Ansichten der Dampfmaschine mit Ventilsteuerung

Ventiltrieb              Kurbeltrieb

Technische Daten:

Abmessungen:    

Gesamtlänge         :  329 mm

Gesamtbreite        :  229 mm

Gesamthöhe          :  145 mm

Gewicht                :  4,2 kg

Baujahr                 :  2021 (Fertigstellung)

Ausführung:

Ventilgesteuerte Dampfmaschine

Modell mit einem doppelwirkenden Zylinder, liegend,

Zylinderbohrung: 28 mm, Hub: 32 mm,

Kolben mit zwei Kolbenringen.

Dampfsteuerung durch metallisch dichtende Ventile, Betätigung mittels Exzenterwelle, Schieberstange und Kipphebel.

Wälzgelagerte Kurbelwelle, Kurbellager und Steuerwelle.

Von der Steuerwelle angetriebener Zentrifugalregulator, welcher auf ein Drosselventil wirkt.

Schwungrad-ø 123 mm.

Oberflächenbehandlung:

Die Teile der Maschine sind hauptsächlich mattschwarz, pulverbeschichtet. Die Stahlteile sind vorwiegend brüniert (Schwarzbeize), die Messingteile sind nur poliert und/oder leicht geölt.

Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser doppelwirkenden Dampfmaschine mit Ventilsteuerung:

Bei der doppelwirkenden Dampfmaschine erfolgt während einer Kurbelumdrehung auf jeder Seite des Kolbens ein Arbeitsprozess. Die Dampfsteuerung erfolgt zwangsläufig durch je ein Ein- und Auslassventil in jedem Arbeitsraum. Die Maschine hat eine durch ein Kegelradpaar angetriebene Steuerwelle. Die einzelnen Ventile werden von Exzentern über die Schieberstange und Kipphebel betätigt.

Die Einlassventile sind von Oben und die Auslassventile von Unten in die Zylinder montiert.

Die Einlassventile sind als Tellerventile ausgeführt, welche von oben mit Dampf beaufschlagt und durch den Dampfdruck gegen den Ventilsitz gedrückt werden. Die Auslassventile sind normale Sitzventile, wie sie auch in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, welche zum Zylinderraum hin öffnen.

Der Zentrifugalregulator regelt die Drehzahl der Maschine in dem er über einen Hebelmechanismus auf ein Drosselventil im Dampfeingang zum Zylinder wirkt.

Der Arbeitskolben ist über die Kolbenstange mit dem Kreuzkopf verbunden und der Kreuzkopf ist mit der Schubstange an die Kurbelwelle gekuppelt. Der Kreuzkopf läuft in einer Führung im Bajonettrahmen. Er dient der Abstützung des Momentes vom Kurbeltrieb und somit der Entlastung der Kolbenstange.

Die Vorgänge während einer Umdrehung der ventilgesteuerten Verbunddampfmaschine:

Kurz vor dem hinteren Totpunkt des Kolbens im kurbelseitigen Zylinderraum beginnt der Einlassexzenter das Einlassventil zu öffnen, der Frischdampf kann auf der Kurbelseite in den Zylinder einströmen und bewegt den Kolben nach vorne. Schon weit bevor der Kolben den vorderen Totpunkt erreicht hat wird das Einlassventil geschlossen und der Dampf im Zylinder kann noch ein wenig expandieren. Nachdem der Kolben den vorderen Totpunkt durchlaufen hat, wird das Auslassventil geöffnet und der Dampf kann über den Auslasskanal aus dem Zylinder in das Abdampfrohr entweichen. Eine gewisse Zeit vor dem Erreichen des hinteren Totpunktes wird das Auslassventil wieder geschlossen und der im Zylinderraum befindliche Restdampf wird nun ganz leicht komprimiert. Wenn die Maschine im hinteren Totpunkt angekommen ist beginnt der Zyklus von neuem. Der Prozess in dem deckelseitigen Zylinderraum erfolgt mit einem 180° entsprechenden Phasenversatz.

Besonderheiten:

Der bauliche Aufwand von ventilgesteuerten Dampfmaschinen ist gegenüber den oszillierenden und den schiebergesteuerten Maschinen wesentlich größer (mehr Teile und erheblich aufwendigere Einstellung).

Der Arbeitskolben ist zur besseren Abdichtung mit zwei PTFE-Kolbenringen bestückt und die Kolben- und Ventilstangen mit Stopfbuchsen (Runddichtringen) abgedichtet.

Diese Maschine läuft bauartbedingt nicht in jeder Stellung selbst an.

Die Dampfmaschine hat auf Grund der feste Einstellung der Exzenter nur eine Drehrichtung. 

Die Maschine benötigt zur Überbrückung der Totpunkte und zur Harmonisierung des Laufes ein Schwungrad.

Der Balkenrahmen, das Aussenlager und das Schwungrad waren Gussteile aus dem Sortiment von Torsten Schür (TSM-L30). Hier habe ich jedoch, um einen etwas größeren Hub zu erreichen, einige Änderungen vorgenommen. Die sonstigen Teile (bis auf die Wälzlager, die Zahnräder und die Modellbauschrauben) der Maschine wurden aus Stangenware, bzw. aus Halbzeugen angefertigt.

Bis auf einige Teile der Zylinder habe ich die Maschine, größtenteils aus Zeichnungen der Dampfmaschine GL-DM14C abgeleitet. Hierzu wurden auch diverse Teile mit CAD gezeichnet. Einen vollständigen Bauplan dazu habe ich jedoch, auch auf Grund der Komplexität, nicht erstellt.

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Stand: 31. Dezember 2023