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Großgasmaschine mit Verdampfung des Kühlmantelwassers. Es ist bekannt,
daß man in den Zylinderkühlmänteln der Verbrennungskraftmaschinen Dampf von mäßiger
Spannung erzeugen kann, der zu Koch- oder Heizzwecken technisch weiter verwertbar
ist. Es kann dieser niedrig gespannte Dampf wegen des geringen Wärmeinhalts jedoch
nur gering bewertet werden, besonders wenn es sich um Verwendung die-.,es Dampfes
in Kraftmaschiren handelt, wie das am häufigsten der Fall ist. Die Erzeugung
voll Dampf höherer Spannung in den Kühlmänteln bringt dagegen Schwierigkeiten
mit sich, die in der Gegensätzlichkeit der Bedingungen für den Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine
und den Bedingungen für flie Erzeugung vo_i Dampf höherer Spannung liegen. Eine
der Voraussetzungen für einwandfreien Betrieb von Verbrennungsmaschinen ist die
Vermeidung zu hoher Temperatur der den Verbrennungsraum umschließenden Wandungen
und der Gleitbahn, aus Gründen, die hier später noch angegeben werden. Anclerseits
sind für die Erzeugung von Hochdruckdampf im Kühlmantel Temperaturen nötig, die
die Wandungen stärker erhitzen, als für einen einwandfreien Betrieb der Verbrennungsmaschinen,
besonders der Gasmaschinen, noch zulässig sind. Wenn auch die dem Verbrennungsvorgang
ausgesetzten Maschinenteile die Temperaturen vertragen können, wie sie für die Gewinnung
von Dampf höherer Spannung nötig sind, so treten doch eine Reihe von Schwierigkeiten
auf: z. Bei den hohen Wandtemperaturen destilliert ein Teil des Schmieröles für
dieZylinderlaufbahn, während der Rückstand Pasten und Krusten bildet, die den Verschleiß
begünstigen, z. B. dadurch, daß die Kolbenringe unbeweglich werden (festbrennen).
-Zur Vermeidung von Vorzündungen müssen an das Schmieröl schon bei gewöhnlicher
und ausreichender Kaltwasserkühlung besondere Bedingungen gestellt werden (z. B.
untere Grenze für Flammpunkt und Zündpunkt,
Forderung, daß das Ü1
ohne wesentlichen Rückstand verbrennbar sei usw.). Der Flammpunkt der zu einigermaßen
annehmbaren Preisen erhältlichen Ciasmaschinenzylirideröle liegt in der Regel zwischen
170 und 200-. Schon bei gewöhnlicher Betriebsweise der Großgasinaschiiien
mit Kaltwasserkühlung hat die Laufnäche im Zylinder stellenweise eine Temperatur
von i4o° und mehr. Bei Heißkühlung zur Gewinnung von Niederdruckdampf steigt dieWandungstemperatur
auf der Innenseite schon so hoch, daß der Flammpunkt mancher der gebräuchlichen
üle erreicht wird. Bei (jewinnung von riochdruckdatripf wird nun die Temperatur
der i ylinderlaufbahn noch hoher, so daß das L)1 bereits unmittelbar beim Aufbringen
auf die heiße Gleitfläche zum Teil verdampft und damit der Schmierung verlorengent.
Das bedingt vermehre Zuführung von Schmieröl, also auch vermehrte Rückstände. Auch
der übrige Teil wird sehr schnell verbraucht, weil das infolge der hohenWandungsterriperatur
verdampfende 01 sich beim Explosionshub entzündet und auch nach dem Auspuffhub
weiterbrennt. Die bisher erhältlichen Öle haben also einen für diese erschwerten
Verhältnisse beiHochdruckdainpfgewinnung zu niedrig liegendenFlammpunkt.
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2. Die Zuführung des Zylinderöles erfolgt allgemein notwendigerweise
durch Rohre, die durch den Kühlraum des "Zylinders laufen. Wenn im Kühlraum Dampf
erzeugt wird, noch mehr, wenn Hochdruckdampf erzeugt wird, bekommt das ü1 schon
in der Zuleitung, also schon vor dem Austritt zur Zylindergleitbahn, eine Temperatur,
bei der Verdampfung eintritt. Dadurch wird der Schmierölverbrauch ebenfalls ungünstig
beeinflußt; auch ist die Gefahr, daß die Schmierölleitungen sich verstopfen, wesentlich
erhöht.
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3. Besonders nachteilig ist der Umstand, daß bei zu heißen Zylinderwandungen
Rückstände der Verbrennung, seien es Vermengungen von Gasverunreinigungen mit Schmierölkrusten,
seien es koksähnliche Teerrückstände, ins Glühen geraten und nicht bis zum Ende
des Auspuffhubes auslöschen, sondern während des Ansaugehubs das Gemisch entzünden.
