
Das Ventil v vermittelt Schwächungen und Verstärkungen
der Explosionen bei Beibehaltung des einmal angenommenen Mischungsverhältnisses
zwischen Gas und Luft. Die Kolbenseite B hatte, während
auf A Compression und dann Explosion und Expansion
hervorgebracht werden, zwei freie Hübe, und diese benutzen wir. Vorhin wurden die
Abgase noch einmal zurückgeholt, um dann im nächsten Hub ausgeblasen zu werden. Der
Normalbetrieb habe das für jeden Hub von der Seite A
eingesaugte Volumen als Verbrauchsgrösse. Die Schwächung wird hervorgebracht, indem
weniger als dies Volumen, die Verstärkung, indem mehr für die Arbeitsperiode
verbrannt wird; es wird zu dem Zwecke brennbares Gemisch wieder hinaus- bezieh. noch
hineingeschafft, und eben dies besorgt die Seite B. Wird nach Zurückbewegung des Saughubes auf A das Kolbenventil v geöffnet, um erst nach
einem Wegstück im nächsten Hub geschlossen zu werden, so wird dadurch das zur
folgenden Explosion und Expansion gelangende Gemisch verringert um die durch v übergetretene Menge, welche ihrerseits nach Schluss
von v auf dem noch übrigen Wegstück aus einander
gezogen wird, um auf dem nächsten Hub verdichtet und wieder herausgeschafft zu
werden zu späterer Verwendung. Die Verstärkung geschieht in der Weise, dass während
des Compressionshubes auf A die Seite B frisches Gemisch ansaugt und während des nächsten
Hubes verdichtet; zu Ende dieses Hubes tritt Oeffnung von v ein, so dass jetzt die brennenden Gase von A her sich mit den neu comprimirten vereinigen zu einer zweiten Explosion.
Hieraus erhellt, dass man auch folgenden Arbeitsgang erzeugen kann, kleinen
Compressionsraum vorausgesetzt:
Seite A Einsaugen des Gemisches, Seite B Ausblasen der Abgase, nächster Hub v eine Zeitlang geöffnet, also zuerst Uebertreten eines
Theiles des Brenngemisches von A nach B, dann v geschlossen, auf
A Compression, B
Erniedrigung der Dichte. Im Todtpunkt auf A Explosion
und im darauffolgenden Hub A Expansion, auf B Compression des übergetretenen Brenngemisches.
Zweiter Todtpunkt: v geöffnet, auf B Explosion. Im Hub B
Expansion und Uebertritt der Gase von A nach B. Im Rückgang endlich wieder auf A Ansaugen frischen Brenngemisches, v geschlossen und auf B
Ausblasen der Abgase. Es erfolgen wieder beide Explosionen bei constanten Volumen.
Gänzliches Ausfallen der Explosionen wird hervorgebracht, indem, wie üblich, während
des Saughubes nur Luft angesaugt wird. Die Einführung verschiedener Füllungen gibt,
wie erwähnt, verschiedene Compression. Um nun aber die Compressionsendspannung nicht
zwischen grossen Grenzen schwanken zu lassen, werden in den Compressionsraum ein
oder mehrere Kammern eingeschaltet, die durch Steuerorgane mit dem Cylinderinnern in
Verbindung gebracht werden können. Bei grösseren Füllungen werden eine oder mehrere
dieser Kammern geöffnet, so dass das Brenngemisch auch in sie hinein comprimirt
werden kann, darin mitentzündet wird und daraus mitexpandirt, wobei natürlich die
Grösse dieser Kammern so bemessen ist, dass die jeweilige Füllung die
Normalcompression erhält.
Gasmaschine mit zwei Kolben von D. Clerk in Sutton
Coldfield, England (* D. R. P. Nr. 55481 vom 16. April 1890). Eigenartig für die
Maschine ist ein Gelenksystem, welches zur Steuerung des als Hilfskolben dienenden
zweiten Kolbens dient.
Das Gelenksystem wird durch ein im Kurbelschub bewegtes Kniegelenk gekennzeichnet,
dessen schwingendes Glied mit dem bewegten, an die Hilfskolbenstange angreifenden
Gliede oder dem Lenker durch eine der Streckung entsprechende Mittellage derart
hindurchschwingt, dass der Hilfskolben während der Arbeitsperiode des Hauptkolbens
nahezu stillsteht, während im Uebrigen eine zwangsweise Antriebsverbindung zwischen
der rotirenden Hauptkurbel und dem Hilfskolben geschaffen ist.
