LXVIII. Verbesserungen an Dampfmaschinen, worauf sich Gustav Victor Gustaffson zu London, am 14. Julius 1846 ein Patent ertheilen ließ. Aus dem London Journal of arts, Jul. 1847, S. 386. Mit Abbildungen auf Tab. VII. Gustaffson's Verbesserungen an Dampfmaschinen. Den Gegenstand vorliegender Verbesserungen an Dampfmaschinen bilden folgende vier Hauptpunkte: 1) die Verbindung der Kolbenstange mit dem Kolben vermittelst eines Kugelgelenks; 2) eine Methode die Kolbenliederung durch die vereinigte mechanische Kraft des Dampfs und metallener Federn dicht zu erhalten; 3) die Construction eines an dem Cylinderdeckel anzubringenden beweglichen Apparats, durch welchen die Kolbenstange gleitet, ohne in ihren Schwingungen behindert zu seyn; 4) ein Mittel den Zug der Feuercanäle zu reguliren und somit den Dampfdruck im Kessel zu mäßigen, ferner von diesem Dampfdruck rechtzeitig Kenntniß zu erhalten. Fig. 13 stellt den Dampfcylinder im Grundrisse dar, und zwar mit Hinweglassung des Deckels, um den Kolben sichtbar zu machen. Der Kolben selbst ist im horizontalen Durchschnitt dargestellt, wodurch seine innere Einrichtung sichtbar wird. Die Figuren 14 und 15 sind rechtwinkelig zu einander geführte Verticaldurchschnitte des Dampfcylinders und Kolbens nebst Zugehör. In sämmtlichen Figuren dienen gleiche Buchstaben zur Bezeichnung gleicher Theile. A, A, A, A ist der gußeiserne Cylinder mit gewöhnlichen Ein- und Ausströmungscanälen. B, B der Kolben, dessen Gerippe ein radähnliches Gestell mit Speichen ist, wodurch derselbe einen leichten Bau erhält. In der Mitte dieses Kolbengestells ist eine halbkugelförmige genau abgedrehte und ausgeschliffene Hülse a, a, a befestigt, in die eine an das untere Ende der Kolbenstange C befestigte Kugel D, D paßt. Die Kolbenstange, welche an ihrem andern Ende mit der Kurbelwelle der Maschine in Verbindung zu bringen ist, kann, wie Fig. 14 zeigt, solid oder, wie Fig. 15 zeigt, hohl seyn; sie ist mit Schultern b, b versehen, um die Kugel gehörig fest zu halten. Ist die Kolbenstange C solid, so zieht es der Erfinder vor, die Kugel D an das untere Ende der Stange zu gießen; wird aber eine hohle Stange angewendet, so dient eine Schraube d zur Befestigung der Kugel. Die hohle Stange ist wegen ihrer Leichtigkeit besonders für Schiffsdampfmaschinen geeignet. Diese neue Methode, die Stange mit dem Kolben zu verbinden, gestattet der Kolbenstange, während des Auf- und Niedergangs des Kolbens, im Cylinder zu oscilliren und die der Lage des Krummzapfens entsprechenden schiefen Stellungen anzunehmen. Da somit der Kolbenhub direct auf den Krummzapfen wirkt, so ist die Nothwendigkeit einer sogenannten Parallelbewegung beseitigt, welche vorhanden seyn müßte, wenn die Bewegung der Kolbenstange eine senkrechte wäre. Die radförmige Construction des Kolbengestells läßt sich am besten aus Fig. 15 entnehmen; die Hülse a, a bildet die Nabe des Rades, von wo die Speichen oder Arme f, f ausgehen. Diese Arme, welche durch die mit der Hülse verbundenen Flanschen g, g noch verstärkt sind, tragen den äußeren Ring oder die Peripherie h, h, h des Rades. Der Ring h, die Hülse a, a und der Deckel e, e sind an die Scheiben oder Deckplatten i, i, i, i des Kolbens festgeschraubt; die äußeren Ränder der letzteren überragen das Kolbengestell, um die Metall-Liederung k, k einzuschließen. Die Construction der Metall-Liederung, welche den zweiten Theil der vorliegenden Erfindung bildet, ist aus Fig. 13 und den nach einem größeren Maaßstabe ausgeführten partiellen Durchschnitten Fig. 16 und 17 zu entnehmen. Die horizontalen Durchschnitte der entgegengesetzten Seiten des Kolbens sind Fig. 16 und die verticalen Durchschnitte Fig. 17 dargestellt. Rings um die Peripherie des Kolbens B innerhalb der Deckplatten i, i sind zwei metallene Federringe k, k gelegt, welche durch eine Reihe gewundener Federn l, l nach oben und unten gegen die Deckplatten angedrückt werden und gegen die innere Wand des Dampfcylinders A, A durch eine Reihe bogenförmiger Federn