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kanäle 1 und 2 angegossen, welche zu dem cylindrischen Steuerkasten I führen, der durch das Rohr q vom Kessel aus mit Dampf [* 3] gespeist wird. In dem Steuerkasten befindet sich ein röhrenförmiger, hohler Schieber AB, welcher die Verteilung des Dampfes bewerkstelligt. Er besitzt nämlich zwei Vorsprünge A und B, welche die Öffnungen des Cylinders gerade vollständig bedecken können und bald über, bald unter denselben befindlich sind. Die Bewegung des Schiebers wird von außen durch eine damit in Verbindung stehende Stange vom Kopf z mittels des auf der Schwungradwelle sitzenden Exzentriks S, der Exzenterstange Sp, des (in der [* 1] Figur halb verdeckten) Winkelhebels po' und einer (in der [* 1] Figur unsichtbaren) nach z aufwärts führenden Stange geleitet.
In der [* 1] Figur geht eben der Dampfkolben nach oben; der Dampf, welcher im Steuerkasten die Schieberröhre von außen ganz umspült, strömt durch den Kanal [* 4] 2 fortwährend ein und drückt den Kolben aufwärts. Der Dampf über dem Kolben strömt oben in den Steuerkasten ein und durch den hohlen Schieber und das Rohr q' in den Kondensator [* 5] K, wo er durch das eingespritzte Wasser momentan verdichtet und dadurch fast vollständig aus dem obern Teil des Treibcylinders herausgezogen wird, so daß der Kolben durch den gegen seine untere Seite wirkenden Überdruck des Dampfes nach oben getrieben wird.
Ist der Kolben am Cylinderdeckel angelangt, so hat sich der Schieber aus seiner untersten Lage so weit nach oben bewegt, daß die Fläche A über der obern, B über der untern Einlaßöffnung des Cylinders steht, so daß jetzt der Kesseldampf in den obern Cylinderteil strömt und den Kolben niederdrückt, während zugleich der unterhalb des Kolbens in den Kondensator tretende Dampf sich verdichtet und ein Vakuum bildet. Ist der Kolben am untern Boden des Cylinders angelangt, so wechselt der Schieber abermals seine Stellung, so daß der Kolben wieder nach oben getrieben wird.
Das durch die Röhre C in den Kondensator infolge des äußern Luftdrucks eingespritzte Abkühlungswasser, dessen Zuflußmenge man durch einen Hahn [* 6] mittels der Kurbel [* 7] bei f reguliert, sowie die aus dem Wasser des Dampfkessels mit dem Dampf in den Kondensator gelangte Luft werden durch eine besondere Pumpe, [* 8] die Luftpumpe [* 9] L, fortgeschafft. Geht deren Kolben nach unten, so läßt er bei geschlossenen Ventilen D und E die in der Pumpe vorhandene Luft und das Wasser durch seine Ventile V und V' in den obern Pumpenteil treten, um sie beim nächsten Aufgang durch das sich öffnende Ventil [* 10] E hinauszubefördern und zugleich eine neue Portion von Luft und Wasser durch das Ventil D aus dem Kondensator aufzusaugen.
Aus E fließt ein Teil des Wassers und die eingeführte Luft durch einen besondern Kanal ab; ein andrer Teil des Wassers gelangt durch eine niedergehende Röhre in die Speisepumpe M, eine gewöhnliche Druckpumpe (s. Pumpe), welche das Wasser durch die Röhre F nach Bedarf in den Kessel zurückbeordert. Durch das Rohr GP tritt kaltes Wasser aus einem Brunnen [* 11] unter dem Einfluß des äußern Luftdrucks in das den Kondensator umgebende, vollständig abgeschlossene Gefäß. [* 12]
Der Antrieb der Luft- und Kaltwasserpumpe geschieht vom Balancier [* 13] abcde aus mittels der Stangen tu' und dd'. An dem Dampfkolben sitzt eine Stange (Kolbenstange), welche luftdicht durch die auf dem Cylinderdeckel befindliche Stopfbüchse [* 14] (s. d.) geht und durch die Stange s a mit dem Balancier abcde in Verbindung gesetzt ist. Die Stange sa bildet mit ab, bu und us zusammen das Wattsche Parallelogramm, [* 15] während cb, btu und ur die Wattschen Lemniskoidenlenker darstellen, Mechanismen, welche eine geradlinige Führung der Punkte t und s bezwecken (s. Geradführung). [* 16]
Bei l ist eine sogen. Kurbelstange (Bleuelstange) ex angebracht, welche die Kurbel (oder den Krummzapfen) OX bei X ergreift und um den Mittelpunkt herumdreht. Mit der Kurbel steht das Schwungrad durch die Schwungradwelle in Verbindung. Dasselbe überwindet, einmal in rotierender Bewegung, durch seine lebendige Kraft (oder Trägheit) die Totpunkte und gleicht überhaupt die bei der Übertragung der Bewegung auf die Kurbel stattfindenden Druckverschiedenheiten aus.