In dem mit Kühlmantel umgebenen Cylinder A1, Fig. 4, ist ausser
dem Arbeitskolben A der Hilfskolben G wirksam. Der Arbeitskolben A schliesst mittels der Pleuelstange A2 an die Kurbel oder Kröpfung B der Welle B1 welche dem an derselben Welle sitzenden
Kurbelzapfen bei C für den Hilfskolben voreilt. Letztgenannte Kurbel
veranlasst mittels der Kuppelstange C1 den Antrieb des Hebelarmes D an der Welle D1, so dass das mit derselben Welle verbundene Glied E des Kniegelenks EE1 eine schwingende Bewegung erhält. Der mit diesem
Glied E in Verbindung stehende Lenker E1 greift am anderen
Ende an das axial geführte Querhaupt F der zum
Hilfskolben G gehörigen Kolbenstange F1.
Textabbildung Bd. 284, S. 89Fig. 4.Gasmaschine von Clerk. Bei der in Fig. 4 veranschaulichten
Stellung steht der Arbeitskolben im unteren Hubwechsel, wobei sich die Ladung in
comprimirtem Zustande zwischen diesem und dem Hilfskolben G befinden soll; in dieser Stellung erfolgt die Zündung, und der durch die
Explosion hervorgerufene Druck treibt den Arbeitskolben vorwärts.
Das Gelenksystem ist nun darauf berechnet, dass während des grösseren Theils dieser
Hubbewegung des Arbeitskolbens der Hilfskolben nahezu seine Endstellung beibehält,
nämlich so lange, bis der Arbeitskolben den Auspuff H
freilegt und so der Cylinderinhalt in die freie Atmosphäre ausströmen kann; dann
bewegt sich der Hilfskolben G vorwärts, indem er die
verbrannten Gase vor sich her zum Auspuff H
heraustreibt, während er hinter sich eine neue Ladung des Explosionsgemenges in den
Cylinder – durch das Luft- und Gaseinlassventil J –
ansaugt. Die beiden Kolben kehren nun, indem sie einander beliebig nahe bleiben,
ohne sich jedoch zu berühren, zur Ausgangsstellung zurück, wobei die Ladung hinter
dem Hilfskolben G und zwischen diesem und dem
Cylinderdeckel K verdichtet wird. Das unter Feder- oder
Gewichtswirkung stehende Lufteinlassventil J schliesst
sich selbsthätig, sobald das Ansaugen der Ladung aufhört.
In dem Maasse, wie sich der Arbeitskolben dem Ende seines Einwärtshubes nähert,
entfernt sich der Hilfskolben von ihm, so zwar, dass beide Kolben ziemlich
gleichzeitig ihre Hubgrenze erreichen. Die verdichtete Ladung tritt durch das Ventil
L im Kolben G vor
denselben, je mehr sich der Zwischenraum zwischen diesem und dem Arbeitskolben
erweitert, und füllt genannten Zwischenraum aus.
Gerade bei seiner Hubgrenze legt der Kolben G den Kanal
G1 frei, der nach
dem rohrförmigen Glühzünder oder der Zündkammer G2 führt, so dass die unter Compression stehende
Ladung explodirt wird. Der Abstand des glühenden Theiles des Rohres G2 von dem
Explosionsgemisch ist so gewählt, dass ein genügender Verzug im Entzünden Platz
greift, um den Kolben G seinen Hub vollenden und ebenso
das Ventil L zur Ruhe kommen zu lassen, ehe die
Explosion stattfindet.
Unter Einwirkung der Explosion bewegt sich der Arbeitskolben vorwärts, und der ganze
Vorgang wiederholt sich in der beschriebenen Weise.
In der Stellung der Fig. 4 ist das
Verdichtungsspiel gerade abgeschlossen und die Kolben stehen für die Zündung bereit.
Bei Fig. 5 hat. sich der
Arbeitskolben A etwas vorbewegt, und der Arm D, sowie das Glied E an
der schwingenden Welle D1 nehmen eine Grenzstellung ein, welche der etwas vorgeschobenen Stellung
des Hilfskolbens G entspricht.
