DE37428C - Reaktionsrad - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Reaktionsrad.

Die neue Rotationsmaschine ist dadurch charakterisirt, dafs das aus Dampf, Luft oder irgend einem anderen Gase bestehende Trieb-mittel einen unmittelbaren Druck auf die Schaufeln eines Rades ausübt, welches in einer Flüssigkeit rotirt, die sich in einem mit der Atmosphäre oder einem Condensator in Verbindung stehenden Behälter befindet. Der Dampf oder dergleichen kann entweder während der ganzen Umdrehung des Rades oder nur während eines Theiles derselben auf das Rad treibend einwirken. In beiden Fällen jedoch ist die Expansion des treibenden Gases, Dampfes u. s. w. durch den Widerstand der das rotirende Rad einschliefsenden Flüssigkeit verhindert.

Besteht das treibende Mittel aus Dampf und die Flüssigkeit, in welcher das Rad rotirt, aus Wasser, so wird bei normalem Gänge der Maschine die Temperatur dieses Wassers der Verdampfungstemperatur unter dem Druck der Atmosphäre entsprechen. Wenn der Wasserbehälter mit der Atmosphäre in unmittelbarer Verbindung steht, so wird der sich auf der Oberfläche des Wassers bildende Dampf, dessen Menge wegen der in der Maschine stattfindenden Wärmeverluste nur einen Theil derjenigen Dampfmenge bildet, welche auf die Schaufeln gedrückt hat und in dem das rotirende Rad umgebenden Wasser condensirt worden ist, unmittelbar in die Atmosphäre entweichen. Wenn dagegen der Wasserbehälter einen Theil eines Condensators bildet oder mit einem besonderen Condensator in Verbindung steht, so wird sich nothwendigerweise der Dampf, welcher auf das Rad treibend eingewirkt hat, bei der im Condensator herrschenden Temperatur niederschlagen.

Wendet man comprimirte Luft als treibendes Mittel an, so bleibt der Wasser oder OeI enthaltende Behälter in directer Communication mit der Atmosphäre. Wenn der Druck der Luft durch Erhitzen in geschlossenem Räume hervorgebracht wird, so ist es vortheilhaft, OeI als Flüssigkeit in dem Behälter anzuwenden, weil die brennbaren Dämpfe desselben zur Heizung oder Beleuchtung benutzt werden können.

Wird irgend ein nicht brennbares Gas benutzt, so läfst man dasselbe, nachdem es durch die Flüssigkeit des Behälters gedrungen, in die Atmosphäre entweichen, im Falle man dasselbe nicht anderweitig nutzbar machen kann.

Wenn hingegen das treibende Gas brennbar ist, so kann man als Flüssigkeit im Behälter Wasser oder OeI benutzen, um die Ausströmungsgeschwindigkeit desselben am Umfange des Schaufelrades aufzuheben. Das nach seiner motorischen Wirkung in den Behälter entweichende ausgedehnte Gas kann aufgefangen oder unmittelbar als Heizungs- oder Beleuchtungsmaterial verbraucht werden.

Mehrere dieser rotirenden Kraftmaschinen können zusammengekuppelt als Motor dienen, dessen Bewegungsrichtung sich während des Ganges umsteuern läfst. Man kann den neuen Motor an Stelle der bis jetzt in der Industrie angewendeten und bekannten Kraftmaschinen

gebrauchen, namentlich aber da, wo es sich um sehr rasch rotirende Kraftmaschinen handelt, wie z. B. für die Erzeugung von Elektricität. Auch für Maschinen mit Umsteuerung der Bewegung, wie z. B. für den Betrieb von Schiffen, Lokomotiven, Lokomobilen und für Luftschifffahrt, eignet sich die neue rotirende Kraftmaschine; auch kann dieselbe als Ersatz für eine der bekannten feststehenden Kraftmaschinen dienen.

Die verschiedenen Constructionsarten der neuen rotirenden Kraftmaschine sind auf beiliegenden Zeichnungen, Fig. ι bis 19, dargestellt.

In Fig. ι, 2 und 3 ist die Maschine in möglichst einfacher Gestalt im Vertical- und Horizontalschnitt dargestellt.

