XXIII. Verbesserungen an Locomotiven und andern Dampfmaschinen mit Expansion des Dampfs, worauf sich Robert Wilson, Ingenieur an den Eisenwerken der HHrn. Nasmyth, Gaskell und Comp. zu Patricroft bei Manchester, am 22. Dec. 1842 ein Patent ertheilen ließ. Aus dem Repertory of Patent-Inventions. Dec. 1843, S. 345. Mit Abbildungen auf Tab. II. Wilson's Verbesserungen an Locomotiven und andern Dampfmaschinen mit Expansion. Vorliegende Verbesserungen bestehen theils in gewissen Anordnungen an den Ventilen der Dampfmaschinen, um den Dampf mit Expansion wirken zu lassen, und zwar so, daß die Expansion, während die Maschine im vollen Gange ist, nach Belieben verändert werden kann; theils in andern Verbesserungen, von denen einige zu andern ähnlichen Zweken anwendbar sind. Ich schreite zunächst zur Beschreibung meiner Methoden, den Dampf mit Expansion wirken zu lassen, insbesondere mit Bezug auf Locomotiven. Die Vortheile der Expansion sind so allgemein anerkannt, daß sie keines weiteren Commentars bedürfen; allein die Anwendung des Princips der veränderlichen Expansion auf die in voller Bewegung befindliche Maschine, so daß sie ihre Kraft dem veränderlichen Widerstande anpaßt, war ein längst gefühltes Bedürfniß. Es fehlte nicht an Bemühungen, diesen Zwek zu erreichen, und verschiedene Methoden wurden versucht, jedoch wurde der Dampf, mit wenigen Ausnahmen gezwängt (Wire-drawn), weil derselbe abgeschnitten wurde, ehe er in die Ventilkammer eintrat, anstatt an den Dampföffnungen des Cylinders, wodurch der Dampf zwischen dem Absperrungsventil und dem Cylinder sich mit dem Dampf in dem Cylinder expandirte — ein Umstand, welcher den Vortheil verminderte. Indessen war der ökonomische Vortheil doch so bedeutend, daß die Anwendung des Expansionsprincips auf alle Dampfmaschinen gegenwärtig als ein großes Bedürfniß gefühlt wird. Seither war die Anwendung der veränderlichen Expansion beinahe ausschließlich auf größere Maschinen beschränkt, weil ihre verhältnißmäßig langsame Bewegung allein der Anwendung des Apparates günstig war. Dagegen besizen die von mir für Expansions-Dampfmaschinen erfundenen Ventile und der mit denselben in Verbindung stehende Mechanismus eine so eigenthümliche Beschaffenheit und Anordnung, daß sie auf alle Gattungen von Dampfmaschinen, diese mögen mit noch so großer Geschwindigkeit arbeiten, seyen es Schiffsdampfmaschinen, stationäre Dampfmaschinen oder Locomotiven, anwendbar sind. Fig. 66 ist die Seitenansicht einer Locomotive mit außenliegenden Cylindern. Cylinder und Ventile sind im Durchschnitte sichtbar. Der Cylinder A ist von gewöhnlicher Construction mit langen Canälen a und a′ und einer Ausmündung E. Diese Canäle besizen ein kurzes Ventil. Fig. 67 ist der Durchschnitt eines gewöhnlichen Dampfventils, welches den Dampf an seinen beiden Enden abwechselnd in die Cylindercanäle a, a einströmen läßt. Bei meinen an dem Cylinder Fig. 66 angebrachten verbesserten Ventilen dagegen hat der Dampf dergestalt durch die Oeffnungen a, a′ zu strömen, daß derselbe mittelst eines andern Ventils C an jeder beliebigen Stelle des Kolbenhubes bei diesen Oeffnungen abgeschnitten werden kann, ohne die Führung des ein- oder ausströmenden Dampfes zu verändern. Sowohl das Dampfventil D als auch die Absperrungsventile C erhalten ihre Bewegung von den gewöhnlichen Kurbeln oder excentrischen Scheiben; aber die Bewegung des Ventils C, welche etwas später als die des Ventils D erfolgt, bringt die Canäle d, d′ in dem Dampfventil abwechselnd der Oeffnung c des Absperrungsventils gegenüber und abwechselnd über die Oeffnungen a, a′ des Dampfcylinders. Dieß findet am Anfang jedes halben