DE113436C - - Google Patents

Description

PATENTAMT.

KLASSE 14 a.

Kraftmaschine.

Die bisherigen Methoden zur Verhinderung der Schwerpunktsbewegungen und Kippmomente, welche aus der Bewegung der hin- und hergehenden Massen einer Dampf- oder sonstigen Kraftmaschine resultiren, betrachten die Einwirkung derselben so, als ob diese Massen in den Kurbelzapfen der betreffenden Kurbeln concentrirt wären oder als ob dieselben von unendlichen Triebstangen bewegt würden. Diese Auffassung mag hinreichen, wenn die Tourenzahl nicht zu hoch, insbesondere aber, wenn die Triebstange verhältnifsmäfsig sehr lang ist. Ist aber z. B. die Länge der Triebstange blos das Vierfache der Kurbellänge (Doppelte des Hubes), so beträgt der unausgeglichene Massendruck 0,2540 des ursprünglichen, nicht ausgeglichenen und die Druckmaxima erscheinen, wie in der »Bestimmung des Massendruckes der hin- und hergehenden Theile der Kraftmaschinen«, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Bd. XL, 1896, S. 580 ff. nachgewiesen wurde, zweimal so häufig, als bei der unausgeglichenen Maschine. Die Verhältnisse zwingen aber mitunter zu noch kürzeren Triebstangen.

Ein Kraftmaschinensystem von drei Cylindern, die auf derselben Seite der gemeinsamen Welle angeordnet, deren Achsen parallel sind und in einer durch die Wellenachse gehenden Ebene liegen, deren Kurbeln je 120⁰ von einander abstehen, hat unter gewissen Bedingungen die Eigenschaft, dafs die von den hin- und hergehenden Massen herrührende Bewegung des Schwerpunktes des ganzen Systems gänzlich aufgehoben wird, selbst dann, wenn die Triebstangen verhältnifsmäfsig kurz sind. So beträgt nach obiger Schrift bei einer Triebstange, die blos 4 Kurbellängen mifst, die unausgeglichene Schwerpunktbewegung der bewegten Massen 0,00000004 des Kurbelkreisradius und der unausgeglichen bleibende, Massendruck 0,0000011 des ursprünglichen. Dies mufs man praktisch als ο ansehen, da die selbst bei pünktlichster Arbeit and Wartung verbleibenden Ungleichheiten gröfser sind. Aber auch bei diesem Systeme bleiben Kräftepaare übrig mit sehr bedeutenden Momenten, welche das ganze System um den festen Schwerpunkt zu drehen suchen, und somit Schwingungen erzeugen, welche bei Schiffen, Lokomotiven, bewohnten Häusern u. s. w. von Bedeutung sein können.

Die den Gegenstand der Erfindung bildenden und in einigen Beispielen in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Anordnungen geben ein, praktisch genommen, gänzlich vibrationsfreies System, in dem sie sowohl die Bewegung des Schwerpunktes verhindern, als auch die Drehung um denselben aufheben.

Die erste Anordnung Fig. 1, laund ib zeigt drei Cylinderpaare. Dieses System ist vibrationsfrei unter folgenden Bedingungen:

ι. Die Mittel je zwei zusammengehöriger Cylinder liegen symmetrisch zur Mittelachse yy_x des ganzen Systems; die Mittel des Cylinderpaares I, II in der Entfernung a, jene des Paares III, IV in der Entfernung b, jene des dritten Paares V, VI in der Entfernung c

von der Mittelachse yy_Yi wie dies aus der in Fig. ι dargestellten schematischen Vorderansicht ersichtlich ist.

2. Die Kurbelmittel je zwei zusammengehöriger Cylinder eines Paares sind parallel und gleichliegend, wie dies in der Seitenansicht ia und in dem Kurbelschema ib dargestellt ist; ο I/II ist die Stellung der Kurbeln, die zu den Cylindern I und II gehören, ο III/IV jene der Kurbeln zu den Cylindern III und IV, ο V/VI jene der Kurbeln, die zu den Cylindern V und VI gehören.

3. Der Winkel zwischen den Kurbelmitteln je zweier Paare beträgt 120⁰, wie dies in den Fig. ιa und ib dargestellt erscheint.