m, m angedrückt werden. Auf der linken Seite von Fig. 17 sieht man einen der senkrechten Bolzen, auf dem die gewundene Feder l spielt, um die ringförmige Liederung k, k gegen die Deckplatten i, i zu drücken. Die rechte Seite von Fig. 17 zeigt die nämliche Vorrichtung in Verbindung mit denjenigen Theilen der Liederung, wo die Ringe k, k aufgeschnitten sind. Auf der linken Seite von Fig. 17 sieht man auch eine der bogenförmigen Federn m, durch welche die Liederungsringe k auswärts gedrückt werden; die rechte Seite der nämlichen Figur zeigt eine der bogenförmigen Federn, welche ein Metallstück auswärts drängt, das den Zweck hat die Fuge der Ringliederung zu bedecken. Indem die Bogenfedern in seitwärts wirken, drücken sie die Liederungsringe dicht gegen die innere Oberfläche des Cylinders. Um die Kolbenliederung noch dichter zu machen, läßt man Dampf in die ringförmige Kammer 0 des Kolbens hinter und zwischen die Liederungsringe, und zwar mit Hülfe der Röhren p, p, Fig. 17. Diese Röhren enthalten Ventile, welche sich beziehungsweise von der oberen und unteren Kolbenfläche nach der oberen und unteren Abtheilung des Cylinders öffnen. Eine an den äußeren Ring des Kolbengestells befestigte Hervorragung E, Fig. 13, enthält die genannten Röhren und Ventile. Die Röhren p, p öffnen sich in entgegengesetzten Richtungen durch die oberen und unteren Platten i, i des Kolbens, an die sie mittelst Muttern und Liederungen befestigt sind. An den Träger E sind zwei Ventilbüchsen q, q geschraubt, welche sich mittelst Liederungen dicht an die Röhren schließen. Die Ventile r, r verschließen die inneren Oeffnungen der Röhren und Ventilbüchsen, indem ihre conischen Ränder mittelst zweier concentrischer gewundener Federn s und t gegen die Ventilsitze gedrückt werden. Wenn die Ventile r, r sich öffnen, so tritt der Dampf aus dem Cylinder durch die Röhre p in den inneren Raum zwischen den Ventilbüchsen, und von da durch den Canal u in die ringförmige Kammer o des Kolbens, hinter und zwischen die Liederungsringe k, k. Die äußere Spiralfeder t, t hat den Zweck, das obere Ventil r zu unterstützen und geschlossen zu halten, während die innere oder kleinere Feder s beide Ventile r, r geschlossen hält, wenn der äußere Dampfdruck aufhört. Wenn nun die Expansivkraft des Dampfs in dem Cylinder gegen die obere Seite des Kolbens wirkt, so dringt der Dampf durch die obere Röhre p, drückt das Ventil r von seinem Sitz herab, und dringt durch den Canal v in die ringförmige Kammer o zwischen dem Kranz h und den Liederungsringen k, k, wo seine Expansivkraft die Federn l und m unterstützt, so daß die Liederungsringe k, k noch dichter gegen die Platten i, i und die Seiten des Cylinders angedrückt werden. Wirkt der Dampf gegen die untere Seite des Kolbens, so dringt er durch die untere Röhre p, hebt das Ventil r und tritt auf die oben beschriebene Weise in die ringförmige Kammer. Die Verschiebung der Liederungsringe rings um den Kolben wird durch einen kleinen an dem Kolbendeckel befestigten Stift verhindert, welcher in eine Hervorragung j, Fig. 13, des Ringes tritt. Kleine in Fig. 13 und 15 sichtbare Seitenschrauben verhüten bei Hinwegnahme der oberen Deckplatte das Herausfallen der Bolzen, womit die Deckplatten i, i zusammengehalten werden. Der Patentträger geht nun zur Beschreibung der eigenthümlich construirten Deckplatte des Dampfcylinders und ihres Zugehörs über. An den oberen Theil des Cylinders A, A sind zwei bogenförmige Flanschen F, F mit Verstärkungsrippen gegossen. Diese Flanschen dienen zur Aufnahme der verschiebbaren Bögen G, G, die eine Hülse enthalten, durch welche die oscillirende Kolbenstange C gleitet. Der gewölbte Cylinderdeckel H, H, Fig. 14 und 15, ist mit Segmenten versehen, die sich seitwärts erstrecken und den Flanschen F entsprechen. An den Cylinderdeckel ist ferner ein hohles Segment I befestigt, das rings an den Rändern einen dampfdichten Schluß hat, und zwischen sich und dem Cylinderdeckel einen kleinen Raum n läßt. Diese Theile