Kolbenhubes statt, wenn der Krummzapfen eben im Begriffe ist den Mittelpunkt zu passiren; das Ventil C bewegt sich noch eine kurze Zeitlang in derselben Richtung fort, nachdem das Dampfventil D seinen Hub beendigt hat; wenn nun die Bewegung rükgängig wird, so werden auf diese Weise die Canäle a, a′ nicht nur gänzlich abgesperrt, sondern bleiben es auch bis zur Beendigung des Hubes oder mit andern Worten, bis das Dampfventil D die Oeffnung a oder a′ verschlossen hat. Die Veränderung der Expansion wird durch Abänderung der Hublänge des Ventils C bewerkstelligt. Wenn diese Hublänge ungefähr das Dreifache der Oeffnungsweite der Canäle d, d′ beträgt, so befindet sich das Ventil C in der Fig. 66, 68 und 69 dargestellten relativen Lage zum Ventil D. Wenn der Kolben die Hälfte seines Hubes zurükgelegt hat, so ist die Bewegung des Ventils D rükgängig geworden; da jedoch die Bewegung des Ventils C später als die des Ventils D ist, so werden sie sich jezt in entgegengesezten Richtungen bewegen, und wenn der Kolben B das Ende seines Hubes erreicht, hat der Canal des Dampfventils D bereits angefangen, sich über dem Canal a des Cylinders zu öffnen, und die Oeffnung c in dem Expansionsventile C befindet sich über der Oeffnung d des Dampfventils. Demzufolge hat der Dampf freien Zutritt, bis das Ventil C den Canal d bedekt, und dieß geschieht, wenn der Kolben in der andern Richtung die Hälfte seines Hubes zurükgelegt hat. Läßt man aber das Ventil C längs einer Streke gleich der sechsfachen Breite der Oeffnung d oder d′ sich bewegen, so bedekt dasselbe diese Oeffnungen, wenn der Kolben 1/18 seines Hubes vollendet hat, und mithin 1/18 des Dampfes zugelassen worden ist. Bleibt das Ventil C in Ruhe, so befindet es sich über der Mitte des Dampfventils D, und bei dieser Stellung fällt alle der Wirkung des Ventils C zuzuschreibende Expansion hinweg, und das Ventil C ist alsdann in diesem Sinne wirkungslos. Kann daher die Hublänge des Ventils C nach Belieben verändert werden, so sind wir dadurch in den Stand gesezt, einen jeden beliebigen Grad der Expansion herzustellen. Diesen Zwek nun erreiche ich durch eine eigenthümliche Anordnung im Mechanismus des Absperrungsventils C. Die Ventilstange E, Fig. 66, des Absperrungs- oder Expansionsventils ist nämlich durch das Zwischenstük e′ mit dem Hebel F verbunden, welcher wieder mit der Stange G in Verbindung steht. Diese ist an ihrem andern Ende mit dem Stift I vereinigt, welcher innerhalb des krummen Hebels H in einem Einschnitte gleitet. Dieser krumme Hebel empfängt vermöge seiner Verbindung mit der Excentricumstange M eine hin- und hergehende Bewegung und theilt diese sofort dem Absperrungsventil C mit. Die Stange M erhält ihre Bewegung von einem an der Krummzapfenwelle befindlichen Excentricum. So weit wird es nun klar seyn, wie ich einen bestimmten Grad der Expansion erziele. Ich will nun die Art und Weise erläutern, wie ich die Expansion beliebig verändere, während die Maschine in Bewegung oder in Ruhe ist. Wenn sich der Stift I gerade im Centrum n der Bewegung besindet, so erlangt er keine hin- und hergehende Bewegung, und theilt mithin auch keine solche der Stange G und dem Ventile C mit; wird er dagegen von dem Mittelpunkte n entfernt, so theilt ihm der Hebel L je nach seinem Abstande vom Mittelpunkte n eine größere oder geringere Oscillation mit. Der Stift ist durch das Glied I′ mit dem Winkelhebel J, J′ verbunden, welcher seinerseits durch die Lenkstange K mit dem Hebel L in Verbindung steht. Dieser Hebel L erhält seine Bewegung von der Schraube und Kurbel s, s, welche von dem Maschinisten gehandhabt werden kann, während die Maschine in