Dampfmaschine - Technik.

« die Anwendung des Prinzips der Doppelwirkung, bei dem Dampf abwechselnd auf beide Seiten des Kolbens geleitet wurde, so dass in beide Richtungen Druck auf denKolben ausgeübt wurde.

Watt rüstete seine Kraftmaschinen auch mit Drosselklappen aus.

Damit ließ sich die Geschwindigkeit regeln.

Mit Hilfe von Fliehkraftreglernerreichten seine Konstruktionen automatisch eine gleich bleibende Arbeitsgeschwindigkeit. Die nächste entscheidende Entwicklung auf dem Gebiet der Dampfmaschine war die Einführung brauchbarer Hochdruckdampfmaschinen.

Watt hatte zwar das Prinzip derHochdruckdampfmaschine erkannt, konnte aber diese Art der Maschine nicht vervollkommnen.

Anfang des 19.

Jahrhunderts gelang es dem britischen Ingenieur und ErfinderRichard Trevithick und dem amerikanischen Erfinder Oliver Evans, eine Hochdruckdampfmaschine zu konstruieren.

Trevithick setzte dieses Modell der Dampfmaschine zumAntrieb der ersten je gebauten Lokomotive für eine Eisenbahn ein.

Sowohl Trevithick als auch Evans bauten dampfbetriebene Kutschen zur Fortbewegung auf Straßen. Etwa zur gleichen Zeit baute der britische Ingenieur und Erfinder Arthur Woolf die erste Verbundmaschine (auch Mehrfach-Expansionsmaschine genannt).

Sie stellte eineVerbesserung der Zweifach-Expansionsmaschine von J.

Hornblower dar.

Bei der Mehrfach-Expansionsmaschine wird unter hohem Druck stehender Dampf zunächst aufeinen und, nachdem er sich ausgedehnt und dabei Druck verloren hat, auf einen weiteren Kolben geleitet.

Woolfs erste Maschinen hatten zwei Zylinder.

Später gab es aberauch Arten mit dreifacher und sogar vierfacher Expansion.

Der Vorteil der Verbindung von zwei oder mehr Zylindern besteht darin, dass weniger Energie durch Abgabe vonWärme an die Zylinderwände verloren geht und die Maschine deshalb einen höheren Wirkungsgrad erzielt. 3 MODERNE DAMPFMASCHINEN DampfmaschinenkolbenFunktion und Wirkungsweise der Dampfmaschine© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Die Abbildungen 1a–d zeigen die Funktionsweise einer üblichen modernen Dampfmaschine mit ihrem Arbeitszyklus.

Abbildung 1a zeigt, wie Dampf, der in die Ventilkammereingelassen wird, durch die Einlassöffnung von links in den Zylinder strömt, während sich der Kolben auf der linken Seite des Zylinders befindet.

Durch die Lage des Ventils,das hier ein Schieber ist, kann der verbrauchte Dampf an der rechten Seite des Zylinders durch die Auslassöffnung austreten.

Die Bewegung des Kolbens treibt einSchwungrad an, das wiederum mit der Stange verbunden ist, die den Schieber betätigt.

Die Stellung von Kolben und Schieber zueinander hängt davon ab, an welcher Stelledes Schwungrades Kurbelwelle und Schieberstange angebracht sind. Bei der in Abbildung 1b dargestellten zweiten Stellung hat sich der auf der linken Seite eingetretene Dampf ausgedehnt und den Kolben in die Mitte des Zylinders gedrückt.Gleichzeitig hat sich das Ventil geschlossen, so dass der Zylinder völlig abgeschlossen ist und Dampf weder aus dem Zylinder noch aus der Ventilkammer austreten kann. Während sich der Kolben unter dem Druck des sich ausdehnenden Dampfes weiter nach rechts bewegt (Abb.

1c), wird die Öffnung an der linken Seite des Zylinders überdas Ventil mit dem Austrittsrohr und gleichzeitig die Ventilkammer mit dem rechten Teil des Zylinders verbunden.

Diese Stellung ist die Vorbereitung für das nächsteArbeitsspiel des Doppelzyklus.

Letztendlich schließt in der vierten Stellung (Abb.