F, H und I bilden zusammengeschraubt den gewölbten Cylinderdeckel mit einer parallelen diametralen Oeffnung und zwei seitlichen bogenförmigen Vertiefungen. Die verschiebbaren Bögen G, G passen an die Bogenstücke und verschließen die Oeffnung des Cylinderdeckels; sie lassen sich in den Vertiefungen der Flanschen und auf den Theilen H und I frei hin- und herbewegen. Der Mittelpunkt der verschiebbaren Bögen und ihrer Führungen mag in dem Mittelpunkte des Kolbens liegen, wenn sich derselbe in seiner Mittellage befindet. An den Schieber G, G ist die Schale v, v und der Deckel w, w befestigt, welche die Kugel K, K umschließen. Die Kolbenstange gleitet in der Kugel K, K durch eine dampfdicht geliederte Stopfbüchse. Diese Liederung wird durch ein cylindrisches Metallstück x, x, welches mittelst einer sechseckigen Mutter L dicht gegen die erstere geschraubt wird, in ihre Vertiefung gedrückt. Eine Platte y, y mit sechseckigem Loche verhütet die Drehung der Mutter während des Ganges der Maschine. Um das Gewicht des unteren Schiebers G, G zu tragen, wenn der Kolben sich aufwärts bewegt und der obere Theil des Cylinders luftleer ist, sind vier Bolzen x, x, Fig. 14 und 15, mit Federn, ähnlich denen bei den Sicherheitsventilen der Locomotiv-Dampfkessel, vorgerichtet. Diese Bolzen sind geliedert, um das Eindringen des Dampfs aus dem Cylinder in den hohlen Raum n zwischen den Schiebern zu verhüten. Um den Schieber beständig gegen seine Unterlage anzudrücken, sollte der Raum n mit dem Condensator in Verbindung stehen; man kann daher eine dünne Röhre an irgend einer geeigneten Stelle, entweder an den Seiten oder den Enden des Segmentes I befestigen. Bei Maschinen ohne Condensator sollte der Raum n mit der freien Atmosphäre in Communication stehen. Aus dem Vorangegangenen wird nun erhellen daß, während der Kolben in dem Cylinder auf- und niedergeht, die Kolbenstange oscilliren kann, indem sich die Schieber auf dem Cylinderdeckel hin – und herbewegen. Durch diese Anordnung wird die Kolbenstange in den Stand gesetzt, direct auf die Kurbel zu wirken, und das untere Ende der Stange wird sich vermöge der Art seiner Verbindung mit dem Kolben den schiefen Stellungen der Kolbenstange accomodiren. Eine kleine an dem unteren Ende der Stange angebrachte Rippe c, welche in einer entsprechenden Rinne des Lagers a läuft, verhütet die Drehung des Kolbens. Da die Deckplatte des Cylinders gewölbt ist, so bleibt zwischen dem Kolben und dem oberen Theile des Cylinders, wenn der erstere am höchsten Punkte seines Hubes angelangt ist, ein Raum. Zur Vermeidung des Dampfverlustes schlägt der Patentträger vor, diesen Raum mit hartem Holze M, M auszufüllen, in dessen Mitte für die freie Oscillation der Kolbenstange ein freier Raum gelassen ist. Fig. 18 stellt den auf den vierten Theil der Erfindung Bezug habenden Apparat im Aufrisse, Fig. 19 im Verticaldurchschnitte rechtwinkelig zu Fig. 18 und Fig. 20 im Grundrisse dar. A, A ist ein messingener Cylinder, welcher bei a, a auf den Dampfkessel B, B geschraubt wird. Auf den oberen mit Flanschen versehenen Rand dieses Cylinders sind vier Säulen C, C befestigt, welche die horizontale Platte D, D tragen. Ein gußeiserner an seiner äußeren Oberfläche vollkommen glatter Cylinder gleitet als Kolben durch eine kreisrunde Oeffnung d, d in der Platte D. Das untere Ende dieses Cylinders ist mit einer breiten Flansche e, e versehen, welche nahe an die innere Peripherie des messingenen Cylinders A anschließt. An ihrer unteren Seite Besitzt die Flansche e, e eine dampfdichte Liederung f, f aus einem biegsamen Stoffe. Das obere Ende des Cylinders oder Kolbens E ist durch eine Hülse g geschlossen, in deren oberem Ende eine Kugel h gelagert ist, welche durch einen Hals i, i an ihrer Stelle gehalten wird. An den Stiel der Kugel h ist das Ende einer beliebig langen Stange k befestigt. An das obere Ende der Stange k ist eine Zahnstange l befestigt, die in einen gezahnten Quadranten m greift. Dieser ist an dem einen Ende einer in dem Träger F gelagerten Achse n befestigt. Eine leichte Feder drückt gegen die Rückseite der Zahnstange I, um sie mit den Zähnen des Quadranten im Eingriff zu erhalten. Rings um den Kolben E ist eine starke Feder q, q gewunden, um den Kolben niederzudrücken, während der Dampfdruck im Dampfkessel gegen die gliederte Flansche e aufwärts drückt. Der Träger F ist an der Seite des zum Dampfkesselofen gehörigen Rauchfangs I befestigt, und die in den Rauchfang tretende Achse n enthält eine Scheibe, welche an das Innere des Rauchfangs beinahe anschließend, einen Dämpfer bildet, mit dessen Hülfe der Zug regulirt werden kann. Das obere Ende des Kolbens wird von einem Zahnrade r, r lose umschlossen, so daß derselbe durch das Zahnrad ungehindert auf- und niedergleiten kann, aber wenn das Zahnrad sich dreht, mit demselben rotiren muß. Auf der Platte D ist eine horizontale Achse G gelagert, welche eine in das Rad r greifende endlose Schraube t, und an ihrem Ende eine Rolle H enthält, mit deren Hülfe von irgend einem rotirenden Theile der Maschine aus die Achse G in Umdrehung gesetzt werden kann. Wenn die Dampfmaschine in Gang ist, so setzt der um die Rolle H geschlagene Riemen mit Hülfe der Achse und des Rades r den Cylinder in eine langsam rotirende Bewegung, welche jedoch auf das Steigen oder Sinken des Cylinders keinen Einfluß hat. Der gegen die untere Fläche f, f des Kolbens wirkende Dampfdruck strebt denselben zu heben, wogegen die kräftige Spiralfeder q einen dem mittleren Dampfdruck äquivalenten Gegendruck ausübt. Wenn nun der Dampfdruck im Kessel sein normales Maaß überschreitet, so hebt der Dampf den Cylinder oder Kolben E, jedoch nicht direct, sondern mit einer zusammengesetzten schraubenförmigen Bewegung, weil der Cylinder in der oben erwähnten langsamen Rotation begriffen ist, welche die Friction der Liederung f, f gegen die innere Wand des Cylinders A zu vermindern strebt. In Folge der Hebung des Cylinders E wird der gezahnte Quadrant m um die Achsen gedreht und dadurch der Dämpfer in eine Lage gebracht, welche den Zug im Schornstein und somit auch die Intensität des Ofenfeuers und den Dampfdruck vermindert. Sobald nun der Dampfdruck im Kessel nachgelassen hat, so wird der Cylinder E durch die Kraft der Feder q wieder hinabgedrückt und die Schornsteinklappe wieder geöffnet. Sollte aber die Spannung des Dampfs im Dampfkessel auf eine gefahrbringende Weise sich steigern, so hebt der Dampf den Boden des Kolbens E bis an den oberen Theil des Cylinders A. Sobald dieses stattfindet, strömt der Dampf durch eine seitwärts am Cylinders A angebrachte Oeffnung u und die Seitenröhre v; diese ist an ihrem Ende mit einer Pfeife versehen, welche sofort dem Maschinisten das nöthige Zeichen gibt. Soll der zuletzt beschriebene Theil der Erfindung bei einer stationären Dampfmaschine in Anwendung gebracht werden, so kann man den gezahnten Quadranten und die Zahnstange weglassen, und die Stange k oder l unmittelbar mit dem Dämpfer oder einer nach dem Dämpfer hingehenden Kette in Verbindung setzen; in beiden Fällen ist es aber wichtig, den Cylinder E und alle durch den Dampfdruck getragenen beweglichen Theile des Apparates mit der Dampfspannung im Kessel ins Gleichgewicht zu setzen. Hat z.B. der Cylinder A 50 Quadratzoll im Querschnitt, und der Dampfdruck im Kessel beläuft sich auf 4 Pfd. per Quadratzoll, so muß das Gesammtgewicht der Theile, welche die Bewegung dem Dämpfer mittheilen, 200 Pfd. betragen. Da jedoch in der Wirklichkeit diese beweglichen Theile nicht so viel wiegen, so müssen in den Cylinder E kreisrunde Gewichtscheiben eingesetzt werden, die den Apparat ins Gleichgewicht bringen. Um den Dämpfer in jeder beliebigen Lage zu befestigen, wenn der Cylinder E nicht arbeitet, z.B. wenn das Schiff bei unverminderter Dampferzeugung vor Anker liegt, zieht man die Stange l zurück außer Eingriff, bringt dann den Quadranten m in die gewünschte Lage und befestigt ihn in dieser, wie Fig. 18 zeigt, mittelst einer Schraube x an den Träger.