Ruhe oder Bewegung sich befindet. Es ist demnach ersichtlich, wie der Stift I jeder Zeit bewegt werden kann, ohne die Maschine anzuhalten. Die auf diese Weise mitgetheilte hin- und herwechselnde Bewegung wird auf das Ventil C übertragen, und die Absperrung im erwünschten Verhältnisse erzielt; und da die Spize des Hebels L sich längs einer Scale o bewegt, so deutet der Zeiger auf den Grad der Expansion, d. h. desjenigen Theiles des Kolbenhubs, bei welchem der Dampf abgesperrt wird. Die Krümmung des Hebels H bildet einen Theil eines Kreises, dessen Halbmesser der Länge der Stange G gleich ist, so daß, an welchen Theil des Hebels auch der Stift bewegt wird, um den verlangten Grad der Expansion zu erzielen, die Bewegung des Ventiles C an beiden Enden des Ventiles D stets gleich ist. Wenn die Bewegung des Dampfventiles D rükgängig wird, so muß auch die Bewegung des Expansionsventiles rükgängig werden; dieß läßt sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen. Fig. 66 zufolge geschieht dieß, indem man den Hebel L nach der andern Seite der Scale hinbewegt, und dadurch den Stift über den Mittelpunkt n des Hebels H, H bringt, wodurch eine rükgängige Bewegung erzielt wird; die Scale zeigt alsdann den Grad der Expansion auf ihrer anderen Hälfte. Der Hebel L muß in vorliegendem Falle stets dem Umkehrungshebel r folgen. Dasselbe findet mit Bezug auf Fig. 68 statt, wo der krumme Hebel von der gegenüberliegenden Kolbenbewegung aus in Thätigkeit gesezt wird, indem die Krummzapfen rechtwinkelig zu einander gestellt sind, was genau dieselbe Bewegung gibt, wie das rechtwinkelig zur Kurbel gestellte Excentricum an der Krummzapfenwelle Fig. 66; dieß kann jedoch nur bei doppelten Maschinen oder Locomotiven stattfinden. Fig. 68 zeigt die Art, wie ich das Expansionsventil des einen Cylinders mit Hülfe der Kolbenbewegung des andern Cylinders bewege. P ist das Querstük des einen Cylinders, welches die Bewegung auf den Winkelhebel Q, Q überträgt. Dieser Hebel theilt die Bewegung mit Hülfe des Gelenkes R dem Hebel S mit, von wo aus sie durch eine hohle Stange auf den Hebel T übertragen wird. Dieser ist an dem anderen Ende des dem zweiten Cylinder gegenüberliegenden Ventils befestigt; von da wird die Bewegung vermittelst der Stange M dem krummen Hebel H, H mitgetheilt, und durch Verrükung des Stiftes i läßt sich der Grad der Expansion, wie in Fig. 66, beliebig verändern. In Fig. 69 habe ich jeder der Excentricumstangen noch eine Gabel V, V′ gegeben, um dem Krummhebel H, H die erforderliche hin- und herwechselnde Bewegung zu ertheilen. Wenn eine der excentrischen Scheiben mit dem gewöhnlichen Dampfventilhebel ausgelöst wird, so erfolgt die Auslösung der andern durch den Expansionsventilhebel W, welcher, da er mit dem Hebel W′ verbunden ist, die Bewegung der Excentricumstange mittelst der Stange M dem Krummhebel H, H mittheilt. Da bie Bewegung des mit dem Hebel W′ verbundenen Expansionsventils diejenige der Excentricumstange auf den Krummhebel H, H fortpflanzt, indem die Bewegung des Expansionsventils gleichzeitig mit der Reversion des Dampfventils rükgängig gemacht wird, so braucht der Krummhebel H im vorliegenden Falle nur halb so groß wie in Fig. 66 und 68 zu seyn. Der einzige Unterschied in den Figuren 66, 68 und 69 liegt in der Methode, den Hebel H zu bewegen. Anstatt des Krummhebels H läßt sich auch mit gleichem Erfolge der Mechanismus Fig. 70 anwenden. Wenn der Winkelhebel x, x um seinen Drehungspunkt n oscillirt, so beschreiben die Enden desselben einen dem Abstande von dem Mittelpunkte n proportionalen Bogen, und da das Ende der Stange y mit dem Ende des längeren Hebelarms