Durch diese Frühzündungen kann ein einigermaßen brauchbarer Betrieb vereitelt werden.
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q.. Je heißer die Zylinderwandungen sind, um so mehr wärmt sich das
in dieZylinder eintretende, frisch angesaugte Gasluftgemisch an, und um so geringer
wird das bei jedem Ansaugehub den Zylinder füllende Gewicht des Gemisches. Die Leistung
einer mit heißen Wandungen arbeitenden Maschine wird daher, bezogen auf einen Liter
Zylinderinhalt, geringer sein als die normaler Motoren. 5. Die Verwendung wasserstoffreicher
Gasgemische bietet schon bei bisheriger Betriebsweise manche, wenn auch überwindbare
Schwierigkeiten. Diese werden erhöht, wenn mit heißen Wandungen gearbeitet werden
muß, bei denen selbst der Betrieb finit weniger empfindlichen Gasen nicht mehr einwandfrei
gelingt.
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Die Erkenntnis der wesentlich höheren Wirtschaftlichkeit bei Gewinnung
von Dampf von höherer Spannung in den Kühlmänteln von Gasmaschinen hat schon früher
zu Versuchen gereizt. Man hat aber die Schwierigkeiten, die im vorstehenden erwähnt
sind, nicht richtig und nicht genügend erkannt; denn man glaubte durch Maßnahmen
zum ungehinderten Auftrieb der e.:tstehenden Gasblasen der Schwierigkeiten Herr
zu werde.i und beschränkte sich bei diesen Bestrebungen auf die einfachen Verhältnisse,
nämlich auf stehende Zylinder, bei denen der Dampf auf geradem Wege von unten nach
oben steigen kann und ein Ansetzen von Dampfblasen an gewissen Stellen der zu kühlendenWände
und damit ein Überhitzen derselben vermieden wird. Es mußten aber, um dies zu erreichen,
besondere Vorrichtungen (Fallrohre, Einsatzrohre, Trichter) vorgesehen werden, um
den Wasserzugang und den Dampfabzug möglich zu machen und zu fördern. Ein Erfolg
derartiger Einrichtungen ist aber in der Praxis nicht bekannt geworden. Die stehende
Zylinderanordnung beschränkt sich überdies aui verhältnismäßig kleine Leistungen,
so daß auch hier die Wärmeerzeugung und damit Dampferzeugung sehr gering war und
wirtschaftlich nicht ins Gewicht fiel. Für die GrG:sgasr@aschinen und andere Großv
erbrennungsmaschinen aber, bei denen die Dampfgewinnung aus den Kühlmänteln in solchen
Mengen möglich ist, daß sich daraus eine große Wirtschaftlichkeit ergibt, ist dieses
Verfahren, auch wenn es bei stehenden Zylindern brauchbar wäre, nicht anwendbar,
denn die Großgasniaschinen besitzen durchweg liegende Zylinderanordnung. Die vorerwähnte,
schon früher bekannte Vorrichtung käme also auch dann nicht in Betracht, wenn sie
bei stehenden Zylindern den gewünschten Erfolg brächte, was aber nicht der Fall
ist.
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Gemäß der Erfindung werden nun die vorerwähnten Schwierigkeiten der
Aufgabe dadurch gelöst, daß r. die Zuführung des Schmieröles durch den zweckmäßigerweise
gekühlten Kolben und 2. die Spülu,-:g des Zylinders mit kalter Luft oder kalten
werten Gasen erfolgt.
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Die Zuführung des Schmieröles für die Zylinderlauffläche erfolgt demgemäß
durch die Kolbenstange und den Kolben hindurch, so daß das ü1, bevor es seine schmierende
Tätigkeif
zwischen den Kolbenringen und der Lauffläche ausübt,
innerhalb des durch die Kolbenringe geschützten Umfanges ausiritt und durch die
Kolbenringe vor brennenden Gasen oder heißen Verbrennungswänden geschützt wird.
Zu diesem Zweck kann nun der Kolben und die hohle Kolbenstange vollständig mit öl
gefüllt «-erden oder al:er in dein mit Wasser oder Öl gekühlten Kolben eine gesonderte
Ölleitung, die das 0I der Zylinderlauftläche zuführt, angeordnet sein. Besonders
bei der letztgenannten Anordnung wird das Öl auf seinem allerdings ungewöhnlichen
Weg durch den gekühlten Kolbe.i kühl gehalten und solange es sich innerhalb der
durch die Kolbenringe gebildeten Dich-Lungstläche befindet, durch die kühlen Kolbenwände
vor Erwärmung geschützt. Diese Art der Schmierölzuführung ermöglicht also, das
01 sehr kühl an seine @ erwendungsstelle zu führen und es noch nach seiner
Berührung mit der Zylinderlaufbahn ziemlich kühl zu halten.