Um den
Gang
[* 17] der Dampfmaschine
[* 18] trotz eines veränderlichen
Widerstandes oder ungleichmäßiger Dampfproduktion möglichst gleichmäßig
zu machen, wie das zum Betrieb vieler Etablissements, z. B. von Spinnereien,
nötig ist, macht man die Zuströmung des
Dampfes automatisch veränderlich. Man bringt nämlich in der Dampfröhre vor ihrer
Einmündung in den Steuerkasten bei q eine
Klappe an, eine sogen.
Drosselklappe
[* 19] (ähnlich einer
Ofenklappe), welche je nach
ihrer
Stellung den
Querschnitt der Dampfröhre mehr oder weniger verengert.
Die Stellung dieser Klappe ist nun in folgender Weise von der Geschwindigkeit, mit der sich das Schwungrad dreht, abhängig gemacht. Von der Schwungradwelle geht eine endlose Schnur STR um ein Rad R und setzt dieses in Umdrehung. Dieses Rad greift vermittelst einer konischen Zahnung in ein konisches Rad der Welle NN ein. Es wird also auch diese Welle in eine entsprechende Umdrehung versetzt. An den Punkten g und g' sind die Zapfen [* 20] zweier Stangen gh und g'h', an deren Endpunkten zwei massive Kugeln l befestigt sind.
Bei der
Umdrehung der
Welle
NN werden auch die
Kugeln l in
Umdrehung versetzt; infolge der
Zentrifugalkraft
[* 21] suchen sie sich aber von der
Welle
NN zu entfernen und um die
Punkte g und g' aufwärts zu bewegen. Dem entsprechend wird auch
durch Vermittelung der bei
h und h' angreifenden
Stangen der auf der
Welle gleitende
Ring k und das in einer
Rille
des letztern liegende Ende des Winkelhebers klm gehoben werden. Die
Bewegung des Winkelhebels klm wird durch die
Stange mn,
einen zweiten Winkelhebel oy und eine aufwärts führende
Stange so auf die
Drosselklappe q
übertragen, daß dieselbe den Dampfrohrquerschnitt
unter sein mittleres
Maß verengert, also verhältnismäßig wenig
Dampf zuströmen läßt, sobald die
Dampfmaschine
zu schnell läuft, dagegen die Durchgangsöffnung größer macht, also mehr
Dampf zutreten läßt, sobald die Dampfmaschine
ins
Schleppen
gerät.
Hochdruckmaschinen.
Die modernen Dampfmaschinen
[* 22] weichen von den
Wattschen in der
Konstruktion vielfach ab. Zunächst ist die ganze
Anordnung der
Maschine
[* 23] eine andre
[* 1]
(Fig. 2 zeigt das
Schema einer gewöhnlichen modernen Dampfmaschine
), indem der
Balancier fast
immer fortfällt und die
Bleuelstange qpz sich mit einem
Gelenk direkt an das Ende der durch die
Stopfbüchse s geführten
Kolbenstange
k anschließt. Auch erfolgt die
Geradführung dieses letztern nicht mehr durch gelenkig verbundene
Stangen (Gelenkgeradführung),
sondern durch das zwischen den Gleitschienen gg hin- und hergleitende
Querhaupt
(Kreuzkopf)
[* 24] q. Die
Stellung
des Dampfcylinders ist oftmals noch eine vertikale, wie bei
Watt, meistens jedoch eine horizontale, weil dadurch die an
Stabilität
gewinnt. Die
Steuerungen der Dampfmaschine
sind ungemein mannigfaltig. Die gewöhnlichste von ihnen hat als Dampfverteilungsorgan
den sogen.