A ist das die Flüssigkeit enthaltende Reservoir, welches luftdicht abgeschlossen sein kann oder nicht und vermittelst der Oeffnung B in directer Communication mit der Atmosphäre oder mit einem Condensator steht. Dasselbe ist aufserdem noch mit einer Einströmungsöffnung C für die Flüssigkeit versehen, deren Niveau in dem Reservoir A regulirt werden mufs, wenn der Motor gut arbeiten soll. Wenn die Oeffnung B direct mit der Atmosphäre communicirt, kann die- überschüssige Flüssigkeit durch die kleine Oeffnung D, welche mit der Oeffnung B communicirt, austreten. C¹ ist eine Verschraubung behufs Entleerung und Reinigung des Reservoirs. E ist die Triebwelle, auf welcher ein Rotationsrad F festgekeilt ist, auf welchem die Hülse G lose sitzt. Dieselbe dreht sich mit dem Reaktionsrade, kann jedoch nach beiden Seiten durch die beiden mit Frictionsrollen versehenen Hebel H H¹, welche auf der Welle / montirt sind, verschoben werden. Die Drehung der letztgenannten Welle wird durch den Hebel J vermittelst Schraube und Handrades bewirkt. Durch die seitliche Verschiebung der Hülse G läfst sich während des Ganges der Maschine nach Belieben der Querschnitt der Oeffnungen des Reaktionsrades und infolge dessen auch die Leistung der Maschine verändern, oder die letztere durch den vollständigen Abschlufs dieser Oeffnungen ganz zum Stillstand bringen. Bei K wird das Einströmungsrohr für das den Motor treibende gespannte Gas oder dergleichen befestigt. Durch den Kanal L steht dies Rohr in directer Communication mit dem Innern des Reaktionsrades. Zu diesem Zweck ist ein besonderes Verbindungsrohr in die untere seitliche Oeffnung des Kanals eingesetzt, welches Rohr mit seinem Ende gegen die Radnabe angeprefst wird.

Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Maschine befindet sich am Reservoir A die Füllöffnung B sowie das Ausströmungsrohr C, welches mit einer Vorrichtung versehen ist, um das Mitreifsen von Flüssigkeit zu verhindern. Aufserdem ist ein Ventil D in dem Reservoir angebracht, welches in Verbindung mit dem Schwimmer E steht und dazu dient, die überschüssige Flüssigkeit aus dem Reservoir abzulassen. Eine am Boden des Reservoirs angebrachte Schraube dient zum Entleeren und Reinigen des Reservoirs. G ist die Triebwelle, auf welche entweder ein Reaktionsrad H, Fig. 4 und 5, oder ein Schaufelrad H¹, Fig. 6 und.7, aufgekeilt ist. Der innere Hohlraum der genannten Räder steht durch einen Kanal / in Verbindung mit dem Schieberkasten J, in welchem sich ein durch das Excenter L getriebener Schieber K bewegt. Der Stand des Schiebers kann auch während des Laufes der Maschine mit Hülfe des Handrades M verändert werden, so dafs die Einströmungsöffnung entweder beständig offen bleibt, oder, dem Grade der gewünschten Expansion entsprechend, theilweise geschlossen wird. Auch kann durch Verstellen' des Schiebers vermittelst des Handrades die Einströmungsöffnung geschlossen und die Maschine zum Stillstand gebracht werden. Vermittelst einer Hülse N steht der Kanal / an seinem unteren Ende mit dem Innern des Reaktionsrades in Verbindung, welche Hülse gegen die Radnabe geprefst wird.

Die in Fig. 8 bis 10 dargestellte Maschine ist mit einem Schwungkugelregulator I versehen, welcher nicht allein die seitliche Verschiebung der Hülse H auf dem Reaktionsrade G, sondern auch die Regulirung der Einströmung des treibenden Mittels durch die Klappe J bewirkt. Der Behälter A kann als Condensator dienen oder einen Theil eines solchen bilden, oder durch die Oeffnungen B oder C mit demselben in Verbindung stehen. Die Kaltwasserpumpe D und die Speisepumpe E werden durch Zahnräder von der Triebwelle aus in Bewegung gesetzt, während die rotirende Luftpumpe F direct auf dieser Welle montirt ist. K ist der Schieberkasten für die Vertheilung des treibenden Mittels. In demselben rotirt ein am Ende der Triebwelle M sitzender Kreisschieber mit vier Flügeln L, Fig. 11. Derselbe legt sich mit einem gewissen Druck gegen die Frictionsplatte N, in welcher sich eine Oeffnung in der Mitte und rings um dieselbe vier den Flügeln L entsprechende Oeffnungen befinden. Während einer_ Umdrehung des Rades werden mithin die vier seitlichen Einströmungsöffnungen zeitweise geschlossen. Auf der dem Kreisschieber entgegengesetzten Seite der Frictionsplatte N ist ein zweiter, mit der Hand durch eine Schraube verstellbarer Schieber O montirt, durch welchen das treibende Mittel abgesperrt werden kann, so dafs die Maschine mit Expan-, sion arbeitet. Vermittelst dieses letzteren Schiebers läfst sich nämlich die centrale Oeffnung der Platte N abschliefsen, in welchem Falle die Communication des treibenden Mittels mit dem

