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Schiebersteuerung.
Die Erfindung bezieht sich auf die veränderliche Steuerung des Ein-oder Auslasses des Arbeits- mittels bei Zweitaktkolbenmaschinen. Bei derartigen Steuerungen sollen die im Arbeitsmittel dauernd bewegten Steuerungsteile möglichst einfach sein, was besonders bei hohen Temperaturen des Arbeits- mittels wesentlich ist. Ferner sollen die Steuerungsteile mit hoher Präzision arbeiten und ein rasches
Eröffnen und Schliessen und eine ausreichende Überdeckung besonders im Bereiche kleiner und kleinster
Eröffnungsabschnitte gewährleisten, ohne dabei in der Verwirklichung grosser Eröffnungsabschnitte beschränkt zu sein.
Dies ist von besonderer Bedeutung mit Rücksicht auf die Verwendung hohen Druckes des Arbeitsmittels, da beispielsweise für den Einlass bei Hochdruckkraftmasehinen selbst bei Normallast sehr kleine Eröffnungsabschnitte (Füllungen) von nur etwa 8 bis 100 in Frage kommen.
Erfindungsgemäss wird nun diesen Bedingungen dadurch genügt, dass die Steuerung aus einem in Abhängigkeit von der Arbeitswelle bewegten Schieber mit unveränderlichem Durchlass besteht, der mit einem ruhenden, den Eröffnungsabschnitt bestimmenden Organ mit veränderlichem Durchlass zu- sammenarbeitet. ohne Mitwirkung der Kanten des das Schiebergehäuse mit den) Arbeitszyliuder ver- bindenden Kanals.
Zweckmässig ist der Schieber so eingerichtet, dass er sowohl auf seinem Hin-als auch auf seinem
Hiickweg einen vollständigen Eröffnungsabschnitt steuert, wobei er mit der halben Drehzahl der Arbeits- wolle angetrieben wird. Vorteilhaft ist es ferner, dass die Steuerkanten des den Eröffnungsabschnitt bestimmenden Organs bei Veränderung des Eröffnungsabsehnittes go, nez oder annähernd symmetrisch zur Schiebermittellage verstellt werden, wobei gleichzeitig in bestimmter Abhängigkeit davon eine Ver- änderung der Winkelstellung der Steuerkurbel zur Arbeitswelle erfolgt, beispielsweise so. dass der Zeit- punkt des Eröffnens ganz oder annähernd unverändert bleibt.
Das den Eröffnungsabschnitt bestimmende
Organ kann aus zwei Teilen bestehen, welche voneinander entfernt oder einander genähert werden können.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung.
In den Fig. 1 und 1 a ist der Antrieb des Schiebers von der Arbeitswelle aus mittels Zahnräderpaare im Verhältnis 2 : 1 unter Zwischenschaltung einer verstellbaren Kupplung und ferner die Verstellung des aus zwei Teilen bestehenden Organs zur Bestimmung des Eröffungsabschnittes (in der Folge Füllungs- geber genannt) vermittels Steuerkurven dargestellt. Ausserdem stehen hiebei die verstellbare Kupplung und die Steuerkurven durch ein gemeinsames Stellmittel in Wirkungsverbindung. Die Darstellung bezieht sich auf die Steuerung des Einlasses einer einfach wirkenden Gleiehstromdampfmaschine.
Das Einlassorgan besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Schieber 1 mit dem Einlass- spalt 2 von der Breite s, in Verbindung mit den beiden kolbenartigen Füllungsgebern 3 und 3'. Der Spalt ist durch einige in der Zeichnung nicht hervorgehobene Stege zur Verbindung der beiden 8chieberhäIften unterbrochen. Der Schieber 1 bewegt sieh in dem Schiebergehäuse 4, an welchem der Dampfeinlassstutzeu mit 5 und der Zuführungskanal zum Arbeitszylinder mit 6 bezeichnet sind. Die Darstellung bezieht sich auf die Totpunktlage des Arbeitskolbens 7. wobei in der Hauptfigur der Füllungsgeber 3, 3' geschlossen, dagegen in der Nebenfigur für eine gewisse Füllung geöffnet wiedergegeben ist.
Die steuernden Kanten
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wenn die Drehrichtung der Arbeitskurbel von der gleichen Seite aus gesehen mit dem Uhrzeiger geht.
