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Einexzenter-Kulissensteuerung.
Die Erfindung betrifft eine Einexzenter-Kulissensteuerung jener Art. hei welcher der Kulisse ausser der schwingenden Bewegung auch eine hin und her gehende erteilt wird.
Die Erfindung benutzt eine Kulisse in der Weise. dass diese in ein Parallelogramm eingebaut wird. welches einen einzigen festen Stützpunkt hat und durch ein Exzenter an einer lenkerartigen Verlängerung einer Seite des Parallelogramms betätigt wird. weiche Anordnung gestattet, die Schieberstange parallel zur Achse des Dampfzylinders zu legen und (in der Ebene dieses Parallelogramms) in (praktisch) beliebig grosser Distanz von der Achse des Zylinders anzuordnen, wobei die Schieherschubstange direkt an der Schieherstange angreift.
Durch diese Anordnung soll ermöglicht werden, sämtliche Steuerungsbewegungen, Füllungsänderungen sowie die Umsteuerung von nur einem Exzenter abzuleiten.
Die nachstehend in Beispielen beschriebene Steuerung kann mit'gerader und gekriimmter Kulisse ausgeführt werden : bei Verwendung einer gekrümmten Kulisse kann konstante Voreilung erzielt werden. Die Steuerung ist gleich gut geeignet für Muschel-und Kolbenschieber wie auch als Umsteuerung für Lokomotiv-und Ventilmaschinen und bietet als Lokomotiv- steuerung durch einfache Mittel die Möglichkeit, den schädlichen Einfluss des Federspieles zu beheben.
Durch geeignete Wahl der Längen der horizontalen Hebel im Parallelogramm ist ein kinematisches System herstellbar, bei welchem der Einfluss der endlichen Länge der Kurbelschubstange zum grossen Teil behoben wird.
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gegenstandes veranschaulicht.
In der schematischen Darstellung nach Fig. i bezeichnet a die Kulisse, die in üblicher Weise ausgebildet und mit dem senkrecht zu ihr verlaufenden Arm b starr verbunden ist. Der
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(Gegenkurbel usw. ) betätigt wird. In A'und C'ist das Hängeeisen c derart eingelenkt, dass C'D=A'B. Es ist ferners A B = C D und A' C'= B D = c.
Die Kurbel G wird durch die Pleuelstange A der Maschine vom Kreuzkopf i angetrieben und dadurch auch das Exzenter E.
Die Kulisse a ist in üblicher Weise mit Gleitbacken oder einem Stein j versehen, der mit der Schieberschubstange A verbunden ist, welche durch Winkelhebel w, n und Stange l in der gebräuchlichen Art gesteuert werden kann.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende :
Beschreibt der Punkt E des Systems unter der Wirkung des Exzenters einen Kreis mit dem Halbmesser r. so ist das zweite Ende D des Lenkerhebels E D unter der Wirkung des Armes d (D C) gezwungen, einen stehenden Kreisbogen zu beschreiben. Infolgedessen wird der Punkt B des Hebels/) JE und somit das dort angelenkte Ende des Armes b eine geschlossene, ellipsenähnliche Kurve beschreiben, während die Kulissenmitte A einen liegenden Kreisbogen mit dem Radius c um den Stützpunkt C des Systems beschreiben wird. Dadurch wird die Kulisse a in jene charakteristischen Schwingungen versetzt, bei denen die Enden derselben liegende # förmige Schlingen beschreiben.
Es wird auf diese Weise der Kulisse nicht nur eine schwingende Bewegung um A sondern auch eine hin und her gehende Bewegung erteilt.
In Fällen grosser Distanz zwischen Schieberstange und Zylindermitte wäre das Parallelogramm nach Fig. 4 anzuordnen, wo der Stützpunkt C bzw. der Arm d zwischen Arm b und
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Kulisse bzw. des Punktes A um den Stützpunkt C ist hierbei in gleicher Weirs erreicht, wie bei Schema nach Fig. i.
In Fällen, bei welchen aus später zu erörternden Ursachen eine kurze Dimensionierung des Armes b sich nötig erweist, ist die Anordnung des Parallelogramms nach Fig. 3 angezeigt, bei welcher das Hängeeisen c an Verlängerungen der Arme bund d über den Hebel e hinaus
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nach Fig. 1, 4 und 5 durch V = r.c/e ausgedrückt wird, wobei r den theoretischen Exzenter- radius. c die theoretische Länge des Hängeeisens A'C'bezw. des Hehelteiles D B und e die des Lenkers D E bedeuten.
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den Punkt A nur angenähert für zwei symmetrisch zu A gewählte Stellungen des Kulissensteines j zu erreichen. Die Stange 1 trägt bei dieser Anordnung den Zapfen des Kulissensteines j und die Schieberschuhstange/ < greift bei l'an.