verbunden ist, so bewegt es sich also mit ihm in demselben Bogen, während sich das andere Ende y′ in einem andern seinem Abstande von dem Mittelpunkte n proportionalen Bogen bewegt. Da nun dieses Ende y′ der Stange durch dieselben Mittel, wie der Stift in dem Hebel H, H, Fig. 66, 68 und 69, dem Centrum n genähert oder von demselben entfernt wird, und durch die Stangen G und e mit dem Absperrungsventil verbunden ist, so ist der Erfolg hinsichtlich des Expansionsventils C genau derselbe, wie in den vorhergehenden Fällen. Die Figuren 71, 72 und 73 erläutern eine andere von den obigen abweichende Methode, womit derselbe oder nahe derselbe Erfolg erzielt wird. Im vorliegenden Falle ändert sich nämlich die Bewegungsstreke des Absperrungsventils C nicht, wogegen die Stellung der hinteren Theile des Dampfventils D eine Aenderung erleidet. Die Bewegung des Absperrungsventils Fig. 71 und 73 wird von der Kolbenbewegung hergeleitet. In Fig. 71 ist die Bewegung des Ventils C der Bewegung des Kolbens entgegengesezt, indem das Centrum n der Bewegung zwischen den Verbindungspunkten P und G liegt. Das Expansionsventil C ist eine Platte ohne Oeffnung, wie Fig. 72 zeigt. Vorliegende Methode eignet sich am besten für Maschinen, die selten den vollen Dampf erfordern, indem die Absperrung bei vollem Dampfe sehr langsam, dagegen bei geringem Dampfverbrauch, oder nahe am Anfang des Kolbenhubes sehr schnell vor sich geht. Um den Grad der Expansion zu ändern, werden die Platten D, D′ mit Hülfe einer rechts und links gewundenen Schraube s bewegt, und diese Bewegung wird vermittelst der Winkelräder W, W auf irgend eine geeignete Weise eingeleitet. Je näher nun diese Ventile gegen die Mitte hingerükt werden, desto bälder wird das Ventil C die Oeffnung d, d′ bedeken, und je weiter sie sich von der Mitte entfernen, desto länger wird diese Bedekung dauern. Meine Verbesserungen an Locomotiven beziehen sich ferner auf die an den Rädern derselben anzubringenden Hemm- oder Bremsvorrichtungen, so wie auf die Vorbereitung der hölzernen Bremsklöze, so daß die durch Friction erzeugte Hize das Holz nicht verkohlt oder verbrennt, wie dieß gewöhnlich der Fall ist. Fig. 74 stellt meine an dem Treibrad der Locomotive anzubringende Bremsvorrichtung dar. Sie besteht aus einem eisernen Bremsbande Q, Q, dessen eines Ende an einen mit dem Maschinengestell fest verbundenen Bolzen z befestigt ist, während das andere Ende in das kürzere Ende eines Hebels x, x, der beliebig gehoben oder niedergedrükt werden kann, eingehängt ist. Läßt man nun über oder unter den Kolben eines kleinen Cylinders W aus dem Kessel Dampf einströmen, so wird der Kolben und mit diesem das Hebelende x niedergedrükt oder gehoben, und somit das Bremsband entweder gegen die Peripherie des Rades festgedrükt oder von derselben entfernt, und zwar mit einer von dem Dampfdruk gegen den kleinen Kolben und von dem Hebelverhältniß x, x′ abhängigen Kraft. Der Vortheil dieser Bremsmethode liegt in der Ausübung eines constanten und kräftigen Drukes mittelst eines äußerst geringen, nur auf das Oeffnen eines kleinen Hahnes sich beschränkenden Kraftaufwandes. Das Mittel, wodurch ich den an dem Rade sich reibenden Bremsklözen eine weit größere Dauerhaftigkeit gebe, besteht darin, daß ich das Holz vor seiner Benüzung mit einer Auflösung von salzsaurer Magnesia oder mit irgend einem andern Salze sättige, welches die bekannte Eigenschaft besizt, die Verbrennung des Holzes zu hindern. Ich gebe indessen der salzsauren Magnesia den Vorzug. Wenn das Holz vorher getroknet worden ist, so wird ein einfaches Einsenken des Holzes in die Auflösung während einiger Tage hinreichen.