Die Füllungsgeber 3, 3'sind mittels Hohlstange 17 und Stange 17' mit den Rollen 18, 18' verbunden, welche in Führungskurve 19, 19'laufen. Diese Kurven sind mit der Gewindestange 20 fest verbunden. auf welcher das in 21 gelagerte Kegelrad 22 als Mutter läuft. 22 steht mit dem auf der Steuerspindel 23 sitzenden Kegelrad 24 in Eingriff. Durch Verdrehung der Steuerspindel werden die Führungskurven senkrecht zur Schieberachse verschoben und dadurch die beiden Teile des Füllungsgebers auseinandergezogen oder einander genähert.
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dem gerade genuteten Stück der Welle 13 und anderseits mit dem schräg genuteten Stück der Welle J. 1 als Mutter verbunden ist. 25 ist in dem Ring 26 gelagert, und dieser Ring 26 steht durch eine Mutter mit dem Gewinde 27 der Steuerspindel 23 in Verbindung.
Die beschriebene Vorrichtung gestattet also, gleichzeitig mit der Eröffnung des Fillungsgebers eine Änderung der gegenseitigen Stellung von Arbeitskurbel und Steuerkurbel durchzuführen. Bei der in der Hauptfigur 1 gezeichneten Lage stehen die beiden Kanten b und b'des Füllungsgebers in ihrer Mittellage M und die Mittellinie des Schieberspaltes 2 fällt (immer Totpunktlage des Arbeitskolbens vorausgesetzt) ebenfalls genau auf M. Die Arbeitskurbel liegt in der Zeichnungsebene, die Steuerknrbel steht senkrecht dazu.
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(Totpunktlage des Arbeitskolbens) ungefähr um das Mass f aus der Mittellage verschoben sein muss (das genaue Ausmass dieser Verschiebung hängt von den Bedingungen, die betreffend Voreinströmen gestellt werden, ab).
Jeder Eröffnung des Füllungsgebers entspricht eine bestimmte Verdrehung der Steuerkurbel entgegen ihrer eigenen Drehrichtung aus ihrer bei Nullage zur Arbeitskurbel senkrechten Stellung.
Für die mit den Pfeilen 28, 29, 30 eingezeichneten Drehrichtungen muss die bei der Nullage senkrecht zur Zeiehnungsebene nach oben stehende Steuerkurbel 0, 01. entgegen ihrer eigenen Drehrichtung um den Winkel Or, 0, M verdreht werden. Würde zufolge anderer Anordnung der Zahnräderpaare die Drehrichtung der Steuerkurbel mit derjenigen der Arbeitskurbel übereinstimmen, so wäre die Stellung der Steuerkurbel bei Nullage auf der Zeiehnungsebene senkrecht nach unten, entsprechend 0, O2, und die
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von Arbeitskurbel und Steuerkurbel miteinander übereinstimmen oder nicht. Man hat es bezüglieh der notwendigen Verdrehung im Sinne der üblichen Bezeichnung immer mit einem negativen Voreilwinkel zu tun.
Für die Verfolglmg des Steuervorganges sei im besonderen auf Fig. la verwiesen. In der gezeichneten Stellung sieht man den Schieber in seiner Bewegung gegen die Steuerkurbel hin entsprechend der Drehung der Steuerkurbel im Sinne des ausgezogenen Pfeiles. Die eröffnende Kante a'hat die Kante b schon überlaufen, u. zw. um den Betrag des linearen Voreilens (welches hier ungefähr gleich der halben Breite des Spaltes 2 erscheint). Das Voreinströmen ist vorher erfolgt, als die Kante a'mit b überein- stimmte. Während der Arbeitskolben von seiner deckelseitigen Totpunktlage sieh gegen die Kurbel hin bewegt. herrscht Einströmen, bis die Kante a des Schiebers mit der Kante b'des Füllungsgebers abschliesst.
Dies ist die dem Voreinströmen spiegelgleiche Lage bezüglich der Mittelstellung oui, welche sieh nach Überschreitung der Lage M*'um den Betrag des linearen Voreilens einstellt. Nach einem Wege von 180 .
