3B Scientific Steam Engine G User Manual [en, de, es, fr, it]

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Dampfmaschine, transparent U10055

Bedienungsanleitung

07/05 ALF

bp

bq

br

bs

bt

bu

PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

1

23

4

1 Kondensatschlauch

2 Abdampfschlauch

789blbmbnbo

3 Abflussschlauch

4 Feder

5 Schwungrad

6 Kurbelwelle

7 Pleuel

8 Arbeitszylinder

9 Arbeitskolben

bl Zylinderwange

bm Träger

bn Zudampfschlauch

bo Sicherheitsventil

bp Kesselverschluss

bq Kessel

br Abdampfrohr

5

6

bs Grundplatte

bt Spiritusbrenner

bu Kondensatbecher

Die Dampfmaschine dient zur Demonstration der Funk­tionsweise einer oszillierenden Dampfmaschine.

Sicherheitsnormen Dampfmaschinen allgemein Bezogen auf Dampfmaschine U10055

1. Keine scharfen Ecken und Kanten

2. Schutz gegen Korrosion 2. Es wurden keine korrosionsanfälligen Werkstoffe ver-

3. Temperaturbegrenzung bei Bedienungselementen 3. Der Docht des Spiritusbrenners ist verstellbar.

4. Bei der Dampfmaschine darf der Kesselinhalt
2000 ccm und der Betriebsdruck 1,5 bar Überdruck
nicht überschreiten.

• Für Dampfmaschinen gelten die Sicherheitsnormen

nach DIN 31000:1979-03.

1. Es sind keine scharfen Ecken und Kanten vorhanden.

wendet.

4. Der Kesselinhalt beträgt 50 ccm. Der Betriebsdruck
beträgt 0,5 bar.

1

1. Sicherheitshinweise

Sicherheitsnormen Dampfmaschinen allgemein Bezogen auf Dampfmaschine U10055

5. Ein unverstellbares Federsicherheitsventil aus nicht
rostendem Material, wobei der Ansprechdruck unter
max. 3,0 bar (2-facher Betriebsdruck) liegen muss.

6. Der Berstdruck des Kessels beträgt wenigstens den
3-fachen Betriebsdruck.

7. Der Wasserstand muss möglichst als Schauglas ange­zeigt werden.

8. Eine leicht verständliche Gebrauchsanleitung und die
Kennzeichnung mit Namen oder Zeichen des Her­stellers ist vorgeschrieben.

• Dampfmaschine nur in Betrieb nehmen, wenn sich

alle Bauteile in einem einwandfreien Zustand befin­den und deren Funktionstüchtigkeit gewährleistet ist.
Insbesondere ist darauf zu achten, dass sich im glä­sernen Kessel bq kein Riss befindet oder er nicht
anderweitig beschädigt ist.

• Ausschließlich destilliertes Wasser, entmineralisiert

nach VDE 0510, verwenden. Bei Gebrauch herkömm­lichen Leitungswassers ist durch entsprechende Ab­lagerungen an sicherheitsrelevanten Bauteilen deren
Funktionsfähigkeit nicht mehr gewährleistet.

• Brennspiritus vorsichtig in Spiritusbrenner bt ein-

füllen, darauf achten, dass nichts verschüttet wird.

• Spiritusbrenner nie befüllen, solange der Docht noch

glimmt oder eine andere offene Flamme in der Nähe
ist.

• Spiritusflasche nach Gebrauch sofort verschließen.

• Nicht in die offene Flamme fassen.

• Vorsicht! Flamme des Spiritusbrenners nur mit dem

befestigten Deckel löschen. Die Flamme nicht in der
Nähe des Kessels ausblasen, da ein plötzlicher Tem­peraturwechsel zum Bruch des gläsernen Kessels
führen kann.

• Die Beheizung des Kessels ist nicht zulässig, wenn er

nicht mit Wasser gefüllt ist. Daher ist die Flamme des
Spiritusbrenners rechtzeitig zu löschen.

• Während und nach dem Betrieb der Dampfmaschine

Dampf führende Bauteile insbesondere Kessel bq,
Schläuche 1, 2, 3, bn, Abdampfrohr br,
Träger bm und auch Spiritusbrenner bt nicht berüh­ren. Verbrennungsgefahr!

