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Einzylinder-Dampfmotor mit Drehschiebersteuerung

Karl-Ernst Jenczok

Mit freundlicher Genehmigung der Fachzeitschrift


Der drehschiebergesteuerte Einzylinderdampfmotor in verschiedenen Gesamtansichten — click auf die Bilder

Bohrung: 20 mm · Hub: 20 mm

Es ist wie beim Auto: Zuerst fährt man am Anfang seiner „Autofahrerkarriere“ die kleinen Autos, um dann auf immer größere umzusteigen. Ähnlich ist es beim Bau von Dampfmaschinen. Zuerst die einfacheren kleinen, dann kommen normalerweise die größeren und aufwändigeren Dampfmaschinen.
Nachdem ich bereits einen kleinen Einzylinder-Dampfmotor mit Drehschiebersteuerung (vorgestellt in SM 12/94 und Journal Dampf Heißluft Ausgabe 4/2006) erfolgreich gebaut hatte, ereilte ihn das gleiche Schicksal wie viele seiner „Dampfkollegen“ - achtlos und Patina ansetzend in einem Vitrinenschrank weggestellt. Gelegentliche Exkursionen zu einer Ausstellung konnten sein „Mauerblümchendasein“ nicht lindern. Es gab da nur einen Weg: Ein Brüderchen musste her! Der Erbauer des Maschinchens hatte ein Einsehen und machte sich ans Werk. Größer, schöner und stärker wollte er ihn erschaffen. Nach Vollendung seines Werkes war es vollbracht! Kleinerer und größerer „Dampfmotorbruder“ stehen nun gemeinsam nebeneinander in der Vitrine. Und wenn sie nicht in Betrieb sind, schweigen sie gemeinsam und zufrieden vor sich hin. Was will man mehr! Jedoch zum Leben erweckt, kann der kleine dem größeren Dampfmotorbruder nicht das Wasser reichen. Der Kleine schnurrt nahezu geräuschlos vor sich hin, währenddessen der Größere etwas kräftigere „Herztöne“ von sich gibt. Wie bei den Autos: Die kleineren werden fast immer von den größeren überholt!

Doch kommen wir nun nach der fast rührseligen Einleitung zum Kernthema.

Kleiner und großer drehschiebergesteuerter Dampfmotor im Größenvergleich

Kurz vor dem Baubeginn, ich hatte mir schon einige Gedanken dazu gemacht, wurde ich durch einen Modellbaukollegen aufgeschreckt, der den kleinen Dampfmotor kannte und größer baute. Bei geschlossenem Gehäuse sind bei seinem Dampfmotor durch die enorme Kompression bei herabgehendem Kolben die Kurbelwellenkugellager in den Seitendeckel herausgedrückt worden. Selbst aus der kleinen Öffnung für den Ölpeilstab oben im Gehäuse sei eingefülltes Öl herausgespritzt. Deshalb ergab sich für mich eine Änderung gegenüber dem kleineren Dampfmotor. Das Gehäuse wurde offen ausgeführt, ohne Ölfüllung im Inneren. Die seitliche Öffnung im Gehäuse erlaubt es, Kolben und Pleuel ausreichend zu schmieren. Die Kompression bei heraufgehendem Kolben bekommen wir ja nach bekannter Methode in den Griff: Die Ableitung des Kompressionsdruckes über den Drehschieber.

Da ich mich nicht unnötig zur Langeweile des Abo-Lesers wiederholen will, möchte ich mich auf das Nötigste beschränken, um denjenigen, die den Baubericht des kleinen Dampfmotors noch nicht kennen, wesentliche Eigenheiten und kleine Bauhinweise für die größere Ausführung des Dampfmotors als kleine Bauhilfe zu geben.

Funktionsbeschreibung des Dampfmotors mit Drehschiebersteuerung

Der Zylinderkopf und dessen Befestigung. Über dem Schwungrad liegt der Dampfeinlassstutzen. click

Der hier beschriebene Dampfmotor funktioniert nach dem Gleichstromprinzip, d.h. der Dampfeinlass wird über einen Schieber, in diesem Fall durch einen oszillierenden Drehschieber gesteuert. Der Abdampf wird über einen Schlitz im Zylinder abgeleitet, den der Kolben im unteren Totpunkt freigibt. Durch das Freigeben des Schlitzes entweicht der noch unter Druck stehende Restdampf aus dem Zylinder und es entsteht dabei ein für diese Art von Dampfmotoren typisches „Auspuffgeräusch“.