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dnanderstehen wie in der gezeichneten Lage die Kanten a'und b und wobei der Schieber sich von der Steuerkurbel wegbewegt. Unterdessen hat die Arbeitskurbel eine volle Umdrehung von 3600 gemacht : der Arbeitskolben steht wieder in seinem deckelseitigen Totpunkte, und der Zylinder erhält während des Rüekweges des Schiebers seine zweite Füllung, die kurz nach Überschreitung der Lage Af* zu Abschluss kommt.
Bei einem deekelseitigen Hub ungerader Ordnungsnummer erfolgt also die Eröffnung durch die Kanten a'und b, der Abschluss durch die Kanten a und b'auf dem Wege des Schiebers gegen die Steuerkurbel hin, bei einem ebenfalls deckelseitigen Hube gerader Ordnungsnummer dagegen erfolgt die Er- öffnung durch die Kanten a und b', der Abschluss durch a : und b auf dem Rückweg des Schiebers.
Bei Umsteuerung für entgegengesetzten Drehsinn wird die Steuerkurbel in entgegengesetzter Richtung verdreht, während die Zuordnung der Stellung des Füllungsgebers zu dieser Verdrehung vermöge der Teile 19* und 19*'der Steuerkurven erfolgt.
Man erkennt, dass der Steuervorgang ganz besonders bei kleinen Füllungen sich im Bereiche der grössten Schiebergeschwindigkeiten abspielt, wodurch sieh günstigste Verhältnisse für Eröffnung und Abschluss ergeben. Ganz besonders hervorzuheben ist der Umstand, dass im Dampfraum nur der leichte und einfache Rohrschieber 1 bewegt wird, während die zwecks Füllungsveränderung verstellbaren Füllung- geber 3, 3'in bezug auf den Gang der Maschine ruhend sind.
Die hin und her bewegten Teile beschränken sieh auf den Schieber einschliesslich Sehieberstange und den Anteil der Schieberschubstange. Die Führung-
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kurven 19 sind ebenfalls in bezug auf den Gang der Maschine ruhend : sie lassen sich äusserst präzis und gleichzeitig kräftig ausführen. Die verstellbare Kupplung 18, 14, 26 hat nur die Steuerkräfte zu übertragen : sie lässt sich ebenfalls äusserst präzis und robust ausführen und ist zudem keinen ihre Richtung wechselnden Kräften ausgesetzt. Alle iibrigen Steuerungsteile sind von der denkbar einfachsten Art.
Durch diese Steuerung kann bezüglich der Voreinströmung ein vorgeschriebener Verlauf in Abhängigkeit des Füllungsgrades auf das genaueste verwirklicht werden. Insbesondere kann auch (mit einer praktisch kaum zu beachtenden Einschränkung in unmittelbarer Nähe der Nullfüllung) für den ganzen Bereich der Steuerung genau konstantes Voreinströmen erhalten werden. Für Vorwärts-und
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Der Bereich der Steuerung ist unbeschränkt, und die Vorschrift einer sehr grossen maximalen Füllung beeinflusst in keiner Weise die Güte und Genauigkeit der Steuerung bei sehr kleinen Füllungen.
Bei doppelt wirkenden Mehrzylindermasehinen kann ein Einlassorgan der Steuerung für zwei um 180'versetzte Irbeitskurbeln benutzt werden, derart, dass dieses Organ für den einen Zylinder die Deckelseite und für den anderen die Kurbelseite steuert.
Die Steuerkurven können für verschiedene Einlassorgane. welche auch zu Zylindern gehören, deren . \rbeitskurbeln nicht um 1800 verstellt sind, gemeinsam benutzt werden.
Die verstellbare Kupplung wird wohl in allen Fällen gemeinsam für den ganzen Steueruxgsantrieb ausgebildet, und die verschiedenen Steuerkurbeln (Exzenter) sind dann in der erforderlichen gegenseitigen unveränderlichen Stellung auf einer gemeinsamen Steuerwelle aufgekeilt.
Die Fig. 2 bis (i zeigen andere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Dabei sind die in Fig. 1 und 1 a bereits bezeichneten Teile mit gleichen Zeichen versehen und nur so weit erneut erklärt, als dies in Hinsicht auf die andere Ausführungsform erforderlich ist.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Steuerung mit Flachschieber. Verstellung des Füllungsgebers mittels Links- und Rechtsgewinde und Verdrehung zwischen Arbeitskurbel und Steuerkurbel mittels verschiebbarer Schraubenräder. Der Füllungsgeber besteht hier aus zwei nach Art eines Flachschiebers ausgebildeten Teilen 3, 3', welche durch Stange 17' und eine Hohlstange 17 mit entgegengesetzte Gewinde tragenden Teilen 10, 41 verbunden sind. Diese sind mit der in 43 gelagerten Nabe des Zahnrades 42 mit Links-und Rechtsgewinde gemuttert.