Innern des Rades G nur während einzelner Theile der Umdrehung stattfinden kann, nämlich dann, wenn die Oeffnungen der Platte nicht von den Flügeln L bedeckt sind. Die Triebwelle M ist hohl, wie aus Fig. 8 und 11 ersichtlich, so dafs der Dampf oder dergleichen durch dieselbe nach dem Innern des Rades gelangen kann.

Bei der in Fig. 12, 13 und 14 dargestellten Schiffsmaschine kann das Reservoir A entweder in Communication mit einem Condensator stehen oder nicht, oder kann selbst einen Theil eines Condensators bilden. Die zur Condensation nöthigen Theile sind auf der Zeichnung weggelassen, weil irgend ein bekanntes Condensationsverfahren angewendet werden kann. Am Ansatz B des Reservoirs wird das Ausströmun'gsrohr befestigt. Die Triebwelle C der Maschine ist gewöhnlich mit der das Schiff treibenden Schraubenwelle oder Schaufelradwelle gekuppelt; dieselhe kann aber auch durch Zahnradübersetzung mit irgend einer Transmissionswelle verbunden sein; auch kann die Kraftleistung von der Triebwelle C aus durch Riemscheiben vermittelst Riemen übertragen werden. Die beiden Reaktionsräder D und E sind so neben einander angeordnet, dafs die Ausströmungskanäle derselben für das treibende Mittel nach entgegengesetzten Richtungen gebogen sind. Das treibende Mittel strömt durch das Rohr F in die Maschine und gelangt zuerst in die obere Kammer des Hauptvertheilungsschieberkastens H und aus dieser durch den Kanal G, Fig. 12 und 14, in die untere Kammer dieses Kastens. Daselbst trifft es auf den Vertheilungsschieber, durch dessen vermittelst des Handrades / bewirkte Verschiebung eine der beiden Kammern des Kastens H geöffnet werden kann, so dafs sie mit dem einen oder dem anderen der beiden Reaktionsräder communicirt. Die obere Kammer des Hauptvertheilungsschieberkastens H ist ebenfalls mit einem zweifachen System von Einströmungsöffnungen für das treibende Mittel versehen, welche geöffnet oder geschlossen sein können, je nachdem man die Maschine vorwärts oder rückwärts gehen läfst.

Die Bewegung des Vertheilungsschiebers der oberen Kammer des Hauptvertheilungsschieberkastens H wird vermittelst des Hebels I bewirkt, welcher durch eine Schubstange mit dem Hebel K der Steuerwelle K¹ verbunden ist.' Der Hebel K wird vermittelst des Handrades L und der Schraube M verstellt. Die Verschiebung der Hülse O, die auf den Umfang der Reaktionsräder aufgepafst ist, wird vermittelst der beiden auf der Steuerwelle K¹ befestigten Hebelarme N und N¹ bewirkt. Dieselben sind am Ende mit Frictionsrolleri versehen, welche mit den Flantschen der Hülse O in Berührung sind, so dafs durch die Bewegung der Hebelarme die Oeffhung oder der Verschlufs der Arbeitskanäle eines der beiden Reaktionsräder verursacht wird. Von dem Hauptvertheilungsschieberkasten H strömt das treibende Mittel, je nachdem die Maschine vorwärts oder rückwärts läuft, durch die Kanäle P oder P¹ in die Schieberkasten Q. Q.¹, welche getrennt von einander auf beiden Seiten der Maschine angebracht sind. Jeder Kasten Q. Q.¹ ist mit einem Expansionsschieber R R¹ versehen, welcher durch eine excentrisch auf die Triebwelle C aufgekeilte Scheibe bewegt wird. In den Kasten Q. Q.¹ befinden sich auch noch zwei andere, von Hand zu verstellende Schieber S S¹, durch welche die Communication zwischen dem Innern des Reaktionsrades und den Kanälen PP¹ geöffnet wird, wenn die Maschine ohne Expansion oder mit vollem Dampfdruck arbeitet. Der Expansionsgrad kann während des Ganges der Maschine mit Hülfe der Vorrichtung T T¹ von Hand regulirt werden. Es geschieht dies durch Verstellung des einen oder anderen der Schieber RR¹, wodurch nach Belieben die Zeitdauer der Oeffnung für die Einströmung verändert wird. Die Schieber R R¹ können einzeln oder beide zusammen aufser Gang gesetzt werden, wenn das eine oder andere Reaktionsrad mit vollem Druck arbeiten soll, um die unnöthige Reibung der betreffenden Schieberfläche zu vermeiden. Es ist zu diesem Zwecke nur nöthig, den Kupplungskeil U oder U¹, welcher die Excenterstange mit dem Excenterring verbindet, herauszunehmen. Die Seiten der Reaktionsräder sind mit doppeltem Boden versehen, so dafs ein Hohlraum gebildet ist, welcher mit dem entsprechenden Schieberkasten communicirt, wodurch die Abkühlung des inneren Rades verhindert wird, falls überhitzter Dampf als Triebmittel benutzt wird. Diese doppelten Böden können übrigens vermittelst Ablafshähne, welche bei V und V¹, Fig. 12, angebracht werden, mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht werden.