Der entstehende Kompressionsdruck, den der Kolben bei der Aufwärtsbewegung im Zylinder produziert, sollte unbedingt vermieden werden. Der Kolben würde ansonsten zu stark abgebremst und es wäre nur ein sehr unregelmäßiger Lauf auch mit hohem Dampfdruck zu erzielen. Um diesen Leistungsverlust zu vermeiden, ist im oszillierenden Drehschieber eine „Dekompressionsbohrung“ vorhanden, die den entstehenden Kompressionsdruck auf ein Minimum reduziert. Der Drehschieber ist dazu mit zwei Bohrungen versehen, die eine für den Dampfeinlass, die andere für die Dekompression.
 

Bauhinweise

Kurbelwelle

Da das Pleuel aus Platzgründen einteilig ist, muss die Kurbelwelle teilbar sein. Zu diesem Zweck sitzen die beiden Wellenenden je in 2 Kugellagern. Der Kurbelzapfen ist mit einer Kurbelwange fest verbunden, in der anderen Kurbelwange hat der Zapfen einen Schiebesitz.

Die Kurbelwangen zuerst in einem Stück bohren und anschließend trennen. So sollte die Flucht des Pleuelzapfens in Ordnung sein. Die Wellenenden und auch der Pleuelzapfen (aber nur einseitig!) werden entweder in die Kurbelwangen eingeschrumpft oder eingeklebt und abschließend noch zur Sicherheit verstiftet.

Zylinderkopf und Drehschieber

Der Zylinderkopf besteht aus zwei Teilen, dem Zylinderdeckel und dem Drehschiebergehäuse. Zuerst wird der Vierkant mit der Drehschieberbohrung versehen, jedoch noch nicht ausgerieben. Dies erfolgt erst nach dem Auflöten des Drehschiebergehäuses auf dem Zylinderkopfdeckel. Beim Hartlöten verzieht sich leider oft eine fertig bearbeitete Bohrung, daher diese Maßnahme.

Den Drehschieber dann laut Zeichnung anfertigen. Er sollte mit einem Schiebesitz ohne merkliches Spiel in der Bohrung im Zylinderkopf passen. Der Drehschieber wird nun in dieser Bohrung festgesetzt, d.h. eine dickere UScheibe von der Dampfeinlassseite einschieben und den Dampfeinlass einschrauben. Der Drehschieber darf sich nicht mehr bewegen, denn jetzt wird die 2-mm-Dampfeinlassbohrung von der Unterseite des Zylinderkopfes gebohrt. Danach wird der Drehschieber soweit verdreht, bis das Loch gerade so verschwindet. Um fast den gleichen Verstellweg dann den Drehschieber nochmals in die gleiche Richtung weiterdrehen. Drehschieber nun wieder festsetzen und das 1-mm-Loch für die Dekompression bohren. Die Einhaltung dieser Vorgehensweise ist  ziemlich wichtig, daher lieber nochmals prüfen. Von dieser Einstellung hängt die Steuerzeit und damit das Laufverhalten des Dampfmotors ab. Die Bohrungen müssen so positioniert sein, dass eine schließt und die andere kurz danach öffnet. Andernfalls geht die Dampfzufuhr über die Dekompressionsbohrung teilweise verloren.

Einstellung der Steuerzeit

Blick auf die Anordnung der Drehschiebersteuerung mit Exzenter, Schubstange, Kugelkopf und Verstellhebel. click

Der Einzylinder- Dampfmotor wird nun bis auf den Zylinderkopf montiert, der Kolben auf den oberen Totpunkt gestellt. Im Zylinderkopf den Drehschieber soweit verdrehen, dass die Dampfeinlassbohrung gerade zu sehen ist. Der Steuerhebel sollte entweder ca. 20 Grad nach oben oder unten stehen, je nachdem in welcher Drehrichtung (links oder rechts von der Einlassbohrung gesehen) die Dekompressionsbohrung liegt. Auch hier den Drehschieber zu Montagezwecken vorübergehend festsetzen. Den Zylinderkopf montieren und mit dem Exzenter verbinden. Der Dampfeinlass sollte etwa 5 Grad vor dem oberen Totpunkt beginnen und kurz vor unterem Totpunkt schließen. Die Dekompressionsbohrung sollte ca. 20 Grad nach unterem Totpunkt öffnen und ca. 20 Grad vor oberem Totpunkt des Kolbens schließen. Öffnungszeit somit ca. 80 Grad.

Mit dieser Grundeinstellung müsste der Dampfmotor dann laufen. Die Feineinstellung der Steuerzeit ergibt sich dann durch probieren, d.h. durch Verlängern oder Verkürzen der Schubstange oder durch Verdrehen des Exzenters auf der Kurbelwelle. Wichtig ist auf jeden Fall, dass die Einlassbohrung im Zylinderkopf entweder in der obersten oder untersten Stellung des Schieberhebels voll geöffnet ist, je nach Drehrichtung.

Viel Spaß und Erfolg beim Bau!

Fotos und Zeichnungen: Karl-Ernst Jenczok

 

Stand: 07.03.2010