Das Zahnrad 42 kann je nach der Einstellung an der Steuerspindel 2')'mit Zahnrad 44 oder 45 in Eingriff gebracht werden, u. zw. vermöge folgender Vorrichtung :
Das Zahnrad 44 ist auf der Steuerspindel 23 axial verschiebbar aufgekeilt, mit dem Zahnrad 44 steht der Zahnkolben 46 dauernd im Eingriff, dessen in 47 gelagerte Welle 52 das Zahnrad 48 trägt, welches über das Zwischenrad 49 mit dem Zahnrad 50 in Verbindung steht. Dieses sitzt auf der Welle 51 auf. welcher das Zahnrad 45 axial verschiebbar aufgekeilt ist. 44 und 45 sind axial gegeneinander unverschieb- bar, jedoch relativ zueinander frei drehbar verbunden. Die Nabe des Rades 44 ist in dem Teil 53 drehbar. aber axial unverschiebbar gelagert. Teil 5 : J besitzt ein Muttergewinde. das auf dem Gewindeteil 54 der Welle 52 sitzt.
Die Übertragung der Bewegung von der Arbeitswelle auf die Steuerwelle : 11 im Verhältnis 2 : 1 erfolgt durch ein Schraubenräderpaar 55, 56, wobei letzteres mit der Steuerwelle durch Nut und Feder axial verschiebbar verbunden ist. Der Winkelhebel 57 ist mittels Gabel und Zapfen einerseits mit der Nabe des Rades 56, anderseits mit der auf dem Gewindeteil 27 der Steuerspindel sitzenden Mutter 26 verbunden.
Durch Drehung der Steuerspindel wird nun eine Verdrehung zwischen Arbeitskurbel und Steuerkurbel bewirkt : gleichzeitig kommt z. B. 44 mit 42 in Eingriff, wodurch das Öffnen des Füllungsgebers erfolgt. Dadurch wird beispielsweise Vorwärtsgang von O-Füllung bis Maximalfüllung eingestellt.
Cm Rückwärtsgang einzustellen, wird die Steuerspindel von der gezeichneten Mittelstelle aus im entgegengesetzten Sinne gedreht, wodurch auch eine Verdrehung zwischen Arbeitskurbel und Steuer- kurbel ebenfalls in entgegengesetztem Sinne erfolgt. Nun kommt aber das Zahnrad 45 zum Eingriff i. iit 42, so dass trotz Drehung der Steuerspindel im entgegengesetzten Sinne das Zahnrad 42 im gleichen Sinne dreht wie bei der ersten Annahme und somit der Füllungsgeber sich öffnet wie vorher.
Je nach der Wahl des Voreinströmens kann zwischen dem Wechsel des Eingriffes von 44 und 45 mit 42 durch Bemessung des Abstandes zwischen 44 und 45 ein Unterbrueh vorgesehen werden, so dass also beim Übergang vom Vorwärtsgang auf Rückwärtsgang eine Verdrehung der Steuerkurbel gegen die Arbeitskurbel und damit eine Verschiebung des Schiebers relativ zum in der Mittellage stillstehenden. geschlossenen Füllungsgeber möglich ist.
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und 17'sind beziehungsweise mit den Winkelrädern 61, 60 verbunden.
Das erstere ist fest, das letztere durch Vermittlung des Zwischenrades 62 mit der Steuerspindel 2 : 3 verbunden. Die Übertragung der Bewegung von der Arbeitswelle auf die Steuerwelle 31 erfolgt im Verhältnis 2 : 1 durch das Stirnräderpaar 63, 64. Letzteres sitzt auf einer schräg genuteten Büchse 65, welche durch Nut und Feder mit der Steuerwelle.) 1 axial verschiebbar verbunden ist. Der bei 66 drehbar gelagerte Hebel 67 ist durch Gabel und Zapfen mit dt r Büchse 65 und mit der auf dem Gewinde 27 der Steuerspindel laufenden Mutter 26 verbunden. Der
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Exzenterstange 69 und des Exzenters 70 von der Steuerwelle, 31.