• Dampfmaschine vor dem Wegräumen abkühlen las-

sen.

2. Beschreibung, technische Daten

Die oszillierende Dampfmaschine wurde für den Einsatz
als Lehrmittel konzipiert. Um die einzelnen Bewegungs­abläufe jederzeit beobachten zu können, wurde bei der
Konstruktion insbesondere Wert auf Transparenz gelegt.
Daher bestehen Arbeitszylinder 8 und Kessel bq aus
hitzebeständigem Spezialglas sowie das Schwungrad 5

5. Ein unverstellbares Federsicherheitsventil aus nicht
rostendem Material ist vorhanden, wobei der An­sprechdruck 1,0 bar (2-facher Betriebsdruck) beträgt.

6. Der Berstdruck des Kessels beträgt wenigstens 1,5 bar
(mind. 3-facher Betriebsdruck). Jeder Kessel wird durch
eine Berstdruckprüfung (2 bar+) auf seine Sicherheit
und Dichtheit kontrolliert.

7. Der Wasserstand wird jederzeit durch den gläsernen
Kessel angezeigt.

8. Eine Gebrauchsanweisung wird mit jedem Gerät ge­liefert. Auf der Grundplatte befindet sich ein entspre­chender Siebdruck.

aus Acryl-Glas. Die gehärtete Kurbelwelle 6 und das
Pleuel 7 sind kugelgelagert. Der aus Graphit gefertigte
Arbeitskolben 9 läuft im Arbeitszylinder trocken - ohne
zusätzliche Schmierung. Deshalb arbeitet die Dampfma­schine sehr leise und dauerlauffest mit einer Leistung
von ca. 1 W mechanisch. Das Sicherheitsventil bo befin­det sich im Kesselverschluss bp. Es öffnet sich, sobald
der Druck im Kessel 1,0 bar überschreitet. Unabhängig
hiervon verfügt die Maschine über eine zweite Überdruck­sicherung. Bis zu einem Überdruck von ca. 1,5 bar wird
der Wasserdampf in die Kanäle des Trägers bm gepresst
und über den Kondensatschlauch 1 abgeführt. Bei
einem Druck über 1,5 bar wird die Zylinderwange bl
durch Nachgeben der Feder 4 vom Träger weggedrückt,
so dass der Wasserdampf ungehindert aus dem Dampf­einlassloch des Trägers strömen kann.

Kolbendurchmesser: 19 mm
Kolbenhub: 10 mm
Kesseldurchmesser: 50 mm
Kesselvolumen 50 ml
Laufzeit je Füllung: ca. 20 – 25 min
Drehzahl 800 U/min.
Mech. Leistung ca. 1 W
Betriebsdruck max. 0,5 bar
Ansprechdruck Sicherheitsventil: 1,0 bar
Berstdruckprüfung des Kessels min.: 2,0 bar

3. Funktionsprinzip

Im Gegensatz zu einer schiebergesteuerten Dampfma­schine bewegt sich der Zylinder bei einer oszillierenden
Dampfmaschine um eine Mittelachse und öffnet bzw.
schließt während seiner Bewegung den Ein- und Auslass
der Dampfkanäle.
Im Kessel wird das Wasser erhitzt und Wasserdampf er­zeugt. Der Wasserdampf strömt über den Zudampf­schlauch bn in den Träger zum Dampfeinlassloch. So­bald sich die Öffnung des Zylinders und die Frischdampf­zuführung begegnen, strömt Dampf in den Zylinder und
verdrängt den Kolben (Fig. 1 a). Wenn der Kolben in der
untersten Stellung angekommen ist, sind die Dampfka-

2

näle geschlossen. Mit Hilfe des Schwungrads wird dieser
Totpunkt überwunden (Fig. 1 b). In der nächsten Phase
bewegt sich der Kolben zurück, öffnet das Dampfaus­lassloch und drückt den Dampf hinaus (Fig. 1 c). Der
Dampf wird über den Abdampfschlauch 2 und das
Abdampfrohr br abgeführt. Angefallenes Kondensat wird

ab

über den Kondensatschlauch 1 in den Kondensatbe­cher bu abgeleitet. Der Kolben erreicht den oberen Tot­punkt, bei dem wieder beide Dampfkanäle geschlossen
sind. Nach Überwindung des oberen Totpunktes mittels
des Schwungrads wird wieder Dampf zugeführt und der
Prozess beginnt erneut (Fig. 1 d).

