XC. Saulnier's Dampfmaschine mit veraͤnderlicher Expansion. Aus dem Portefeuille industriel du Conservatoire des Arts et Métiers, Bd. II. S. 73 im polyt. Centralblatt 1838, Nr. 30. Mit Abbildungen auf Tab. VI. Saulnier's Dampfmaschine mit veraͤnderlicher Expansion. Im Jahre 1834 gab Saulnier der aͤltere zur franzoͤsischen Industrieausstellung eine Hochdruk-Dampfmaschine mit veraͤnderlicher Expansion (à détende variable), welche die besondere Aufmerksamkeit der Beurtheilungscommission auf sich zog. Seit jener Zeit verfertigte Saulnier eine große Anzahl solcher Maschinen von 3 oder 4 bis zu 20 und 30 Pferdekraͤften, ja sogar einige von 50 Pferdekraͤften. Man war mit dem Gange derselben außerordentlich zufrieden, und sie empfehlen sich gleichmaͤßig durch Einfachheit und Soliditaͤt der Mechanik, durch Regelmaͤßigkeit des Ganges und geringen Betrag des Brennmaterialbedarfs. Was das allgemeine Arrangement der einzelnen Theile dieser Dampfmaschine betrifft, so ruht der Cylinder auf einem gußeisernen, nach einer Richtung zu hohlen Fuße in der Mitte einer vierekigen starken Bodenplatte, auf deren Eken sich vier Saͤulen erheben, welche oben mit einander verbunden sind und hier die Leitung fuͤr die nach Oben schiebende Kolbenstange und die uͤbrigen Nebentheile tragen; die Kurbelstangen gehen nach Unten, und unter dem Cylinder liegt die Haupt- oder Schwungradwelle, welche mitten unter dem Cylinder die Scheiben zur Steuervorrichtung traͤgt. Am oberen Theile des Cylinders ist die Dampfkammer mit dem Schieberventile angebracht; die Schieberstange kommt oben aus der Dampfkammer und ist durch zwei zu beiden Seiten niedergehende Stangen mit dem Winkelhebel verbunden, welcher seine steuernde Bewegung von der Schwungradwelle erhaͤlt. Der Regulator wird durch eine Schnur ohne Ende von einer Scheibe an der Schwungradwelle aus bewegt, und diese Schnur ist vermoͤge der Disposition der Theile uͤber Leitrollen gefuͤhrt und im Winkel gebrochen. Fig. 19 zeigt die Art und Weise, wie von der Schwungradwelle aus mittelst geschweifter Scheiben und des Rahmens die Steuerstangen bewegt werden. Direct uͤber dem Mittel der durchschnittenen Schwungradwelle ist die Dampfcylinderachse zu denken; die Darstellung des Fußes fuͤr den Dampfcylinder, durch welchen X' hindurchgeht, ist weggeblieben. – Fig. 21 bis 24 zeigen die vier Stellungen, welche der Schieber waͤhrend eines Umganges der Schwungradwelle anzunehmen hat. – Die Dampfleitung r'' fuͤhrt den Dampf aus der Dampfkammer uͤber den Kolben, und r''', welche Leitung sich laͤngs des Cylinders nieder erstrekt, fuͤhrt ihn unter den Cylinder; beide Leitungen dienen außerdem, wie gewoͤhnlich, zur Abfuͤhrung des gebrauchten Dampfes mit Huͤlfe der Hoͤhlung im Dampfschieber S und der Roͤhren r' und R. In Fig. 21 ist die Stellung angegeben, die der Schieber hat, wenn der Kolben im tiefsten Stande sich befindet und aufwaͤrts zu gehen anfaͤngt; soll nun mit vollem Cylinder ohne Expansion des Dampfes gearbeitet werden, so muß der Schieber diese Stellung beibehalten, bis der Kolben in seinen hoͤchsten Stand gekommen ist, und dann ploͤzlich die Stellung annehmen, welche Fig. 23 angibt, bei welcher dem Dampfe der vollkommen entgegengesezte Weg wie vorhin angewiesen wird, und nur nach vollendetem Kolbenniedergange ist eine zweite Schieberbewegung erforderlich. Sobald aber mit expandirendem Dampfe gearbeitet werden soll, muß, wenn der Schieber die Stellung Fig. 21 hat und der Kolben am tiefsten steht, nach einem gewissen Theile des Kolbenhubes, von welchem die Staͤrke der Expansion abhaͤngt, der Schieber in die Stellung Fig. 22 treten und dann dem Dampfe den Zutritt unter den Kolben wehren, nach vollendetem Hube vollends in die Stellung Fig. 23 treten, in dieser Stellung wieder waͤhrend eines Theils des Hubes verharren, um die Stellung Fig. 24 waͤhrend des uͤbrigen Hubtheiles zu behaupten, und endlich in die Stellung 21 nach vollendetem Hube treten, worauf dasselbe Spiel von Neuem beginnt. Betrachtet man diese Bewegungen des Schiebers genauer, so zeigt sich, daß der Schieber nur am Ende des Kolbenweges bewegt werden muß, wenn die Maschine mit vollem Dampfe ohne Expansion geht, dagegen außerdem auch noch nach vollendetem ersten Drittel oder Viertel des Kolbenweges, wenn die Maschine mit Expansion betrieben werden soll. Die Bewegung des Schiebers erfolgt auf folgende Art: An der Schwungradwelle der Maschine befindet sich eine excentrische Scheibe Y, welche Fig. 18 in zwei Ansichten darstellt; ihre Form ist etwas complicirt, doch besizt sie die Haupteigenschaft, daß alle gerade durch die Achse der Welle, an welcher sie sich befindet, gezogenen geraden Linien, welche in entgegengesezten Punkten der excentrischen Scheibe enden, einander gleich sind, oder mit anderen Worten, daß die Summe je zweier Radien dieser Scheibe, welche in eine gerade Linie fallen, eine constante Groͤße ist. Denkt man daher die Scheibe mit ihrer Welle in drehender Bewegung, und rechts und links in einer durch die Achse gehenden horizontalen Linie einen Punkt, welcher sich gegen den Umfang der Scheibe andruͤkt und sich von demselben nicht entfernen kann, so bleibt die Entfernung dieser beiden Punkte von einander immer gleich groß, und beide werden nur gleichmaͤßig nach Rechts und nach Links verschoben. Zugleich betraͤgt aber diese Verschiebung nach Rechts und Links eben so viel, als die Differenz des entsprechenden groͤßten und kleinsten Halbmessers der Scheibe betraͤgt. Aus den vorstehenden Eroͤrterungen wird sich die Wirkungsart des Fuͤhrungsrahmens (cage à galets), welcher von der excentrischen Scheibe bewegt wird, leicht begreifen lassen. Dieser Fuͤhrungsrahmen ist nebst Zubehoͤr in Fig. 19 abgebildet; er besteht aus zwei gußeisernen Endplatten, zwei Reibungsraͤdern und vier Verbindungsstaͤben. Jede dieser Endplatten X hat an den vier Eken Oeffnungen zur Aufnahme der Enden der vier Verbindungsstaͤbe, und an den Seiten zwei Erhoͤhungen, in welchen die Zapfen der Reibungsraͤder X' ihr Lager finden. Die Verbindungsstangen X'' sind in der Mitte mit eingelegten Stahlplatten versehen, mit denen dieselben an einem vollkommen cylindrisch gearbeiteten Theil der Schwungradwelle gleiten. Die vier Verbindungsstangen liegen parallel, zwei oberhalb, zwei unterhalb der Welle, zwei auf der einen und zwei auf der anderen Seite der Scheibe. An einer der beiden Endplatten ist der Verbindungstheil X' mit vier Schrauben befestigt, durch welchen die Bewegung des Fuͤhrungsrahmens auf den Winkelhebel Vv' uͤbertragen wird. Auf einem entsprechenden Lager ruht naͤmlich die Welle V', in deren Mitte sich der Arm V befindet, waͤhrend sie an beiden Enden die parallelen Arme v', v' traͤgt, welche mit den mittleren einen rechten Winkel bilden und bei T'' die Stangen T, t bewegen, welche mit dem Dampfschieber verbunden sind; um die senkrechte Lage dieser Stangen zu sichern, geht jede durch eine Leitung v'' in dem Gestelle V'', welches zugleich die Lager der Welle V' traͤgt. Der Fuͤhrungsrahmen nebst dem Verbindungstheile hat nur die beiden Stuͤzpunkte, naͤmlich die Schwungradwelle und das untere Ende des Armes V, und bewegt sich daher vollkommen frei in horizontaler Richtung. Soll die Gestalt der Scheibe bestimmt werden, so ist zu erwaͤgen: ob die beiden Hebelarms V und v' gleich oder ungleich sind, im ersten Falle muß der Fuͤhrungsrahmen horizontal genau dieselbe Bewegung machen, welche der Schieber in vertikaler Richtung zu machen hat; ferner ist zu bestimmen, nach dem wie vielsten Theile des Kolbenhubes die absperrende Schieberbewegung erfolgen soll. In dem Augenblike, wo die Schieberbewegung eintreten soll, wird der Krummzapfen der Schwungradwelle einen gewissen Winkel mit der Vertikallinie bilden, welcher von den Dimensionen der Kurbel und Kurbelstange abhaͤngt und sich durch Rechnung und Zeichnung finden laͤßt. Sezen wir nun fest, daß die gesammte Bewegungsgroͤße des Schiebers = 3, d.h. 3 Mal der vertikalen Hoͤhe eines Dampfcanals r', r'' oder r''' gleich sey, wobei eine solche Hoͤhe als Maaßeinheit dienen soll; daß die Hoͤhe des Dampfschieberraumes im Lichten = 4 und die aͤußere Hoͤhe des Dampfschiebers = 6 ist, und daß die beiden Arme V, v' einander gleich sind, so muß der Fuͤhrungsrahmen eine Bewegungsgroͤße = 3 haben. Die Maschine soll nach 1/3 des Kolbenweges den Dampf absperren. Sobald der Kolben im tiefsten Stande angekommen ist, so muͤssen nach und nach folgende Bewegungen gemacht werden: in dem Augenblike, wo der Kolben zu steigen anfaͤngt, muß der Schieber die Bewegung 2 nach Oben machen und die Stellung Fig. 21 einnehmen (die Scheibe muß eine schiefe Ebene mit der Neigung 2 nach der einen Seite haben); in dieser Stellung bleibt, der Schieber waͤhrend 1/3 des Hubes; waͤhrend der Zeit macht der Krummzapfen 76° 38' Umgang (an die schiefe Ebene der Scheibe schließt sich daher ein Bogen von 76° 38'); nun soll der Dampf abgesperrt und der Schieber in die Stellung Fig. 22 gebracht werden, folglich eine Bewegung = 1 herunter machen (die Scheibe hat hier eine abfallende schiefe Ebene von 1 Hoͤhe); in dieser Stellung verharrt der Schieber bis ans Ende des Hubes, d.h. waͤhrend der Kurbelarm 103° 22' durchlaͤuft (folglich hat die Scheibe hier einen Bogen von 103° 22'). Die nun beginnende niedergehende Bewegung fordert wieder zwei schiefe Ebenen und zwei Bogen an der Scheibe, indem der Schieber erst eine Bewegung = 2 nach Unten und dann eine Bewegung = 1 nach Oden zu machen hat. Vergleicht man die Bogen der Scheibe, welche dieß bewirken, mit den vorhergehenden, so zeigt sich, daß sie gerade entgegengesezt liegen, und daher die Eigenschaft der Scheibe hervorbringen, daß zwei in einer geraden Linie liegende Halbmesser zusammen immer gleich groß sind, wodurch die Scheibe zur Bewegung des Fuͤhrungsrahmens geschikt wird. Hiebei ist angenommen, daß man die Differenz, welche noch dadurch Statt findet, daß die Kurbel bei 1/3 des niedergehenden Kolbenweges nur 65° 2' durchlaͤuft, waͤhrend sie bei 1/3 des aufgehenden 76° 36' durchlief, so ausgeglichen hat, daß man einen zwischen beiden Bogen liegenden mittleren Bogen nimmt (etwa 70°), wobei beim Niedergangs eine unbedeutende Menge mehr Dampf in den Cylinder gefuͤhrt wird, als beim Kolbenaufgange. Bezeichnen wir den kleinsten Halbmesser der Scheibe mit v, so wuͤrden sie umlaufend aus folgenden Bogen bestehen: Bogen von   70 Grad mit dem Halbmesser ν + 3   –  – 110       –  –       – ν + 2   –  –   70       –  –       – ν   –  – 110       –  –       – ν + 1 so daß ν + 3 + v = v + 2 + v + 1 jedesmal = 2 + ν + 3 wird. An den Enden sind die Bogen durch entsprechende schiefe Ebenen mit einander zu verbinden. Haͤtte die Absperrung des Dampfes nicht nach 1/3 des Kolbenhubes, sondern schon nach 1/4 erfolgen sollen, so wuͤrde nach dem Vorigen nichts zu aͤndern gewesen seyn, als die Bogenlaͤngen; man haͤtte naͤmlich statt 70 Grad einen Bogen von 60° waͤhlen muͤssen, und umgekehrt statt 110° einen Bogen von 120°. Saulnier wollte aber seine excentrische Scheibe so vorrichten, daß sie leicht eine verschiedene Expansion zu bewirken vermoͤge. Fuͤhren wir nun an einem Beispiele durch, wie dieß moͤglich ist. Es ist zunaͤchst die Frage, was muß geschehen, wenn die Absperrung erst nach 2/3 des vollendeten Hubes erfolgen soll? Der Krummzapfen durchlaͤuft beim Kolbenniedergange 65°, waͤhrend der Kolben 1/3 des Hubes vollendet; folglich wird er 115° beim aufsteigenden Kolbengange zuruͤklegen, waͤhrend der Kolben 2/3 seines Weges vollendet. Beim Aufgange beschreibt im ersten Drittel des Kolbenweges der Krummzapfen 76°, folglich waͤhrend 2/3 des niedergehenden Kolbenspieles 104°. Das Mittel aus 116 und 104 ungefaͤhr 108°; man muß daher, um eine Absperrung bei 2/3 des Kolbenweges zu erhalten, den vorher erwaͤhnten Bogen von 70° durch einen von 108° ersezen. Oder denkt man sich neben einander befindlich an ein und derselben Welle zwei nach Art der vorher beschriebenen eingerichtete Scheiben angebracht, von denen die eine mit der Welle fest verbunden, die andere dagegen um die Welle drehbar ist und in verschiedenen Stellungen an die erstere befestigt werden kann, so wird man nun mit diesen beiden Scheiben eine Absperrung bei 1/3 des Kolbenweges bewirken, wenn die Scheiben so uͤber einander liegen, daß sie sich vollkommen deken; dagegen wird eine Verminderung dadurch moͤglich werden, daß man die Scheiben so neben einander verschiebt, daß z.B. die beiden Bogen von 70° zu beiden Seiten so viel uͤber einander herausstehen, daß sie einen Bogen von 108° zusammen ausmachen. Die Theile, welche dann auf die Reibungsraͤder des Fuͤhrungsrahmens wirken, gehoͤren dann abwechselnd der beweglichen und der festen Scheibe an, und es muͤssen daher die Reibungsraͤder eine Breite haben, welche der Summe der Starken der beiden Scheiben entspricht. hiebei ist nun noch zu bemerken, daß, waͤhrend sich der Vergroͤßerung des Bogens mit dem groͤßten Halbmesser kein Hinderniß in den Weg stellt, der Theil der Scheibe mit dem kleinsten Halbmesser nicht gleichmaͤßig vergroͤßert wird, indem dann das benachbarte Stuͤk mit dem groͤßeren Halbmesser nicht so verschwindet, wie es die aͤußere Flaͤche der anderen Scheibe vorschreibt; man muß daher bei der einen Scheibe dadurch nachhelfen, daß man dieses Stuͤk gaͤnzlich fehlen laͤßt, was offenbar nicht vom geringsten Nachtheile ist, da die beiden schiefen Ebenen, welche den Bogen der Scheibe vom kleinsten Halbmesser begraͤnzen, ebenfalls den beiden Scheiben angehoͤren. Um die Absperrung bei 1/3 in eine bei 2/3 zu verwandeln, muͤßte man beide Scheiben um 38° gegen einander verstellen; wenn man sie nur um 10, 20, 30° verstellt, so bewirkt man Absperrungen, welche innerhalb 1/3 und 2/3 des vollendeten Hubes Statt finden. Fig. 18 stellt diese Einrichtung zweier neben einander verschiebbarer Scheiben vor. Die feste Scheibe Y ist mit dem Bolzen y versehen, welcher durch den bogenfoͤrmigen Einschnitt y' in die bewegliche Scheibe Y' geht und zur Befestigung beider Scheiben an einander dient; außerdem ist an Y noch der Schraubenbolzen y'' befindlich, welcher zur Befestigung dieser Scheibe auf der Welle dient. Die zweite, von uns noch abgebildete Einrichtung ist die Stellung der Dampfklappe gegen den Regulator; Fig. 25 zeigt den an einem schiklichen Punkte des Gestelles angebrachten Regulator, welcher keiner Erklaͤrung weiter zu beduͤrfen scheint; auf die gewoͤhnliche Art wird bei demselben durch das Auseinanderfahren und Zusammenfallen der Schwungkugeln Z', Z' die Stange W' gehoben und gesenkt, welche durch die Verbindungsstange W mit einem Hebelarm an der Achse w zusammenhaͤngt, welche leztere innen die Dampfklappe tragt. Die verschiedene Neigung des Hebelarmes bestimmt die Menge des einstroͤmenden Dampfes; die Adjustirung des Regulators aber fuͤr einen bestimmten Gang der Maschine erfolgt gewoͤhnlich so, daß die Stange W unten ein breites, mit mehreren unter einander befindlichen Loͤchern versehenes Ende hat; in eines dieser Loͤcher wird dann der Zapfen am Ende des Hebelarmes gestekt. Hier dagegen ist die Stange W durch ein Gelenk mit dem Hebelarme verbunden und an einer Stelle mit dem in Fig. 20 besonders gezeichneten Stellungstheile versehen. W traͤgt naͤmlich unten eine Schraube, w'' oben eine Mutter; lezterer Theil ist unten mit Handgriffen versehen, um gedreht werden zu koͤnnen, und ist, natuͤrlich auch drehbar, mit dem nach dem Hebelarme fuͤhrenden Stangenstuͤke verbunden. Durch Umdrehung von w'' wird daher dasselbe bewirkt, was eine Veraͤnderung der Loͤcher bei der gewoͤhnlichen Einrichtung bezwekt, nur daß die hier abgebildete Vorrichtung den Vorzug besizt, daß keinen Augenblik die Verbindung von W'' mit der Dampfklappe unterbrochen wird, waͤhrend bei der anderen Einrichtung sich doch wenigstens einen Augenblik lang die Regulirung der Maschine in der Hand des Arbeiters befindet. Zugleich bietet diese Vorrichtung die groͤßte Bequemlichkeit beim Reguliren waͤhrend des Ganges. Fig. 18 ist in 1/12 der natuͤrlichen Groͤße gezeichnet; Fig. 19, 21, 22, 23 und 24 in 1/16; Fig. 20 in 1/8 und Fig. 25 in 1/25.