Das ohere Ende von 1 wird beim Umsteuern durch Hebel ; in einem Kreisbogen mit Radius gleich der Länge des Hebels m geführt, im Kulissenstein j in einer Geraden, wodurch das Ende bei l'eine Kurve beschreibt, die einem flachen Kreisbogen sehr angenähert ist und durch geeignete Wahl der Abmessungen von l bzw, m und der Distanz kann die Annäherung dieser Kurve an einen Kreisbogen mit dem Radius gleich der Länge von k so weit erreicht werden, dass für die Totlagen der Kurbel G die beiden äussersten Stellungen von j'mit dessen Mittelstellung (wenn j in A zu stehen kommt) drei Punkte eines Kreises mit dem Radius gleich Il sind und sich mit den entsprechenden Punkten einer nach k gekrümmten Kulisse decken werden.
Dies lässt sich für eine der beiden Totlagen bestimmt erreichen. ergibt aber allerdings für die andere Totlage geringe Abweichungen, so dass auch für diese drei Stellungen nur von einem angenäherten konstanten linearen Voreilen gesprochen werden kann. Alle Zwischenstellungen sind noch ungünstiger in dieser Hinsicht.
Als Voreilungswinkel ist 90 anzunehmen, und zwar minus 90 für Innenkantsteuerung (Kolbenschieber) und plus 90 für Aussenkantsteuerung (Muschelschieber). Ersteres ist hei
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lagen derselben entsprechen. Das Exzenter E (Gegenkurbel o. dgl. ), welches z. B. in Fig. i mit der Kurbel gleichgerichtet ist, wird nach obigem für die gleichen Kolbenwege für Hinund Rückgang, ebenso wie dit Kurbel G und im selben Ausmass wie diese, ungleiche Winkel aus den beziehungsweisen Totlagen durchlaufen, wodurch die Steuerung für gleiche Kolbenwege verschiedene Schieberstellungen für Hin-und Rückgang ergibt.
Zum Vergleich der Kolben- (Kreuzkopf-) Wege mit den zugehörigen Schieberwegen berechne man zu einem Kurbelwinkel oc den Abstand des Kolbens oder des Kreuzkopfzapfens H von seiner Mittellage und desgleichen den zugehörigen Ausschlag des Schiebers aus seiner Mittellage. Hierbei seien die Wege links von dieser Mittellage nach Fig. i als negativ in Rechnung gestellt und rechts davon als positiv.
Dann ist der Abstand des Kolbens bzw. von H aus der Mittellage
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Länge der Pleuelstange.
Der zweite Teil der rechten Seite dieser Gleichung ist das sogenannte Fehlerglied, welches den Einfluss der endlichen Länge von h auf die Kolbenwege darstellt.
Für die Berechnung der Schieberwege sei aus Fig. i der Abstand des Kulissensteines j von der Kulisse, mitte a gleich u. Bei einer Drehung des Exzenters um den Winkel oc wird der Arm b mit der Horizontalen einen gewissen Winkel x einschliessen und der Schieherweg berechnet sich hiernach mit
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Der erste Teil der rechten Seite dieser Gleichung ist die im Verhältnis c : e reduzierte
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glied" konform zusammengesetztes, welches den Einfluss der endlichen Länge des Armes b darstellt, der dritte Teil gibt den Schieberweg, welcher von der Vertikalbewegung von E bzw. B abgeleitet wird.
Wählt man nun die Abmessungen in den Teilen der Steuerung derart, dass das Verhältnis der Länge des Armes b zur Exzentrizität r gleich ist dem Verhältnis der Länge von h zur Kurbel R, also h : R = b : r, dann wird (bei einem Kurhelwinkel x und Ausschlag der Pleuelstange h aus der Horizontalen um Winkel ss) auch der Winkel x des Armes b zur Horizontalen stets gleich werden dem Winkel ss an der Pleuelstange, woraus folgt, dass in der Gleichung des Schieberweges die beiden ersten Teile einem Stück des Schieberweges entsprechen, welches bei Ein-
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Kolbenwege ; es ist dadurch also der Einfluss der endlichen Länge der Pleuelstange zum grösseren Teile behoben.
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In Fig. I ist das Schema der Steuerung für einen Kolbenschieber (Innenkantsteuerung) gegeben, bei welcher der teilweise Ausgleich der Länge von h berücksichtigt werden kann.
Ebenso ist dies möglich bei der Steuerung nach dem Schema in Fig. 4 für Muschelschieber (Aussenkantsteuerung).