Fig.1: Arbeitszyklus der oszillierenden Dampfmaschine

4. Bedienung

• Füllschraube bp öffnen und Kessel mit destilliertem

Wasser (entmineralisiert nach VDE 0510) befüllen. Den
Kessel nicht vollständig bis zum Kesseldeckel füllen
sondern ca. 5 mm Luftsäule beibehalten. Die Dampf­maschine funktioniert ebenso gut bei nur halb ge­fülltem Kessel. Lediglich das Betriebsintervall verrin­gert sich entsprechend.

• Docht des Spiritusbrenners entzünden und Kessel

beheizen.

• Dampfeinlassloch zum zügigeren Druckaufbau schlie-

ßen.

• Nach ca. zwei Minuten beginnt das Wasser im Kessel

zu sieden. Von nun an werden noch weitere ca. 2 – 3
Minuten benötigt, um den notwendigen Betriebs­druck aufzubauen. Wasserdampf strömt über den
Zudampfschlauch in den Träger zum Dampfeinlass­loch. Überschüssiges Kondensat wird über den Ab­flussschlauch 3 in den Kondensatbecher abgelei­tet. Hierzu wurden Kanäle in den Träger gefräst, in
denen das Kondensat gesammelt und abgeleitet wird.

• Die Maschine kann nun durch Drehung des Schwung-

rades im Uhrzeigersinn (bei Blick auf den Arbeitszy­linder) in Betrieb genommen werden.

• Die Leistung der Maschine nimmt ab, wenn nicht

mehr genügend Wasser im Kessel vorhanden ist. Die

dc

Beheizung des Kessels ist nicht zulässig, wenn er nicht
mit Wasser gefüllt ist. Daher ist die Flamme des Spiri­tusbrenners rechtzeitig zu löschen.

• Die Flamme des Spiritusbrenners nicht in der Nähe

des Kessels ausblasen, sondern mit dem befestigten
Deckel löschen.

• Während des Abkühlungsprozesses wird das Konden-

sat aus dem Kondensatbecher über Kondensat­schlauch, Träger und Zudampfschlauch in den Kessel
gesogen.

5. Aufbewahrung und Reinigung

• Dampfmaschine staubfrei lagern.

• Zur Reinigung der Dampfmaschine feuchtes Tuch ggf.

mit etwas Spülmittel verwenden. Acrylglasteile nie
mit Lösungsmitteln oder aggressiven Putzmitteln rei­nigen.

• Nach häufiger Inbetriebnahme kann sich durch steti-

ge Flammeneinwirkung an der Unterseite des Kes­sels bq eine Rußschicht ablagern. Diese lässt sich je-
doch mit einem in Aceton getränkten Lappen lösen
und entfernen.

• Nach der Reinigung gut abtrocknen, um Wasserflecke

zu vermeiden.

3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com • Technische Änderungen vorbehalten

3

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Steam engine, transparent U10055

Instruction Sheet

07/05 ALF

bp

bq

br

bs

bt

bu

PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

1

23

4

1 Condensation hose

2 Exhaust steam hose

789blbmbnbo

3 Drainage hose

4 Spring

5 Flywheel

6 Crankshaft

7 Connecting rod

8 Main cylinder

9 Main piston

bl Cylinder flank

bm Support frame

bn Steam feeding hose

bo Safety valve

bp Boiler cap

bq Boiler

br Exhaust steam pipe

5

6

bs Base plate

bt Spirit burner

bu Condensation beaker

The steam engine is used to demonstrate how an oscil­lating steam engine functions.

General safety standards applicable to steam engines Specific conformance of steam engine U10055

1. No sharp corners or edges

2. Protection against corrosion 2. No materials that are subject to corrosion have been

3. Temperature limiting for operating elements 3. The wick of the spirit burner can be adjusted.

4. The boiler capacity of the steam engine may not
exceed 2000 cc Maximum operating pressure may not
exceed 1.5 bars.

• The safety standards applicable to the steam engine

are specified in DIN 31000:1979-03.

1. There are no sharp corners or edges on this device.

used.