In Fig. 6 steht der
Arbeitskolben weiter nach vorn und im Begriff, den Auspuff zu eröffnen, während der
Arm D nebst Glied E seine
Stellung, wie ersichtlich, geändert hat und der Hilfskolben G bereit steht, seinen Hub zu beginnen. In Fig. 7 hat der
Arbeitskolben seine Hubgrenze erreicht und schon ein Stück seines Rückganges
zurückgelegt, so dass der Auspuff H gerade geschlossen
ist. Der Hilfskolben G hat zu dieser Zeit seinen Hub
vollendet, dabei die Auspuffgase ausgetrieben und eine frische Füllung durch das
Ventil J eingesogen. um nun gleichzeitig mit dem
Arbeitskolben zurückzugehen. Der Abstand der beiden Kolben kann auf eine beliebige
untere Grenze eingestellt werden und wird zweckmässig so klein, wie es die
constructive Ausführung gestattet, gewählt, damit die Auspuffgase so vollständig wie
möglich ausgetrieben werden.
Textabbildung Bd. 284, S. 89Gasmaschine von Clerk. Der Kolben G vollendet seinen Einwärtshub,
wenn das Glied E in solcher Lage ist, dass der
Mittelpunkt des Kniegelenkzapfens E2, derjenige des Querhauptzapfens F2 in einer Richtung
liegen (Fig. 4). Der Arm D und das Glied E sind ferner so gegen
einander versetzt, dass dieses Zusammenfallen in eine Richtung dann oder ziemlich zu
der Zeit stattfindet, wenn der Treibkolben A seinen
Einwärtshub vollendet hat; durch gehörige Abpassung der Längen der Theile D und E und ihrer
Stellungen an der schwingenden Welle D1 kann jede gewünschte Verzögerung in der Bewegung
des Kolbens G eingerichtet werden, so dass derselbe
sich nur ganz wenig verschiebt, während der Hauptkolben seinen Arbeitshub
ausführt.
Auf diese Weise erhalten die beiden Kolben die gewünschten Bewegungen, und alle die
Vorgänge des Ladungs-, Auspuff-, Verdichtungsspiels und der Zündung werden in einem
Cylinder so durchgeführt, dass je ein Bewegungsantrieb auf jede Umdrehung kommt.
Das für den Zutritt von Gas und Luft vorgesehene Ventil J kann wie das Ventil L am Hilfskolben in
bekannter Weise eingerichtet sein, und es kann auch erforderlichenfalls ein besonderes
Gaseinlassventil angebracht werden. Eine besondere Ladungszuführung durch seitliche,
mit Ventilen oder Schiebern eingerichtete Kanäle ist ebenso an Stelle der directen
Zuführung durch den Hilfskolben, welche vom Erfinder vorgezogen wird, anwendbar.
Der Explosionsvorgang bleibt auf den Raum zwischen den Kolben beschränkt; eine Anzahl
von geeigneten Ringen am Hilfskolben macht denselben fähig, den Explosionsdruck in
gleicher Weise wie der Arbeitskolben auszuhalten.
Die Gasmaschine von A. Bergl, H. Lentz, F. Czermak und
L. Streitmann in Wien (* D. R. P. Nr. 57677 vom 21.
December 1890) arbeitet im Zweitact.
Der Arbeitskolben wird in dem mit einem beiderseits offenen Führungscylinder
verbundenen, gegen Wärmeausstrahlung geschützten Arbeitscylinder hin und her bewegt
und überträgt die Bewegung mittels einer elastischen Pleuelstange auf eine auf der
Schwungradwelle sitzende unrunde oder excentrische Scheibe; dieser Arbeitscylinder
ist mit einem besonderen Explosionsraum verbunden und mit einem Auspuffventil
versehen, welch letzteres im geeigneten Zeitpunkt von der den Kolben bewegenden
unrunden Scheibe geöffnet wird.
Fig. 8 ist ein
Längsschnitt der Maschine.
Auf dem Bett der Maschine ist ein Gehäuse A montirt,
welches mit dem Lager für die Schwungradwelle a und dem
beiderseits offenen Führungscylinder B aus einem Stück
hergestellt ist. Der letztere ist so angeordnet, dass er möglichst mit der
Aussenluft in Berührung steht, um eine rasche und vollkommene Ausstrahlung der etwa
aufgenommenen Wärme zu ermöglichen.