Soll dieser teilweise Ausgleich bei einer Steuerung mit einem Voreilwinkel von + 90@ erzielt werden, dann ist die Anordnung des Parallelogramms nach Fig. 5 in Betracht zu ziehen, bei welcher dann die oben erwähnte Bedingung in R : h = r : b'nach der Bezeichnung in Fig. 5
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bei Voreilwinkel +90 entgegengesetzt wie die Kurbel gerichtet ist und demzufolge nur bei dieser Anordnung die in Betracht kommenden Teile der Schieberweggleichung in die erforderliche Übereinstimmung mit der Gleichung des Kolbenweges gebracht werden können.
Es ist die Gleichung für s hier wie zu Fig. 1 :
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und für den Schieberweg nach Fit. o :
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worin die beiden ersten Teile mit gleichem Vorzeichen erscheinen. wie in der Gleichung für den
Kolbenweg.
Wollte man das Steuerungsschema nach Fig. I mit einem Voreilwinkel +900 bzw. in Fig. 5 das Parallelogramm rechts vom Hebel e anordnen. dann müsste man zwecks Erzielung desselben Drehsinnes der Maschine den Stein j unterhalb A einstellen und die Gleichung des Schieberweges wäre dann :
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worin die beiden ersten Teile der rechten Seite mit verschiedenen Vorzeichen erscheinen, also nie mit der Gleichung des Kolbenweges in dem Sinne zusammengehalten werden können, dass die teilweise Behebung des Einflusses der endlichen Länge von lz gefolgert werden kann.
Dieser teilweise Ausgleich des Einflusses der endlichen Länge der Pleuelstange wird bei im Verhältnis zu R kurzen Pleuelstangen im selben Masse zur Exzentrizität r eine kurze Dimen- sionierung des Armes in Fig. 1 ergeben, so dass die Ausführung des Parallelogramms beispielsweise nach Fig. 3'sich empfiehlt. Analog wie in Fig. 3 nach Schema Fig. i könnte die entsprechende Anordnung auch bezüglich Fig. 4. Anwendung finden.
Alle beschriebenen Ausführungsformen der Umsteuerung können für ortsfeste Dampfmaschinen jeder Art ohne weiteres verwendet werden. Nicht so bei Lokomotivmaschinen, bei welchen das Federspiel bewirken würde, dass die Füllungen auf beiden Kolbenseiten nicht gleichmässig ausfallen könnten.
Um dies zu vermeiden und eine vollständig gleichmässige Füllung trotz der Setzung und
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 bis 12, die sich an das Schema nach Fig. i anlehnt, betätigt der Lenkerhebel e das System der Steuerung nicht direkt, sondern vermittelst des Winkelhebels s und des Armes t. Das zweite Hängeeisenpaar c' ist hierbei nicht bei D'und B, sondern aus konstruktiven Gründen in D2 und B2 aufgehängt. Die Kurbelwelle F trägt einen aufgekeilten, mit ihr konzentrischen Ring u mit kugeliger Lauffläche (Fig. il), auf welchem
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stange w verbunden, welche mittels eines Zapfens in an den Hebel x angelenkt ist. der mit seiner Nabe x'auf der durchgehenden Welle C aufgekeilt ist.
Die kugelförmige Lauffläche bei it soll Klemmungen vermeiden, wenn die beiden Enden der Kurbelwelle F sich nicht gleichmässig setzen, d. i., wenn die Kurbelwelle sich infolge des Federspieles nicht parallel zu sich selbst verschiebt.
Das obere Ende des Winkelhebels s ist mittels eines Zugstangenpaares s mit dem oberen Ende eines auf der Welle C zwischen den Hebeln d festsitzenden Hebels y derart verbunden, dass sich ein Parallelogramm D' S Y C ergibt. Der Arm t ist als Gabelstück ausgebildet, kann aber auch natürlich durch ein Armpaar ersetzt werden.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende :
Ensteht eine Verschiebung der Kurbelwelle F in vertikaler Richtung um den Betrag 0 (,
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jeweiligen Lage um den gleichen Betrag gehoben oder gesenkt. Die Schubstange w teilt die Verschiebung dem'Hebel x und vermittelst der Welle C dem Hebel y mit. Von hier übertragen die Zugstangen ; den Ausschlag ss vom Zapfen Y auf den Zapfen S im Winkelhebel s.
Da, wie vurausgeschickt, die Länge Y S der Länge C D gleich ist, su wird die Drehung des Zapfens D
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durch den Winkelhel) el s gleich gross so wie die Drehung de,'Welle f. \uf diese Weise werden die Zapfen J) und B ihre relative Lage zu der Welle C bei jeder Verschiebung der Kurbelwelle F beibehalten, und zwar in gleicher Weise an beiden Seiten der Maschine. Somit erscheint aber auch der schädliche Einfluss des Federspieles der Lokomotive behoben.