4. The boiler capacity is 50 cc. The operating pressure is

0.5 bars.

4

1. Safety instructions

General safety standards applicable to steam engines

Specific conformance of steam engine U10055

5. An adjustable spring-operated safety valve made of
non-rusting material with a safety threshold of no
more than 3.0 bars (double the operating pressure)
must be provided.

6. The bursting pressure of the boiler should be no less
than 3-times the operating pressure.

7. The water level must be visible, if possible, with the
aid of an inspection window.

8. An easy to understand instruction sheet is required
plus a label with the name or logo of the manufactu­rer.

• Only put the steam engine into operation if all of the

components are in perfect condition and their func­tionality is assured. Special attention must be made
to ensure that there are no cracks or any other dam­age to the glass boiler bq.

• Only use distilled water that has been demineralised

as per VDE 0510. If conventional tap water is used the
associated deposits that form on the safety-relevant
components mean that functionality can no longer
be guaranteed.

• Carefully pour alcohol into the burner bt. Make sure

that nothing spills.

• Never pour in alcohol while the wick is still glowing or

if there is any other open flame in the immediate
proximity.

• Seal the bottle of alcohol immediately after use.

• Keep away from the open flame. Be careful! Only ex-

tinguish the burner flame by means of the attached
cover. Do not blow on the flame in the proximity of
the boiler, as any sudden temperature change could
cause the boiler to crack.

• The boiler may not be heated unless it is filled with

water. For that reason it is important to extinguish
the lamp’s flame before it boils dry.

• Do not touch any components steam carrying, par-

ticularly the boiler bq, hoses 1, 2, 3, bn, steam
exhaust pipe br and support frame bm. Do not
touch the spirit burner bt during or after operating
the steam engine either. Risk of burns!

• Let the steam engine cool before storing.

2. Description, technical data

The oscillating steam engine has been designed for use
in a training and educational environment. In order that
individual operations and dynamic processes should be
observable, particular emphasis has been placed on trans­parent construction. For that reason the main cylinder

8 and boiler bq are made of heat-resistant special glass

and the flywheel 5 is made of acrylic. The hardened
crankshaft 6 and the connecting rod 7 are ball-bear-
ing mounted. The graphite piston 9 runs dry in the

5. This unit is equipped with an adjustable spring-ope­rated safety valve made of non-rusting material with
a safety threshold of 1.0 bar (double the operating
pressure)

6. The boiler’s bursting pressure is at least 1.5 bars (at
least three times the operating pressure). Each boiler
is checked for safety and leaks by means of a burst
pressure test (2 bars+).

7. The water level is visible at all times because of the glass
boiler.

8. An instruction sheet is supplied with each apparatus.
An appropriate silk-screen printed label is located on
the base plate.

operating cylinder – i.e. without any added lubricant. For
that reason the steam engine runs very quietly and safe­ly for long periods, providing a mechanical power out­put of approx. 1 W. The safety valve bo is located in the
boiler cap bp. It opens as soon as the boiler pressure
exceeds 1.0 bar. In addition, the machine is also equipped
with a second, independent excess pressure safety mech­anism. Up to a pressure of approx. 1.5 bars the steam is
forced into the ducts of the support frame bm and dis­charged via the condensation hose 1. When the pres­sure exceeds 1.5 bars the cylinder flank bl is forced away
from the frame because the tension in the spring 4 is
overcome so that the steam can flow unimpeded out of
the steam inlet hole in the frame.

Piston diameter: 19 mm
Piston stroke: 10 mm
Boiler diameter: 50 mm
Boiler volume: 50 ml
Operating time per filling: approx. 20-25 mins
Speed: 800 rpm
Mech. Power output: approx. 1 W
Max. operating pressure: 0.5 bars
Trigger pressure
of the safety valve: 1.0 bars
Minimum boiler
bursting pressure test: 2.0 bars

3. How the apparatus works

Unlike a slide-valve steam-engine, an oscillating steam
engine has a cylinder that rotates on a central shaft caus­ing steam inlet and outlet ducts to open and close. Water
in the boiler begins to boil, and thus steam is generated.
The steam flows via the steam inlet hose bn into the
frame then through the steam inlet hole. As soon the
opening of the cylinder is fed with fresh steam, steam
flows into the cylinder and displaces the piston (Fig. 1, a).
When the piston reaches its lowest point, the steam ducts
are closed. This slack point is passed thanks to the inertia
of a flywheel (Fig 1, b). In the next phase, the piston moves
back, opens the steam outlet and pushes out the steam