1d) das Ventil wieder die Öffnungen an beiden Seiten des Zylinders.

Der Kolben bewegtsich nach links, angetrieben vom sich ausdehnenden Dampf im rechten Teil des Zylinders. Das in der Abbildung dargestellte Ventil ist ein einfacher Schieber, die Grundform der meisten Ventile, die in heutigen Dampfmaschinen eingesetzt werden.

Solche Ventilehaben den Vorteil, dass man ihre Arbeitsweise umkehren kann.

Ihre Stellung gegenüber dem Kolben lässt sich variieren.

Dies gelingt mit Hilfe des Exzenters, der siebetätigt (Abb.

2).

Durch Drehen des Exzenters um 180 Grad kann die Drehrichtung der Maschine umgekehrt werden. Der Schieber hat aber auch eine Reihe von Nachteilen.

Der wichtigste ist die durch den Dampfdruck auf der Rückseite des Schiebers erzeugte Reibung.

UmVerschleißerscheinungen zu vermeiden, sind die Schieber von Dampfmaschinen häufig zylindrisch geformt, so dass sie den Kolben vollständig umschließen.

Damit ist derDruck auf das Ventil überall gleich, und die Reibung wird auf ein Minimum beschränkt.

Die Entwicklung dieser Art von Ventilen wird dem amerikanischen Erfinder undFabrikanten George Henry Corliss zugeschrieben.

Bei anderen Schieberformen ist der bewegliche Teil so konstruiert, dass der Dampfdruck nicht direkt auf die Rückseite desSchiebers wirkt. Die Verbindung zwischen dem Kolben der Maschine und dem Ventil, das der Maschine Dampf zuführt, hat eine große Bedeutung für die Leistung und den Wirkungsgrad derMaschine.

Durch Verändern des Zeitpunktes innerhalb des Arbeitszyklus, an dem Dampf in den Zylinder geleitet wird, kann man die Verdichtung und Ausdehnung desDampfes im Zylinder und damit die Leistung der Maschine verändern.

Eine Reihe unterschiedlicher Arten von Ventilsteuerungen, die den Kolben mit dem Schieberverbinden, bewirken nicht nur eine Umkehr der Drehrichtung der Maschine, sondern ermöglichen auch eine Steuerung der Dampfzufuhr.

Besondere Bedeutung kommt derVentilsteuerung bei Lokomotiven zu.

Hier ändert sich ständig die erforderliche Energiemenge, die die Maschine bereitstellen muss.

Die größte Leistung ist beim Anfahrengefordert, während der Fahrt ist die erforderliche Leistung geringer. Ein wichtiger Teil aller Arten von Kolbendampfmaschinen ist das vom Kolben über eine Kurbelwelle angetriebene Schwungrad.

Aufgrund seiner Trägheit wandelt diesesSchwungrad, meist ein schweres gusseisernes Teil, die einzelnen Energiestöße, die durch das Ausdehnen des Dampfes im Zylinder entstehen, zu einer kontinuierlichenBewegung um und ermöglicht so, dass man mit der Maschine einen gleichmäßigen Energiefluss erzeugen kann. Es kann vorkommen, dass eine Dampfmaschine mit nur einem Zylinder beim Abschalten in einer Stellung mit dem Kolben an einem Ende des Zylinders stehen bleibt.

Indiesem Fall befindet sich der Kolben an einem Totpunkt, und die Maschine kann nicht wieder anlaufen.

Um das zu vermeiden, haben Dampfmaschinen häufig zwei odermehr miteinander verbundene Zylinder, deren Arbeitsspiele so abgestimmt sind, dass die Maschine immer anlaufen kann, gleichgültig in welcher Stellung sich ein einzelnerKolben gerade befindet.

Die einfachste Art, zwei Kolben einer Maschine miteinander zu verbinden, ist die in Abbildung 3 gezeigte Anordnung der beiden Kurbelwellen amSchwungrad.

Um einen gleichmäßigeren Lauf zu erreichen, kann man auch drei Zylinder mit jeweils in einem Winkel von 120 Grad versetzten Kurbelwellen verwenden.

BeiVerbundmaschinen ist nicht nur das Problem des Anlaufens gelöst, sie arbeiten auch zuverlässiger.. »