Mit dem Cylinder B ist der Arbeitscylinder C verbunden, dessen Länge gleich ist einem Kolbenhub
und dessen innerer Durchmesser etwas grösser ist als der des Führungscylinders. An
der Verbindungsstelle der beiden Cylinder ist eine Isolirschicht, bestehend aus auf
einander folgenden schlechten und guten Wärmeleitern cdc, eingelagert; durch welche die Fortpflanzung der in den Wandungen des
Arbeitscylinders sich ansammelnden Wärme auf den Führungscylinder B hintangehalten wird.
Mit dem Arbeitscylinder ist durch einen Kanal f ein
besonderer Explosionsraum D in Verbindung gebracht, in
welchen die mit Luft gemischten Betriebsgase durch einen Gasventilkopf F einströmen und durch eine geeignete Zündvorrichtung
E zur Explosion gebracht werden.
Der Gasventilkopf enthält (Fig. 8a) ein leichtes Luftventil g, ein
durch eine Schraubenfeder h auf seine Sitze
niedergedrückt erhaltenes Doppelsitzventil i für die
Mischung von Gas und Luft und ein Einlassventil k.
Eine andere Form des Gasventilkopfes zeigt Fig. 8, bei welcher das
Doppelsitzventil i1
gleichzeitig Einströmventil ist.
Die Zündvorrichtung kann aus einer Gasflamme (Bunsenbrenner) bestehen, welche durch
den Zündkanal l in den Explosionsraum hineinschlägt,
doch kann eine elektrische Reibungs- oder Percussionszündung verwendet werden.
In den beiden mit einander in vorbeschriebener Weise verbundenen Cylindern B und C bewegt sich der
zwecks leichterer Abkühlung rohrförmig gestaltete Kolben G, dessen in den Arbeitscylinder C
hineinragender Kopf m durch eine Wärme schlecht
leitende Schicht n vom Kolben isolirt ist, um die
Uebertragung der in dem Arbeitscylinder herrschenden Temperatur auf den Kolben
zu verhindern. Mit dem letzteren ist eine Pleuelstange H gelenkig verbunden, in der eine Volutfeder o angeordnet ist, um den bei jeder Explosion plötzlich auftretenden Stoss
als gleichmässigen Druck auf die Schwungradwelle a zu
übertragen. Zu dem Zwecke ist der in einer rahmenartigen Führung der Pleuelstange
verschiebbare und durch die Volutfedern bewegte Kurbelzapfen p in einer auf der Welle a aufgekeilten,
excentrisch abgedrehten oder unrunden Scheibe I
befestigt, welche gleichzeitig im geeigneten Zeitpunkt auf einen Hebel K einwirkt, durch welchen das Gasauspuffventil L gesteuert wird. M ist
das Schwungrad der Gasmaschine.
Textabbildung Bd. 284, S. 90Gasmaschine von Bergl und Consorten. Um die Maschine in Gang zu setzen, wird die Zündvorrichtung E (in diesem Falle der Bunsenbrenner) und der
Gasventilkopf F mit einer Gasleitung verbunden, das aus
dem Brenner strömende Gas entzündet, hierauf die Gasleitung zum Ventilkopf geöffnet
und das Schwungrad M in der Richtung des Pfeiles in
rasche Umdrehung versetzt, bis die erste Explosion stattfindet.
Bei der Drehung des Schwungrades bewegt sich der Kolben G nach auswärts, und es entsteht, da das Doppelsitzventil i1,
Fig. 8, bezieh. i, Fig. 8a, durch die
Spannung der Feder geschlossen gehalten wird, hinter dem Kolbenkopf m im Arbeitscylinder C ein
Vacuum. Dieses Vacuum wird in Folge der Weiterbewegung des Kolbens so gross, dass
der Gas- und Atmosphärendruck im Ventilkopf die Spannung der Feder überwindet. Das
Ventil i bezieh. i1 wird in Folge dessen plötzlich geöffnet und das
Gas- und Luftgemisch tritt rasch in den Explosionsraum D, worauf, da hierdurch der Aussendruck auf das Doppelsitzventil
vermindert und geringer wird als die Spannung der Feder h, diese das Ventil sofort wieder schliesst.
In Folge des Vacuums wird die Flamme durch den Zündkanal l eingesogen und bringt das Gasgemisch zur Explosion, wodurch ein
plötzlicher Stoss auf den Kolben ausgeübt und der Kolben weiter nach auswärts
getrieben wird. Hierbei wird dieser plötzliche Stoss zunächst von der in der
Pleuelstange gelagerten Volutfeder o aufgenommen und
als gleichmässiger Druck auf die unrunde Scheibe I übertragen,
welche auf diese Weise die Welle a sammt dem Schwungrad
in gleichmässige Umdrehung versetzt.