Eine Drehung der Steuerspindel 23 bewirkt eine Verdrehung zwischen Arbeitskurbel und Steuerkurbel (Exzenter) und gleichzeitig ein Auseinanderziehen oder Annähern der beiden Teile des Füllungsgebers.
In diesem Beispiel ist eine Umsteuerung nicht berücksichtigt worden. Für die Umsteuerung könnte ein Reversionsgetriebe in die Verstellungsvorrichtung des Füllungsgebers eingeschaltet werden in älll1- licher Weise wie in der Ausführungsform nach Fig. 2.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen Beispiele mit umlaufenden Schiebern für die Steuerung des Einlasses einer Zwpitaktkraftmaschine. Hier erfolgen bei allen Füllungsgraden Eröffnung und Schluss bei gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit des Schiebers. Die Darstellung bezieht sich auch hier auf die Totpunktlage des Arbeitskolbens, wobei also eben das lineare Voreilen in Erscheinung tritt.
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symmetrisch verdreht werden, beispielsweise durch Mittel, die in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben sind.
Auch die Verdrehung des Schiebers 1 aus der für die Nullfüllung geltenden Lage relativ zur Arbeitswelle und in. Zuordnung zur Eröffnung der Füllungsgeber ist hier angenommen. Mit Rücksicht auf ein erforderliches Mindestmass von Überdeckung muss der Öffnungswinkel der Kanäle 6,6 etwas kleiner als 90 sein.
Die Füllungsgeber werden dabei etwas grösser als je zweimal 450. Wenn der Schieber mit halber Geschwindigkeit der Arbeitswelle umläuft, so gehören die beiden Kanäle 6,6 zu ein und derselben Zylinderseite, und sie sind unter sich vereinigt zu denken. Entsprechend dem oben über die Winkelöffnung Gesagten lassen sich dann Füllungen von nahezu 100% verwirklichen. Läuft dagegen der Schieber mit gleicher Geschwindigkeit um wie die Arbeitswelle, so ist der eine der beiden Kanäle 6,6 der Deckel-, der andere der Kurbelseite des Arbeitszylinders zuzuordnen. Die maximal mögliche Füllung beträgt dann aber etwas weniger als 50%.
Gemäss Fig. 5 kommt nur eine Schiebergeschwindigkeit gleich der Arbeitswellengeschwindigkeit in Frage. Die Öffnung des Kanals 6 beträgt etwas weniger als 180 , und die beiden Teile 3, 3' des Fiillungs- gebers umfassen je etwas mehr als 90 . Die maximale Füllung kann nahezu 100% betragen. Der Kanal 6 gehört nur zu einer Seite eines und desselben Arbeitszylinders. Auch bei dieser Ausführungsform ist wenigstens annähernd symmetrische Verstellung der beiden Teile des Füllungsgebers in bezug auf die
Null-oder Mittellage und entsprechende Verdrehung zwischen Schieber und Arbeitswelle vorausgesetzt.
Fig. fi zeigt dagegen'eine Ausführung, bei welcher die ebenerwähnte Verdrehung vermieden ist.
Der Schieber ist demnach immer bei Totpunktlage des Arbeitskolbens in der gleichen Lage MM. Der Teil. 3 des FÜllungsgebers, dessen Kante b mit der Kante c des Schiebers die Eröffnung steuert, bleibt bei Füllungsänderung ebenfalls stehen, und nur der Teil 3', dessen Kante b'mit Kante, des Schiebers den Abschluss steuert, wird verdreht. Der Schieber läuft mit der Geschwindigkeit der Arbeitswelle um.
Die Öffnung des Kanals 6 kann etwas weniger als 2400 betragen, und die beiden Teile. des Fiillungsgebers können je etwas mehr als 1200 umfassen. Demgemäss lassen sich Füllungen bis nahezu 750 o verwirklichen.
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Steuerung für Zweitaktkolbenmaschinen, gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Arbeitswelle bewegten Schieber mit unveränderlichem Durchlass, der mit einem ruhenden. den Er-
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der Kanten des das Schiebergehäuse mit dem Arbeitszylinder verbindenden Kanals.