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Muschelschieber (S), der in dem Schieberkasten D über den Dampfkanälen α, β und γ hin- und hergleitet. Er erhält seine Bewegung von dem auf der Schwungradwelle W sitzenden, um 90° gegen die Kurbel K' verstellten Exzentrik [* 26] E mittels der Exzenterstange oe und der durch die Stopfbüchse s' geführten Schieberstange r. Befindet sich daher der Kolben K in der Mitte des Cylinders C, so steht der Schieber in einer seiner Endstellungen und umgekehrt. Bei der Stellung der [* 25] Figur steht der Schieber in seiner untersten Stellung, der Kolben in der Mitte, der durch das Rohr d in den Schieberkasten gelangte Dampf tritt daher durch αα über den Kolben und drückt ihn abwärts, wobei der vom vorigen Hub in C befindliche Dampf durch γγ, die Höhlung des Schiebers S, β und b entweicht.
Bei Ankunft des Kolbens am Boden des Cylinders wird der Kanal γγ für den Dampfeintritt frei, während αα durch die Schieberhöhlung mit dem Abzugsrohr b in Verbindung gesetzt wird, so daß der unten eintretende Dampf den Kolben aufwärts und letzterer den über ihm stehenden Dampf aus dem Cylinder hinaustreibt. Vorteilhaft werden als Dampfverteilungsorgane auch Ventile und Hähne angewendet, welche durch Exzenter, Hebel, [* 27] Hebedaumen etc. bewegt werden. Dergleichen Steuerungen sind weiter unten beschrieben.
Da die mit Dampf von niederer Spannung arbeitenden Wattschen Maschinen nicht die günstigste Ausnutzung der Wärme
[* 28] gestatten,
so verwendet man jetzt allgemein Dämpfe von höherm Druck und nennt die Maschinen Mitteldruckmaschinen, wenn sie mit einem
Dampfdruck von 1½-3 Atmosphären, dagegen Hochdruckmaschinen, wenn sie mit einem Druck von 3-12 Atmosphären
arbeiten. Während bei den Niederdruckmaschinen die Kondensation ein integrierender Bestandteil war, kann sie bei den Mittel-
und Hochdruckmaschinen auch fortgelassen werden, wie das z. B. da geschieht, wo gutes Speisewasser nur
in geringen Mengen vorhanden
ist, oder wo eine besondere Einfachheit der Dampfmaschine
wünschenswert ist. Allerdings werden unter sonst gleichen
Bedingungen die Dampfmaschinen
ohne Kondensation mehr Dampf und daher mehr Brennmaterial verbrauchen als Kondensationsmaschinen.
Von den gewöhnlichen, nach dem Prinzip des Wattschen konstruierten Kondensatoren weicht der Körtingsche Strahlkondensator
[* 25]
(Fig. 3) vollständig ab, indem er ohne Luftpumpe arbeitet u. die Luftleere durch einen bei W mit einem Gefälle von ca. 5 m
einfallenden Wasserstrahl erzeugt, der den bei D eintretenden Abdampf verdichtet und mit sich durch das Rohr E fortreißt.
Expansionsmaschinen.
Einen großen Vorteil kann man bei Hochdruckmaschinen durch Anwendung der Expansion des Dampfes im Cylinder erzielen, indem man den Dampfzufluß vor vollendetem Kolbenlauf absperrt. Hat der Dampf eine Spannung von 5 Atmosphären, so hebt er so vielmal 5,170 kg, als der Kolben QZentimeter hat. Sperrt man nun den Dampfzufluß ab, wenn der Cylinder bis zur Hälfte mit diesem Dampf gefüllt ist, so wird der Kolben mit seiner Last sich nicht weiterbewegen; vermindert man darauf aber die Last, so wird sich der Dampf sofort weiter ausdehnen, bis seine Expansivkraft wiederum mit der Last im Gleichgewicht [* 29] ist.
Bei einer Verminderung der Last auf die Hälfte könnte sich der Dampf auf das doppelte Volumen ausdehnen und wäre dann noch eben im stande, diese Last zu heben. Der Dampf leistete also in diesem Fall eine um mehr als die Hälfte größere Wirkung. Denkt man sich den Kolbenlauf in 20 Stationen geteilt, und sperrt man den Dampf ab, wenn der Kolben den vierten Teil seines Wegs vollendet hat, so wird der Dampf während der fünf ersten Stationen mit seiner vollen Kraft [* 30] gleich 1 auf den Kolben drücken, bei der sechsten Station aber nur
[* 25]
^[Abb.: Fig. 2. Hochdruckdampfmaschine
ohne Balancier.]