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Da die Kühlräume des Kolbens und der Kolbenstange für die Anwendung
der Verdanipfungskühlung schlecht geeignet sind, weil die Abführung des Dampfes
aus dem Kolben Schwierigkeiten bereitet, kann die Temperatur des Kühlwassers in
dein Kolben und rlen Kolbenstangen zum wirksamen Kühlei des Öles beliebig niedrig
gehalten werden. Die Austrittsstellen des Ules sind, wie oben erwähnt, zwischen
den Kolbenringen angebracht, so daß das 0I möglichst lange geschutzt ist.
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Die Zumessung des der Lauffläche zugeführten ules kann z. B. durch
ein im Kolben eingebautes \ entil, das durch das Beharrungsverwogen eines Pendels
im Augenblick der Koibenumkehr bewegt wird, geschehen. Die Bemessung der Ünnenge
erfolgt durch die bekannte Regelung des .Druckes. Bei Zuführung des achmieröles
in einer besonderen Leitung durch den Kühlraum der Kolbenstange., und Kolben kann
diese Schmierölleitung durch Gelenk- oder Posaunenrohre bekannter Art mit einer
feststehenden Leitung und einer Schmierölpresse in 'v erbindung gebracht sein.
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Die Kühihaltung des bei jedem Hub angesaugten Gas- und Luftgemisches
und das Löschen etwa lühend gewordener Verbren-:Z nungsrückstände wird dadurch erzielt,
daß gegen Ende des Auspuffhubes und zu Beginn des Ansaughubes möglichst kalte Luft
oder inerte Gase unter tiberdruck durch den Zylinder und das zu diesem Zeitpunkt
noch etwas geöffnete Auslaßventil geblasen werden.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine bauliche Lösung der Schmierölzuführung
durch den gekühlten Kolben in drei Abbildungen. Hierin zeigt zunächst Abb. i; wie
aus einem mit U1 gefüllten Kolben ein geringer Teil des Öles zeitweise der Kolbenlauffläche
zugeführt wird. Auf der Kolbenstange a. ist mittel eines Kegels und einer Mutter
in üblicher Weise der einteilige Kolben b aufgesetzt. Die hohl gebohrte Kolbenstange
ist in der Mitte durch ein Einsatzstück c versperrt, so daß die eine Seite der Bohrung,
z. B. in der Zeichnung die rechte, zum Zuführen des Öles dienen kann, während die
linke zur Abführung desselben benutzt wird.
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In dem mittels Schraubengewinde befestigten Einsatz d ist ein Ventil
e angeordnet, dessen Führungskolben f unten eine Rolleg trägt. Diese Rolle legt
sich gegen den gabelförmig ausgebildeten Teil eines Pendels 1a, das um den Bolzen
i schwingen kann. Der gabelförmige Teil des Pendels ist derart ausgebildet, daß
das Ventil e in der Ruhelage des Pendels geschlossen ist, daß es sich aber anderseits
öffnet, während das Pendel ausschlägt. Dieser Ausschlag wird durch die Bewegung
des Kolbens hervorgerufen, da die schwere Masse des Pendels dem Hin- und Hergang
des Kolbens nicht so schnell folgen kann und hierbei sowie insbesondere bei der
Hubuinkehr in Bewegungsrichtung ausschlägt. Durch entsprechende Begrenzung des Pendelausschlages
und Bemessung der VenLilanhebevorrichtung läßt sich erreichen, daß das Öl aus dein
Innern des Kolbe:is durch das Ventil bei einer bestimmten Kolbenstellung für eine
gewisse Zeitdauer, die durch die Einstellung beeinflußt werden kann, nach der Gleitbahn
austritt.
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Abb.2 zeigt die Anordnung eines wassergekühlten Kolbens mit einer
besonderen Ölzuleitung innerhalb des Wasserraumes.
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Der Aufbau des Kolbens h auf der Kolbenstange l ist im wesentlichen
ähnlich wie vorhin, ebenso die Zu- und Abführung des Kühlmittels in das Kolbeninnere
und aus demselben. Zur Zuführung-des Schmieröles dient die Leitung nt., die an dein
Rohr ii., welches das Einsatzstück o trägt, befestigt ist und mit diesem in die
Kolbenstange ein- und aus ihr ausgebaut wird. Zur Aufnahme des Ölsteuerungsapparates
ist im Kolben der Raum p ausgespart, von dem aus eine Bohrung mit einem zur allseitigen
Abdichtung eingesetzten Stutzen q zu der Ölleitung in führt. Die erwähnte
ölsteuervorrichtung r ist hier in Ansicht dargestellt; sie ist in ihrer inneren
Bauart genau so durchgebildet, wie dieses in Abb. i an dein Gehäuse d finit dem
Ventil c und dein Pendel h gezeigt «-erde. Die Wirkungsweise ist leicht zu übersehen.