Ist der Arbeitskolben in seiner äussersten Stellung angelangt, so drückt die unrunde
Scheibe I den Hebel K nach
abwärts und öffnet dadurch das Gasauspuffventil L, so
dass die ausgenutzten Verbrennungsgase beim Rückgang des Kolbens entweichen können;
bei jeder Umdrehung des Schwungrades wiederholt sich der beschriebene Vorgang.
Durch die beschriebene Herstellung eines Vacuums und das dadurch erfolgende
plötzliche Eintreten des Gasgemenges wird ein inniges Mischen von Gas und Luft
behufs besserer Explosionsfähigkeit bewirkt.
Die Gasmaschine von W. H. Green in London (* D. R. P.
Nr. 57814 vom 9. Juli 1890) soll zur Leistung geringer Arbeit, etwa als
Modellmaschine, Benutzung finden; es ist deshalb mehr auf äusserste Einfachheit der
Ausführung als auf zweckmässige Gasausnutzung Rücksicht genommen (Fig. 9 bis 11).
Textabbildung Bd. 284, S. 91Gasmaschine von Green. In dem Cylinder A, welcher an seinem unteren
Ende eine Luftkammer enthält, bewegt sich der Kolben B,
der unter Vermittelung der Pleuelstange C auf den
Kugelzapfen D der Antriebswelle E eingreift. F ist das den Abwärtsgang des
Kolbens vermittelnde Schwungrad. Der Gasschieber H und
der Luftsteuerkolben P werden gemeinschaftlich von der
Stange G aus bethätigt, welche ihren Antrieb von einer
Kurbelscheibe der Schwungradwelle empfängt. J ist der
Kanal, durch welchen das Gas- und Luftgemisch in den Cylinder A eintritt und die Explosionsproducte aus dem Cylinder
heraustreten. Der Kanal J steht einestheils mit dem
Kanal I des Schieberspiegels, andererseits durch Kanal
R mit dem Gehäuse O
des Luftkolbens P in Verbindung. Q ist der Auslass für die Verbrennungsproducte. Die
Entzündung des Gases in dem Zündkanal I erfolgt mittels
der wagerechten Speiseflamme L, welche durch eine
Leitung mit Gas gespeist wird und durch eine nach oben schlagende kräftige Flamme
L3, welche in den Schornstein L5 hineinschlägt, erhalten wird. Das zum
Speisen der Maschine dienende Gas gelangt in das Gehäuse des Gasschiebers H und wird hinsichtlich seiner Menge entsprechend der
Umdrehungszahl der Gasmaschine durch einen Centrifugalregulator geregelt. Der
Gasschieber enthält zwei Bohrungen, eine weitere und höher liegende, rechtwinklig im
Schieber H abgebogene H2, durch welche das Gas aus dem Schiebergehäuse H3 in den Gaskanal
J überführt wird, sowie eine darunter liegende
engere Bohrung H1, durch welche das Gas mittels der Flamme L entzündet wird. Der Zündkanal J ist an seinem inneren, dem Kanal 1
zugekehrten Ende durch ein nach innen schlagendes Kugelventil K bedeckt, welches den Kanal I bei der Rückwirkung der Explosion abschliesst. Der Luftsteuerkolben P ist in seinem Innern hohl, hat eine seitliche, dem
Kanal R zugekehrte Oeffnung, ferner an seinem oberen
hohlen Ende eine Anzahl kleinerer Bohrungen, welche durch seinen Hohlraum mit der
Oeffnung communiciren. An seinem unteren Ende ist der Luftsteuerkolben P abgeschlossen, so dass eine Verbindung zwischen Kanal
R und dem Auslass Q
nur dann stattfindet, wenn der Luftsteuerkolben P bis
zu dem Rande des höher gelegenen Kanals R gehoben ist.
Der Gasschieber H und der Luftsteuerkolben P werden mit gleichmässigem Hube von der Excenterstange
G aus angetrieben; diese beiden Steuerorgane haben
eine Nacheilung von ungefähr 35 bis 40° gegen den Arbeitskolben.
(Fortsetzung folgt.)