Bei dem in Fig. 1 5 bis. 17 dargestellten Motor für Schnellzuglokomotiven ist das Reservoir A mit dem doppelten Ausströmungsrohr B B¹ und einem Wassereinlafsventil D, dessen Oeffnung durch den Schwimmer C regulirt wird, versehen. Hierdurch wird die durch das treibende Mittel mitgerissene Wassermenge selbstthätig ersetzt. E ist ein herausnehmbarer, zusammendrückbarer Versuchskolben, vermittelst dessen das Reservoir entleert und gereinigt wird. F und G sind die beiden aus einem Stück gemachten und durch eine Scheidewand von einander getrennten Reaktionsräder. Die Kammern F¹ G¹ eines jeden Rades dienen als Reservoir des treibenden Mittels und die Biegung der Arbeitskanäle der beiden Räder geht nach entgegengesetzten Richtungen. Der. auf

die Steuerwelle I wirkende Hebel H empfängt seine Bewegung von einer im Bereich des Lokomotivführers montirten Welle; auf der Steuerwelle sitzen mit Frictionsrollen versehene Arme zum Verschieben der concentrischen, die Ausströmungsöffnungen der Reaktionsräder regulirenden Hülse, sowie auch der Arm, welcher die in den Schieberkasten K und K¹ montirten Schieber J J^l bewegt. In diese Kasten K und K¹ strömt durch die Rohre LJL¹ das treibende Mittel, dessen Zugang zu den Reaktionsrädern durch die genannten Schieber regulirt wird. Die Kasten KK¹ stehen mit den Schiebergehäusen MM¹ in Verbindung, in welchen die von einer vorgelegten Welle O vermittelst excentrischer Scheiben bewegten Schieber JV N¹ montirt sind. Die vorgelegte Welle O wird direct von auf der Triebwelle sitzenden Seilrollen getrieben. Anstatt durch letztere kann die vorgelegte Welle auch auf andere Weise, z. B. durch Excenter, von der Triebwelle aus getrieben werden. Vermittelst der Handräder PP¹, zweier Schrauben und Schraubenräder und der Stellvorrichtung Q. oder Q¹ können die in den Gehäusen MM¹ befindlichen Schieber NN¹ verstellt und kann hierdurch der Expansionsgrad während des Ganges der Maschine beliebig verändert werden. Fig. 18 und 19 zeigen die Anwendung des Motors auf eine auf Bahnschienen oder Strafsen fahrbare Lastlokomotive. Das Reservoir dieser Maschine hat zwei Ausströmungsrohre B und C, sowie eine Ablafsöffnung D. Die Reaktionsräder E F haben Arbeitskanäle, welche in entgegengesetzter Richtung zum Umfang der Räder gebogen sind. Die Umsteuerwelle H ist durch den Hebelarm G, eine Gelenkstange und einen zweiten Hebel mit einer nach dem Bereich des Maschinenführers gehenden Welle verbunden. Auf der Steuerwelle H sitzen auch die beiden mit Frictionsrollen versehenen Arme II, durch welche die Hülse J seitwärts verschoben wird. Durch diese Verschiebung werden die Ausströmungsöffnungen am Umfange des einen oder des anderen Reaktionsrades geöffnet, je nachdem die Maschine vor- oder rückwärts läuft; gleichzeitig wird auch die Gröfse dieser Oeffnungen durch die Verschiebung regulirt. Die Schieber K und K^] empfangen ihre Bewegung direct durch einen zweiten Steuerhebel. Der rotirende Motor arbeitet ohne Expansion, und die Regulirung der Ausströmungsöffnungen der rechts und links liegenden Reaktionsräder ist unabhängig von der Bewegung der Vertheilungsschieber KK¹, welche nur als unbeweglich stehen bleibende Vertheiler für das treibende Mittel in das rechts oder links liegende Rad, je nach dem Gange der Maschine, dienen. Durch die Rohre MM¹ strömt das treibende Mittel in die Maschine. Diese Rohre sind ebenso wie die Rohre B in Stopfbuchsen verschiebbar, um eine Verticalbewegung des Dampfkessels oder Behälters für das treibende Mittel zuzulassen, ohne einen Verticaldruck auf das Wasserreservoir und die Triebwelle auszuüben. Die Triebachse N ruht in Zapfenlagern, welche in einem Stück mit den Zapfenlagern der Laufachse gemacht sind, so dafs der Abstand beider Achsen sich stets gleich bleibt. Es ist dies für den guten Gang der Maschine erforderlich, weil die Bewegung der Triebachse N durch Zahnräder auf eine der Laufachsen übertragen wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine rotirende Kraftmaschine, bei welcher der die treibende Kraft aufnehmende rotirende Theil in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, welche in einem entweder mit der Atmosphäre oder mit einem Condensator communicirenden Reservoir eingeschlossen ist, wobei die Höhe der eingeschlossenen Flüssigkeit über dem rotirenden Theil selbsttätig regulirt wird und welche auf folgende Arten construirt sein kann:

   a) mit einem Wasserreservoir A, in Verbindung mit der Atmosphäre oder einem Condensator stehend, einem Reaktionsrade F mit seitlich verschiebbarer, concentrischer, mit dem Rade rotirender Hülse G zum Verändern der Ausströmungsöffnungen des Rades, Fig. 1 bis 3;

   b) mit einem Wasserreservoir A und einem Reaktions- oder Schaufelrade H, dessen innerer Raum durch den Kanal / mit der Einströmungsöffnung für das treibende Mittel communicirt, deren Gröfse durch den Schieber K beliebig verändert werden kann, Fig. 4 Und 7;

   c) mit einem Reaktionsrade G, dessen concentrische Hülse H durch einen Schwungkugelregulator selbstthätig regulirt wird, und dessen Vertheilungsschieber aus einer rotirenden Scheibe mit vier Flügeln L am Ende der Welle M besteht, so dafs das treibende Mittel nicht während der ganzen Umdrehung in das Innere des Rades eingelassen wird, also durch Expansion arbeitet, sobald vermittelst des Schiebers O die centrale Communication des treibenden Mittels durch die Welle M geschlossen ist, Fig. 8 bis 11;

   d) für Schiffsmaschinen, Fig. 12 bis 14, mit doppeltem Reaktionsrade E D, mit fn entgegengesetzter Richtung gebogenen Arbeitskanälen für Vor- und Rückwärtsbewegung und einer concentrischen, verschiebbaren Hülse H zum Abstellen der Oeffnungen desjenigen Reaktionsrades, auf welches das treibende Mittel nicht wirken soll, und wobei jedes Rad mit einem doppelten Vertheilungsschieber versehen ist, so dafs die Maschine nach Belieben mit Expansion oder vollem Druck arbeiten kann;

   für Lokomotiven, Fig. 15 bis 17, mit zwei Reaktionsrädern F und G mit concentrischer Hülse H für Vor- und Rückwärtsbewegung und einer Schieberbewegung für Expansion für jedes Rad, wobei die Veränderung der Expansion von Hand durch Veränderung der Länge der Schieberstange vermittelst der Vorrichtung Q. Q.¹ bewirkt wird;

   f) für den Betrieb von Strafsenbahnen mit doppeltem Reaktionsrade EF, Fig. 18 und 19, bei welchem das treibende Mittel ohne Expansion wirkt und die Umkehrung der Bewegung durch eine verschiebbare, concentrische, mit dem Rade rotirende Hülse H erreicht und die Laufachse durch Zahnräder von der Triebwelle JV aus getrieben wird.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.