5

(Fig. 1, c). The steam flows out via the exhaust steam
hose 2 and the exhaust steam pipe br. The condensed
water that accumulates drips out via the condensation
hose 1 into the condensation beaker bu.

ab

When the piston has reached the dead point at the top,
both of the steam ducts are closed again. The flywheel
drags the engine past this top slack point, after which
steam is once again fed in and the procedure repeats
from the start (Fig. 1, d).

Fig. 1: Work cycle of an oscillating steam engine

4. Operation

• Open the boiler cap bp and fill up the boiler with

distilled water (demineralised water conforming to
VDE 0510). Do not fill up the boiler to the brim, main­tain an air column of approx. 5 mm. The steam en­gine functions equally well even if the boiler is only
half-filled. Only the operating duration is correspond­ingly reduced.

• Light the wick of the spirit burner and heat the boiler.

• Shut the steam inlet opening to enable quicker build

up of pressure.

• After approx. 2 minutes, the water in the boiler be-

gins to boil. From this point onwards, only approx.
2-3 minutes are needed to attain the required oper­ating pressure. Steam flows via the steam feeding
hose into the steam inlet opening. Excess condensed
water drips into the condensate beaker via the drain­age hose 3. For this purpose, channels that facili­tate collection and transfer of the condensed water
are milled into the frame.

• The engine can now be operated by turning the fly-

wheel in a clockwise direction (while observing the
main cylinder).

dc

• The power of the engine decreases if there is not

enough water left in the boiler. It is not permitted to
heat the boiler if it is not filled with water. The spirit
burner should, therefore, be extinguished at the ap­propriate time.

• Do not blow out the flame in the proximity of the

boiler. Use the attached cap to extinguish the flame.

• During the cooling process, condensed water is sucked

up from the condensation beaker via the condensa­tion hose, frame and steam feeding hose and trans­ferred into the boiler.

5. Storage and maintenance

• Store the steam engine in a dust-free place.

• To clean use a damp cloth, if necessary, with some

washing-up liquid. Never use solvents or aggressive
cleaning agents to clean the acrylic glass components.

• Frequent use of the apparatus may cause a layer of

soot to deposit on the underside of the boiler bq due
to the constant play of a flame. This, however, can be
dissolved and removed by using a cloth soaked in
acetone.

• In order to prevent water stains appearing, dry thor-

oughly after cleaning.

3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Germany • www.3bscientific.com • Technical amendments are possible

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Machine à vapeur transparente U10055

Manuel d’utilisation

07/05 ALF

PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

789blbmbnbo

1 Tuyau d’eau de conden-

sation

2 Tuyau de vapeur

3 Tuyau d’écoulement

4 Ressort

5 Roue volante

bp

bq

br

bs

bt

bu

1

23

La machine à vapeur permet de démontrer le fonction­nement d’une machine à vapeur oscillante.

4

6 Manivelle

7 Bielle

8 Cylindre de travail

9 Piston de travail

bl Paroi de cylindre

bm Support

bn Tuyau d’amenée de va-

peur

bo Soupape de sécurité

bp Fermeture de chaudière

bq Chaudière

br Tube d’évacuation de

vapeur

bs Plaque de base

5

6

bt Brûleur

bu Gobelet d’eau de con-

densation

1. Consignes de sécurité

• Les machines à vapeur sont soumises aux normes de

sécurité selon DIN 31000:1979-03.

Normes de sécurité machines à vapeur en général Relatives à la machine à vapeur U10055

1. Pas de coins ni arêtes tranchants

2. Protection contre la corrosion 2. Aucun matériau sensible à la corrosion n’a été utilisé.

3. Limitation de température pour les éléments de
manipulation

4. Le volume de la chaudière ne doit pas dépasser 2 000
cm³ et la pression de service une surpression de 1,5
bar.

1. Il n’y a pas de coins ni arêtes tranchants.

3. La mèche du brûleur peut être ajustée

4. La chaudière offre une capacité de 50 cm³. La pres­sion de service s’élève à 0,5 bar.

7