Bei dieser Erörterung wurden allerdings die kleinen Abweichungen vernachlässigt, die zufolge der endlichen Länge des Lenkerhebels e und der schrägen Lage der Schubstange w entstehen. Die Abweichungen bezüglich des Lenkerhehels e können nun leicht durch geringe Un- gleichheiten in den Hängeeisen e, c'behoben werden. Was den Einfluss der schrägen Lage der Schubstange anbelangt, so wird derselbe zum grössten Teile dadurch ausgeglichen, dass der Hebel x in seiner normalen Lage C IF derart bemessen ist, dass gegen die Endstellungen des Zapfens T'hin der Hebel x bzw. die Welle C und der Hebel y denselben Drehwinkel haben, wie der Winkelhebel s.
Statt mittels Laufringes u von der Kurbelwelle aus kann die den Feder-
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spieles im selben Sinne wie diese mitmacht.
In einfacherer Weise lässt sich die Beseitigung des Einflusses des Federspieles bei Lokomotiven mit eingangs beschriebener Steuerung erzielen. wenn gerade Kulissen statt der gekrümmten verwendet werden : die nach dem Schema in Fig. 9 angeordnete beispielsweise. \usführung ist in Fig. 13 und 14 dargestellt.
Auch die gerade Kulisse würde zufolge des Federspieles Unregelmässigkeiten in der Dampfverteilung aufweisen, da bei jeder Verschiebung der Kurbelwelle die Kulisse um eine andere Mittellage als die gewollte schwingen würde. Um diesen Nachteil zu beheben, genügt es bei der Steuerung mit gerader Kulisse. den Stützpunkt des Hebelsystem derart beweglich anzuordnen, dass er die Verschiebungen der Kurbelwelle in gleichem Sinne und in demselben iris- masse wie diese mitmacht.
Nach Fig. 13 und 14 trägt die Kurbelwelle (Triebwelle) F, ähnlich wie in Fig. 10, einen Ring M, auf dem der Kopf v einer Schubstange' sitzt. Diese Schubstange ist mittels Zapfens H' an den Hebel x angelenkt (Fig. 14), der mit seiner Nahe xi au einer nach beiden Maschinenseiten sich erstreckenden Welle C2 aufgekeilt ist.
Auf der Welle C2 sitzen fest zwei Arme x2, die die gleiche Länge haben wie x und die Zapfen C tragen, die an jeder Maschinenseite als Stützpunkte für die Aussensteuerungen dienen, so dass die Mittel der Zapfen C und lop mit dem Mittel der Welle C2 in eine wagrechte Ebene zu liegen kommen, wenn die Kurbelstange F ihre normale Lage einnimmt.
Entsteht nun infolge des Federspieles eine Verschiebung der Kurbelwelle F, so wird dieselbe durch w und x auf die Welle C2 und somit auf die Arme x2 übertragen, so dass die Hebelsysteme der Steuerungen,. deren Teile hierbei in ihrer relativen Lage zueinander bleiben, jeweils um den Betrag der Verschiebung gehoben oder gesenkt werden, während die horizontalen
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um welche die Kulisse a schwingt, vertikal bleiben und zufolge des geraden Führungsschlitzes der Kulisse wird der Bogen, den der Punkt 1'1 beschreibt, stets um Mittellagen schwingen, die eine Betätigung des Verteilschiebers in solchen Schieberwegen ermöglichen, welche ihre Mitte im Schieberspiegelmittel haben werden.
Die Abweichungen, die durch die Verschiebung der Zapfen C in einem Kreisbogen um die Welle C2 entstehen, sind geringfügig, da die Länge von x bzw. x2 so gross gewählt werden kann, dass sie bei einem Bogen von der Länge des Federspieles eine ganz geringe Pfeilhöhe ergibt.
Auch bei dieser Einrichtung kann, wie bei der Ausführung nach Fig. 10 bis 12, die Regelbewegung von jedem beliebigen Konstruktionsteil der Maschine abgeleitet werden, der das Federspiel im selben Sinne wie die Kurbelwelle und ebenso gross wie diese mitmacht.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Einexzenter-Kulissensteuerung, bei welcher der Kulisse ausser der schwingenden Bewegung auch eine hin und her gehende erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse vom Exzenter mittels eines Parallelogramms angetrieben wird, welches einen einzigen festen Stützpunkt hat, um den die Kulissenmitte in einem Kreisbogen geführt ist, und welches Parallelo- gramm mit dem Exzenter durch einen eine seiner Seiten bildenden Hebel verbunden ist, wodurch bezweckt wird, die Schieberstange in (praktisch) beliebig grosser Distanz von der Achse des Zylinders parallel zur Kolbenstange anordnen zu können, bei direkter Betätigung der Schieberstange durch die Schieberschubstange.