^[Abb.: Fig. 3. Körtings Strahlkondensator.] ¶
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mit 5/6, weil der Raum sich ohne Dampfzufluß um 1/5 vergrößert hat, bei der siebenten nur mit 5/7 seiner ersten Kraft, bei der achten mit 5/8, bei der zwanzigsten endlich nur mit 5/20. Die Summe aller Wirkungen wäre in diesem Fall 11,56, während man bei ungehindertem Einströmen des Dampfes bis zur Vollendung des Kolbenlaufs, also bei vierfachem Dampfverbrauch, doch nur eine Wirkung = 20 erhalten würde. Die Expansionsmaschinen, welche also bedeutend an Dampf u. deshalb an Kohlen sparen, bedürfen größerer Cylinderdurchmesser und größerer Kolbengeschwindigkeit.
Soll sich aber die Maschine mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegen, so muß das Schwungrad sehr groß und schwer sein, damit es aus der ersten Wirkung des nicht expandierten Dampfes genug lebendige Kraft aufnehmen kann, um während der Expansionswirkung bei gleichbleibender Last den Kolben fortzubewegen. Expansionsmaschinen ohne Drehung müssen aus gleichem Grund schwer in Bewegungen setzende Massen besitzen. Das Verhältnis des Cylindervolumens, welches bis zur Absperrung mit Dampf gefüllt ist, zum ganzen Cylindervolumen heißt die Füllung (man spricht also von ½ Füllung, ⅓ Füllung etc.), während das umgekehrte Verhältnis Expansionsgrad oder kurzweg Expansion genannt wird (daher die Ausdrücke doppelte, dreifache etc. Expansion).
Die Expansion des Dampfes kann nun entweder in einem oder in zwei Cylindern erfolgen. Zur Expansion in einem Cylinder hat man besondere, sogen. Expansionsteuerungen nötig, deren verbreitetste die Meyersche mit zwei Schiebern und zwei Exzentriks ist [* 31] (Fig. 4). Die beiden Schieber liegen dicht übereinander. Der untere G (Grundschieber) besteht aus einem muldenförmigen Teil d, zu dessen beiden Seiten je ein Kanal (e und f) angebracht ist. Wenn dieser Schieber durch ein Exzentrik und die Stange h in passender Weise bewegt wird, so läßt er den Dampf abwechselnd durch e und a oder durch f und b aus dem durch g mit der Dampfleitung in Verbindung stehenden Schieberkasten in den Cylinder treten, während zugleich der Abdampf im ersten Fall durch b, im zweiten durch a in die Schieberhöhlung tritt und von da durch c entweicht.
Die obere Seite des Grundschiebers ist eben und dient einem zweiteiligen Schieber kk' (Expansionsschieber) als Auflager. Derselbe wird durch ein zweites Exzentrik mittels der Stange l in der Weise bewegt, daß bei der relativen Bewegung der beiden Schieber übereinander die Öffnungen e, resp. f in geeigneten Momenten abgeschlossen werden, so daß dann der Dampf, obwohl die Grundschieberstellung den Eintritt noch gestatten würde, nicht mehr in den Cylinder gelangen kann.
Die Stange m des Expansionsschiebers ist mit einem Stück rechten und einem Stück linken Schraubengewindes i und i' derart versehen, daß die beiden Teile k und k' des Schiebers bei der Drehung der Stange einander genähert oder voneinander entfernt werden können, wodurch der Expansionsgrad verändert werden kann. Um die Drehung der Stange vornehmen zu können, hat man die Stange l auf der Vorderseite drehbar in dem gegabelten Ende n der Exzenterstange o befestigt und durch die Hinterwand des Schieberkastens vermittelst der Stopfbüchse p hindurchgeführt. Auf der Stange sitzt eine Hülse [* 32] q mit Feder und Nute, so daß sich die Stange wohl darin hin und her bewegen, aber nicht unabhängig darin drehen kann. Diese Hülse ist in einem Lager r [* 33] drehbar und außerhalb desselben mit Schraubengewinde versehen. Wird sie an einem Handrad gedreht, so wird zugleich mit den Schieberhälften ein
[* 31] ^[Abb.: Fig. 4. Meyersche Expansionssteuerung mit Doppelschieber.]