Die Ölzumessung kann, wie oben erwähnt, in Abhängigkeit von der Wirkung des Steuerpendels,
das beim Hin- und Hergang des Kolbens Ausschläge macht, geschehen, und das zugeführte
Öl
gelangt in der zur Schmierung nötigen Menge in kühlem Zustande an die zu schmierende
Kolbenlauffläche.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Pendelvorrichtung so auszubilden,
daß dieselbe nur beim Ausschlag des Pendels nach einer Richtung den Öldurchtritt
ermöglicht.
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In Abb. 3 ist gezeigt, wie das Pendel gleichzeitig mit einer Zumeßv
orrichtung für eine bestimmte ülmenge verbunden werden kann, und zwar ist in derselben
eine besondere Bauform des in Abb.2 mit r bezeichneten Einsatzes dargestellt.
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Das den Ölaustritt ermöglichende Ventil s ist hier als einfaches Rückschlagventil
ausgebildet, das nur während der Förderzeit den Durchgang freigibt. In der Bohrung
t ist der kleine Pumpenkolben u mit dem Druckventil v untergebracht, der von einem
Pendel w betätigt wird.
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Die Wirkungsweise dieser kleinen Pumpe ist die folgende: Sobald unter
der Wirkung der beschleunigten Kolbenbewegung das Pendel nach links in die gestrichelte
Lage ausschlägt, wird der Kolben u nach oben bewegt. Hierdurch wird das in dem Raum
oberhalb des Kolbens angesammelte Öl unter Druck gesetzt und durch das Ventils hindurch
an die Kolbengleitbahn gedrückt. Beim Rückgang des Pendels w wird sich der Raum
oberhalb des Kolbens unter dem Einfluß des unter Druck stehenden, den ganzen Einsatz
umgehenden (51s. wieder mit solchem füllen, so daß beim nächsten Pendelausschlage
wieder eine gewisse Menge Öl zum Zwecke der Schmierung nach außen gedrückt wird.
Die 01-menge läßt sich durch Veränderung des Ausschlages des Pendels leicht verändern.
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Wie schon vorher kurz erwähnt, kann bei der gesonderten Schmierölzuleitung
durch die Kolbenstange m, o, q der Abb. 2 diese durch Gelenkrohre oder Posaunenrohre
bekannter Art mit einer feststehenden Leitung verbunden werden, in die eine der
bekannten Schmierölpressen die erforderliche Schmierölmenge preßt. In diesem Falle
tritt an Stelle der Teile p und r der Abb. 2 nur eine enge Leitung, die entweder
offen oder mit einem Rückschlagventil am Kolbenumfang nach der Lauffläche mündet.
Es ist aber auf die gleiche Art auch möglich, mehrere solche Schmierrohre an verschiedenen
Stellen des Kolbenumfanges ausmünden zu lassen.
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Bezüglich des Einblasens von Gasen oder Luft zum Zwecke des Löschens
etwa glühend gewordener Verbrennungsrückstände sei darauf hingewiesen, daß hierzu
die im Verbrennungskraftmaschinenbau allgemein bekannten Mittel der Zuführung von
Luft in den Verbrennungsraum verwendet werden können; so z. B. lassen sich die bekannten
Vorrichtungen, mit denen ein Spülen und Aufladen des Zylinders bewirkt wird, ohne
wesentliche Abänderung benutzen. Auch kann man Vorrichtungen ähnlich denen, die
Druckluft zum Zwecke des Ingangsetzens der Maschine in den Zylinder blasen, hierzu
verwenden.
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Benutzbar ist jedes Organ, durch welches in Abhängigkeit von einer
Steuerwelle zu bestimmten Zeiten, d. h. am Ende des Auspuff-und zu Beginn des Ansaughubes,
der Eintritt der zum Abkühlen und Löschen dienenden Gase ermöglicht wird.
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Bisher ist man, weil man nicht erkannt hat, daß die hier beschriebenen
Mittel oder deren Vereinigung notwendig sind, wenn man unmittelbar aus dem Kühlwasser
von Großgasmaschinen hochgespannten Dampf gewinnen will, nur bis zu Dampfdrücken
wenig über i Atm. bei der unmittelbaren Dampfgewinnung aus dem Kühlwasser gekommen.
Wie schon erwähnt, hat dieser Dampf nicht den Wert und nicht die umfangreiche Verwendungsfähigkeit
wie hochgespannter Dampf.