A_ ο I/II ο III/IV =.i2o°,
A ο I/II ο V/VI = 120°,
A. ο III/IV ο V/VI = i2o°.

4. Das Gewicht der hin- und hergehenden Massen der einzelnen Cylinder mufs dasselbe sein, wenn der Hub bei allen Cylindern gleich ist. Ist jedoch der Hub ungleich, und bezeichnen wir mit Q_n, L_n das Gewicht der hin- und hergehenden Massen bezw. den Hub des Cylinders w, so mufs:

Q₁L₁ = Q_n L₁₁ = Q_1n L_1n = Q_{1 v} L₁ y = Qy L_v = Q_VIL_VI = C sein.

5. Das Verhältnifs zwischen der Länge der Triebstange / und dem Kurbelradius r (halber

Hub r = —) mufs für alle Cylinder des Systems dasselbe sein.

hi_

¹IV __

^riv

—^- =■ -^ = Vl.

^rv ^rvi ■

Die bisher beschriebene und in den Fig. ι und ι a schematisch dargestellte Anordnung erfüllt jene Bedingungen, unter welchen die Bewegung des Schwerpunktes in jeder Gruppe von je drei Cylindern rechts und links von der Mittelachse des Systems, die von der Bewegung der hin- und hergehenden Massen herrührt, aufgehoben wird, wie in der mehrerwähnten Schrift dargestellt. Da die gleichzeitig auftretenden Kräftepaare unter den angegebenen Bedingungen gleich sind, aber entgegengesetzt gerichtet, so heben sich auch diese auf, und wir erhalten ein System, in dem alle von den genannten Massenbewegungen herrührenden Kräfte und Momente aufgehoben erscheinen, unabhängig von der Länge der Triebstange, soweit nämlich eine solche constructiv noch ausführbar ist.

Erfüllen die rotirenden Massen der Cylinder dieses Systems dieselben Bedingungen, wie wir sie in den Punkten 1. bis 4. für die hin- und hergehenden festgestellt, so gleichen sie sich vollständig aus, und es entfallen alle Gegengewichte. Das System ist dann auch in dieser Hinsicht gänzlich frei von Kräften und Momenten, sowie gänzlich vibrationsfrei.

Würden die drei Cylinder je einer Hälfte des Systems in einer Ebene liegen, so bliebe, wie aus der Abhandluug ersichtlich, keinerlei freie Kraft oder Moment bei jeder beliebigen Stellung oder Geschwindigkeit des Systems. Hieraus ist ersichtlich, dafs bei der gegebenen Anordnung die freien Kräfte sämmtlich durch die Wellenmitte gehen und einander gleich und engegengesetzt gerichtet sind, so dafs sie sich in einer durch die Wellenmitte gelegten Ebene aufheben. Das System hat also keinerlei seitliche Kippmomente und die Summe der freien Kräfte der einen Seite ist gleich der Summe der freien Kräfte der anderen Seite, beide Resultirende liegen in derselben Geraden und heben einander auf.

Ganz genau dasselbe gilt für den Fall, als ob jede Hälfte des Systems aus n-Cylindern bestände, deren Kurbeln in der gleichen

Winkelentfernung

360⁰

einander folgen und bei

denen die für das bisher beschriebene System unter Punkt 4. und 5. gegebenen Bedingungen erfüllt werden, vorausgesetzt, dafs das aus in-Cylindern bestehende System symmetrisch ist. In einer weiteren Anordnung wird das mittlere Cylinderpaar I, II durch einen einzigen Cylinder I (Fig. 2, 2 a und 2 b) ersetzt, so dafs ein Fünfcylindersystem entsteht. Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht, I der mittlere Cylinder, III, IV das nächste Cylinderpaar, bei dem die Cylindermittel in der Entfernung a von der Mittelachse y γ_λ liegen, V, VI das letzte Cylinderpaar in der Entfernung b von der Mittelachse. Dieses System hat dieselben Bedingungen zu erfüllen, wie das früher beschriebene, nur übernimmt der mittlere Cylinder I die Summe der Gewichte, welche früher den zwei mittleren Cylindern zugewiesen waren, somit gilt für ihn unter Beibehaltung der sub 4 gewählten Bezeichnungen:

Q₁L₁-= 2 Q_1nL_1n = 2 QjyLjy =

Statt der zwei mittleren Kurbeln erscheint blos eine, welche dieselbe Stellung hat, so wie das in Fig. 2 a und 2 b schematisch dargestellt ist. Dasselbe gilt auch für die rotirenden Massen. Behufs Verminderung der Vibrationen, die von den Nebenbestandtheilen der Maschine herrühren, wird die Steuerung, so weit dies thunlich ist, nach denselben Grundsätzen angeordnet, wie dies für die Hauptmassen bisher entwickelt wurde. In Fig. 2 sind f g und

f^lg^l die Mittel der zwei zu Cylinder I gehörigen Steuerungen, die in der Entfernung a^l von der Mittelachse liegen, Ik, /¹A:¹ die Mittellinien der Steuerungen für die Cylinder III, IV in der Entfernung b¹, ferner in der Entfernung c¹ die Mittellinien m η, ιη^Λ η¹ für die Steuerungen der Cylinder V, VI. Eine vollständige Ausgleichung dieser Theile, die in erster Linie anderen Zwecken dienen müssen, wird wohl nicht möglich sein, aber durch thufilichste Anwendung dieser Grundsätze wird jedenfalls eine bedeutende Verminderung der störenden Wirkungen dieser Theile zu erzielen sein, welche Störungen infolge des relativ kurzen Hubes und geringen Gewichtes der eigentlich hin- und hergehenden Massen derselben von geringer Bedeutung ist.

Nach den für das FünfcyHndersystem entwickelten Principien kann jedes symmetrische, aus 2 M-Cylindern bestehende System, das nach den gegebenen Grundsätzen angeordnet ist, in ein System mit zn— ι-Cylindern verwandelt werden. Es ist ferner nicht nöthig, dafs die Cylinder gerade Kraftcylinder sein müssen; sie können nach Bedarf auch Luftpumpen oder anderes sein, wenn nur ihre Massen und Kurbeln und sonstigen Anordnungen die gestellten Bedingungen erfüllen.

Die beschriebene Maschinenconstruction bietet, wo es auf ruhigen Gang bei hohen Tourenzahlen ankommt, wichtige Vortheile.

Bei Dampfern können keine Vibrationen auftreten, wo immer auch die Maschine aufgestellt ist. Die Maschine kann so kurz gebaut werden, als es constructiv ausführbar ist, und so ist es möglich, die Maschine gänzlich unter die Panzerlinie zu bringen, ohne dafs Vibrationen eintreten. Auch die Längenentwickeder Maschine kann die kürzest mögliche sein, weil hier die Hebelarme im Gegensatze zur Vierkurbelmaschine für die Vibrationen nicht in Betracht kommen.

Claims (2)

Pa te nt-Ansprüche:

1. Kraftmaschine mit sechs parallelen, drei Paare bildenden und auf derselben Seite der gemeinsamen Kurbelwelle gelegenen Cylindern, deren Mittelachsen durch die Achse der Kurbelwelle gehen, und bei welcher die zu je einem Cylinderpaare gehörigen Kurbeln gleichgerichtet, zu den beiden anderen Paaren aber um 120⁰ versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dafs stets die beiden zusammengehörigen und ein Paar bildenden Cylinder auf verschiedenen Seiten der zur Wellenachse senkrecht stehenden Mittelebene der Maschine angeordnet sind und die Entfernungen der Cylindermitten von dieser Mittelebene, sowie die Verhältnisse zwischen Triebstangen- und Kurbellängen und schliefslich die Gewichte der Betriebstheile derartig bestimmt sind, dafs die von der Bewegung derselben herrührenden Massendrücke und Kippmomente, bis auf die blos nahezu ausgleichbaren Massendrücke und Kippmomente der Nebentheile sich, praktisch genommen, gänzlich aufheben, mögen die Triebstangen auch so ■ kurz sein, als es constructiv noch gut durchführbar erscheint.

2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs die beiden mittleren, ein Paar bildenden Cylinder^zu einem Cylinder vereinigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen."