Nikola Tesla German Patent 84335 - Pendulum Swinging in a Straight Line, Powered by Steam or Compressed Air

Patentschrift Nr. 84 335

Klasse 83: Uhren.

Nikola Tesla in New York (V. ST. A.).

Durch Dampf Oder Druckluft Betriebenes, Geradlinig Schwingendes Pendel.

Patentiert im Deutschen Reich vom 29. August 1893 ab. Ausgegeben den 3. Dezember 1895.

Bei den bisher gebräuchlichen Treibmaschinen hat man eine unter wechselnder Belastung möglichst gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit dadurch zu erzielen versucht, daß man mit den hin- und herbewegten Maschinenteilen Schwungräder oder gleichwertige andere kreisend bewegte Organe von großem Beharrungsvermögen verband. Nach vorliegender Erfindung wird die Gleichmäßigkeit der Bewegung auf neuartige, vorteilhaftere Weise und unter Vermeidung der den Maschinen vorerwähnter Art anhaftenden Uebelstände dadurch gesichert, daß man die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens durch einen federnden Körper, zweckmäßig einen in geschlossenem Raume befindlichen Luftkörper, regelt, indem man die Elastizität oder den Widerstand dieses federnden Körpers einerseits und das Beharrungsvermögen des Kolbens oder beweglichen Maschinenteils andererseits in ein solches Verhältnis zueinander bringt, daß diejenigen Kräfte, welche dahin wirken, die bewegten Teile in eine bestimmte Lage zu bringen, dem Bewegungsausschlag dieser Teile proportional sind. Zu diesem Zweck läßt man bei der nach vorliegender Erfindung eingerichteten Maschine den durch Dampf oder ein unter Spannung befindliches Gas in hin- und hergehende Bewegung versetzten Kolben entweder unmittelbar oder mittelbar auf einen im geschlossenen Raum befindlichen Luftkörper in der Weise einwirken, daß der Kolben, indem er bei der Hin- und Herbewegung sich der einen oder anderen von seinen beiden Endlanger nähert, den Luftkörper zusammendrückt, der dadurch eine gewisse federnde Wirkung ausübt und den Kolben wieder zurückzubewegen strebt. Die normale Spannung des auf den Kolben einwirkenden Treibmittels bewirkt bei der so eingerichteten Maschine einen Kolbenhub von bestimmter Größe. In dem Maße, in welchem die Spannung des Treibmittels über den normalen Wert steigt oder unter denselben herabgeht, wird der Kolbenbub vergrößert oder verringert und dementsprechend der federnde Luftkörper mehr oder weniger zusammengedrückt, so daß er im einen Fall mit größerer und im anderen Fall mit geringerer Kraft auf den Kolben zurückwirkt. Man hat es also in der Hand, durch entsprechende Abmessung des Widerstandes des federnden Körpers einerseits und des Beharrungsvermögens der bewegten Maschinenteile andererseits die Bewegungsgeschwindigkeit zu einer fortwährend sich gleichbleibenden zu machen. Von etwaigen Schwankungen in der Spannung des Treibmittels wird bei dieser Einrichtung nicht die Bewegungsgeschwindigkeit, sondern nur die Größe der Bewegung beeinflußt, genau wie bei einem Pendel die Änderungen in der dasselbe periodisch anstoßenden Kraft nicht die Schwingungsphasen, sondern nur den Ausschlag der Schwingung ändern.

In der Zeichnung ist eine nach vorliegender Erfindung ausgeführte Maschine im senkrechten Schnitt veranschaulicht.

A bezeichnet den Hauptzylinder, in welchem sich der Kolben B bewegt. Durch die Seitenwandungen des Zylinders treten einander gegenüber Dampfeinlaßöffnungen C C etwa in der Mitte hindurch. Die ebenfalls in den Zylinderwandungen vorgesehenen Dampfauslaßöffnungen D D treten mit Abzweigungen an jeder Seite der Dampfeinlässe einander gegenüber in das Innere des Zylinders ein.

Die am Umfang des Kolbens B angeordneten Nuten E F stehen durch Öffnungen G an den betreffenden gegenüberliegenden Seiten des Kolbens mit dem Zylinder in Verbindung.

Die besondere Art der Einrichtung und Anordnung des Zylinders, des Kolbens und der Dampfein- und Auslässe ist nicht gerade wesentlich. Es ist zweckmäßig, die Dampföffnungen, und vor allem die Ausströmungsöffnungen erheblich größer als sonst üblich zu bemessen, damit nicht etwa irgend eine unter dem Einfluß des Dampfes oder der Druckluft zur Wirkung gelangende Kraft der Rückkehr des Kolbens nach der einen oder der anderen Richtung entgegenwirken kann.

Die durch Stopfbüchsen in den Enden des Zylinders hindurchtretende Kolbenstange H tritt mit einer einseitigen Verlängerung durch Stopfbüchse V eines besonderen Zylinders I hindurch, der in gleicher Linie mit dem erstgenannten Zylinder angeordnet ist und in welchem sich der an der Kolbenstange H sitzende Kolben J bewegt.

Dieser Zylinder I hat keinerlei Einoder Auslaßöffnungen und ist im allgemeinen luftdicht eingerichtet, soweit nicht die Dichtungsflächen der Stopfbüchse V etwas Luft hindurchlassen. Erfahrungsgemäß brauchen aber diese Stopfbüchsen nicht allzugenau abdichtend eingerichtet zu werden.

Durch ein den Zylinder I umgebendes Gehäuse K wird um denselben ein freier Raum geschaffen, wobei die Stopfbüchsen V des Zylinders I durch das Gehäuse K nach außen hindurchtreten und der freie Raum zwischen dem Zylinder und dem Gehäuse durch Packungsmaterial dampf- oder luftdicht gemacht ist.

Das Hauptzuführungsrohr L für Dampf oder Druckluft mündet in den freien Raum, von dem aus alsdann zwei Rohre nach dem Zylinder A führen. In der Nähe dieser Rohre sind Schmiergefäße M so angeordnet, daß aus denselben Öl durch die Rohre nach dem Kolben geführt wird.

Bei der hier veranschaulichten Ausführungsform der Maschine befindet sich an dem den Zylinder I umgebenden Gehäuse K ein rohrstutzenartiger Fortsatz N, mit welchem das Gehäuse an das Ende des Zylinders A angeschraubt ist. Auf diese Weise ist eine kleine Kammer O geschaffen, an deren Seiten sich Luftlöcher P befinden, und von welcher aus Abtropfröhren Q ausgehen, die das sich ansammelnde Öl abführen.

Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt: Bei der veranschaulichten Lage der Teile, bei welcher der Kolben sich in der Mitte seines Hubes befindet, herrscht zu beiden Seiten des alsdann in der Mitte des Zylinders I befindlichen Kolbens ein dem Druck der äußeren atmosphärischen Luft entsprechender Luftdruck. Wenn nun mit den Einlaßrohren C C des Zylinders A irgend eine Dampfquelle bezw. eine Druckluftabgabevorrichtung verbunden und dadurch dem Kolben, etwa durch einen plötzlichen Stoß, Bewegung erteilt wird, so wird der Kolben sich in bekannter Weise hin- und herbewegen. Die Bewegung des Kolbens nach der einen wie nach der anderen Richtung hört auf, sobald die denselben treibende Kraft und das angesammelte Kraftmoment durch den zunehmenden Druck des Dampfes oder der Druckluft in dem der Bewegungsrichtung des Kolbens entsprechenden Ende des Zylinders ausgeglichen werden, und da der Kolben bei seiner Bewegung an einer bestimmten Stelle den ihn treibenden Druck absperrt und dadurch den im Sinn einer Rückkehrbewegung des Kolbens wirkenden Druck zur Geltung gelangen läßt, wird der Kolben nunmehr wieder in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Diese wechselweise Wirkung setzt sich so lange fort, als der erforderliche Druck zugeführt wird.

Durch die Bewegungen des Kolbens wird in den verschiedenen Seiten des Zylinders I die Luft abwechselnd zusammengedrückt und ausgedehnt, indem bei der Vorwärtsbewegung die Luft vor dem Kolben J zusammengedrückt wird, findet eine gewisse federnde Wirkung statt, welche dahin strebt, den Kolben wieder zurückzubewegen. In gleicher Weise strebt die bei dieser Rückwärtsbewegung zusammengedrückte Luft dahin den Kolben vorzubewegen.

Dieses Zusammendrücken der Luft im Zylinder I und der dadurch der Hauptsache nach infolge der mangelhaften Elastizität der Luft hervorgerufene Energieverlust hat eine ziemlich erhebliche Wärmeentwicklung zur Folge, und diese Wärme wird in der Weise ausgenutzt, daß man Dampf oder die Druckluft durch den Raum hindurchleitet, welcher durch das den Zylinder I umgebende Gehäuse geschaffen ist, so daß dadurch der auf den Kolben zur Wirkung gebrachte Dampf oder die Druckluft erwärmt und somit die Wirksamkeit der Maschine erhöht wird.

Bei der mittleren Stellung des Kolbens J im Zylinder I wird in diesem deshalb stets im wesentlichen derselbe Druck wie derjenige der äußeren Atmosphäre herrschen, weil der Zylinder zwar ein plötzliches Entweichen der Luft in dem Maße, daß die Wirksamkeit des Luftpolsters merklich darunter leiden könnte, nicht zuläßt, dabei aber ein langsames Durchsickern der Luft nach innen und außen durch die Dichtungsflächen um die Kolbenstange herum nach Maßgabe des jeweilen im Zylinder herrschenden Druckes gestattet, so daß der Luftdruck an den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens stets dem äußeren Atmosphärendrucke ungefähr gleich bleiben wird.

Als Beispiel einer Art und Weise, welche die Verwendung der Maschine ermöglicht, ist in der Zeichnung die Kolbenstange mit einer doppelten Schiebklaue R verbunden gezeigt, durch deren Schwingungen ein beliebiges Räderwerk, etwa ein Uhrwerk, angetrieben wird. Eine andere Anwendungsweise würde darin bestehen, daß man einen elektrischen Leiter im magnetischen Felde bewegt. Es liegt auf der Hand, daß die Maschine durch ihre besonderen Eigenschaften für diese und mancherlei andere Zwecke mit Vorteil verwendbar ist. Besonders geeignet sind derartige Maschinen in kleiner Ausführung.

Statt des federnden Luftkörpers könnte man auch eine eigentliche Feder oder einen andersartigen elastischen Körper anwenden, indessen bietet die Anwendung von Luft mancherlei Vorzüge. Ferner könnte man, statt für den Luftkörper und den auf diesen wirkenden Kolben einen besonderen Zylinder anzubringen, den Maschinenkolben in seinem eigenen Zylinder auf einen darin eingeschlossenen Luftkörper unmittelbar einwirken lassen; indessen verdient die beschriebene Anordnung deshalb den Vorzug, weil dadurch die Beeinflussung des Luftkörpers durch etwaige Änderungen im Druck des auf den Kolben wirkenden Dampfes vermieden wird und die durch das Zusammendrücken des Luftpolsters erzeugte Wärme besser ausgenutzt werden kann.

Patentanspruch:

Ein durch Dampf oder Druckluft betriebenes, geradlinig hin- und her schwingendes Pendel, gekennzeichnet durch die starre Verbindung oder Vereinigung eines zwischen Federn oder Luftpolstern gehaltenen schwingenden Körpers J mit einem Kolben B, der nach einmaligem Anstoß den Zu- und Abfluß des Druckmittels so steuert, daß Körper J und Kolben B dauernd in Schwingung erhalten werden.