DE23981C - Elektrische Steuerung für Dampfund andere Maschinen - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTA

Die elektrische Steuerung, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, beruht auf der Anwendung der Wirkung, welche von einem . elektrischen Strome durchflossene Drahtspiüen (Solenoide) auf einen Stab aus weichem Eisen ausüben.

Setzt man einen Eisenstab der Wirkung zweier zu ihm geeignet gelagerten Solenoide aus, d. h. läfst man ihn durch die Solenoide hindurchgehen, so dafs sein Schwerpunkt sich zwischen denselben befindet, und leitet man abwechselnd bald durch das eine, bald durch das andere Solenoid einen elektrischen Strom, so wird der Eisenstab eine hin- und hergehende Bewegung . ausführen. Befestigt man je einen solchen Eisenstab an den Seitenflächen eines Schiebers und bringt gegenüber den Stabenden Solenoide an, so wird die Bewegung des Schiebers vom Zeitpunkte des Eintrittes und der Dauer der Wirkung des elektrischen Stromes, der abwechselnd durch die Spulen geleitet wird, abhängig sein. Die erwähnten Momente werden durch Stromvertheiler bekannter Construction bestimmt, deren jedesmalige richtige Stellung durch Befestigung derselben auf der Haupt- oder einer Nebenwelle der Maschine (wie bei Lokomotiven, Schiffsmaschinen, Pumpen, Gebläsemaschinen u. dergl.) bedingt ist, oder behufs Regulirung der Expansion durch Regulatoren selbsttätig herbeigeführt wird.

Die Ventile bei den Ventildampfmaschinen, Pumpen etc. werden vermittelst eiserner Spindeln, ebenso Klappen, Hähne und Drehschieber mittelst an denselben geeignet angebrachter Eisenstäbe durch die Wirkung des elektrischen Stromes in Solenoiden in Function gesetzt.

Der elektrische Strom kann von irgend einer Elektricitätsquelle abgezweigt werden, oder er kann durch eine dynamoelektrische Maschine geliefert werden, welche von der zu steuernden Maschine selbst oder durch einen Hülfsmotor betrieben wird. Da aber zur Ingangsetzung der Maschine im ersten Falle ein elektrischer Strom bereits vorhanden sein mufs, so kann man diesen zunächst mittelst eines Hülfsmotors erzeugen, welcher später ausgeschaltet wird, oder man kann den anfänglich nothwendigen Strom einer Faure'sehen Batterie entnehmen. Ist dann die Dampfmaschine und mit ihr die elektrische Maschine in Gang gebracht, so wird ein kleiner Theil des in letzterer erzeugten Stromes in die Faure'sche Batterie eingeleitet, bis diese wieder vollständig geladen ist.

In beiliegender Zeichnung zeigt:

Fig. ι eine elektrische Präcisionssteuerung einer Ventildampfmaschine;

Fig. 2 veranschaulicht die Anordnung der Drahtbürsten;

Fig. 3 zeigt die mobile Contacttrommel Z und die festen Contactscheiben CC in der Abwickelung;

Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung einer elektrischen Präcisionssteuerung mit einem einfachen Muschelschieber;

Fig. 5 ist eine Abbildung der hierzu gehörigen Contacttrommel Z, und

Fig. 6 zeigt diese in der Abwickelung;

Fig. 7 veranschaulicht schematisch die Anordnung der Solenoide bei einer Lokomotive; hierzu zeigt

Fig. 8 schematisch die gebräuchliche Stellung der beiden Kurbeln zu- einander,

Fig. 9 die Contacttrommel und

Fig. io die Abwickelung derselben.

Bei der in Fig. ι dargestellten Ventildampfmaschine befinden sich die Ein- und Auslafsventile E E' A A' neben einander an den Enden des Dampfcylinders. Zwischen den beiden Ventilen E und A jeder Seite steht eine Säule T mit zwei vertical verstellbaren, zweiarmigen Trägern ti' für die Solenoideli, II2, welche die Spindeln der Ventile umgeben. Eine Blattfeder ff, welche mit ihrer Längenmitte auf der Säule aufsitzt, ist mit den oberen Enden der Ventilspindeln so verbunden, dafs sie sowohl ziehend, als auch druckend darauf wirken kann.

Die Solenoide 1, 2 bezw. I, II etc. werden derart angeordnet, dafs der Schwerpunkt der Ventilspindel (wobei auf das Gewicht des Ven^: tils selbst und den wirkenden Dampfdruck Rücksicht genommen werden mufs) sich zwischen derselben befindet, so dafs durch das abwechselnde Leiten des elektrischen Stromes in die Solenoide die Hin- und Herbewegung der Ventilspindeln bewirkt wird. Durch den Gegendruck der Feder ff wird die Bewegung der Spindel begrenzt, und durch passendes Einstellen der Solenoide (durch Verschieben der sie tragenden Arme it') soll das Spiel der Ventile so regulirt werden, dafs sowohl das Heben als das Niedersetzen ganz stofsfrei und doch exact geschieht. Dies soll ferner auch durch entsprechende Formveränderungen der Ventilspindeln, wie Verstärken derselben an ■ passenden Stellen, bewirkt werden können.

Der Stromvertheiler besteht aus Scheiben C C und einem Cylinder Z aus irgend einem .die Elektricität nicht leitenden Material, in welches Contactplatten aus Kupfer oder einem anderen guten Elektricitätsleiter eingelegt sind. An C C und Z schleifen aus Kupferdraht bestehende Bürsten b b' O₁ b₁' c c' C₁ C₁', von denen Leitungsdrähte // /// //' ///' I₁ /₂ I₁' 4' in schematisch angedeuteter Anordnung zu je einem Drahtende eines jeden Solenoids führen. Die zweiten Drahtenden der Solenoide führen zu einem gemeinsamen Leitungsdrahte (—) P und dieser zu der einen Polklemme der elektrischen Maschine oder sonstigen Stromquelle, während die Kupferbelege der Contactscheiben C C und der Expansionstrommel Z mit dem anderen Pol der Stromquelle mittelst der Schleiffeder S verbunden sind (s. [+] P).

Die beiden Scheiben C C sind an der Regulatorspindel fest angebracht, da sie den Strom in die Solenoide der Auslafsventile zu leiten haben, und deren Function nicht veränderlich ist, während Z mittelst der beweglichen Hülse H durch die Thätigkeit des Regulators immer an solcher Stelle erhalten wird, dafs die Dauer des Bürstencontactes der notwendigen Füllung entspricht. Aus der aufgerollten Mantelfläche, Fig. 3, der Expansionstrommel Z ist ersichtlich, dafs je nach der Stellung von Z, gegenüber den festen Ableitbürsten, der Contact, daher der elektrische Strom und dessen Wirkung in den Solenoiden längere oder kürzere Zeit andauert. (Die schraffirten Theile bedeuten die Contactbeläge.)

Statt die Trommel Z beweglich zu machen und die Bürsten b b' b_l b_x' fest - anzubringen, kann man erstere fest anbringen und letztere derart anordnen, dafs sie bei jeder Bewegung des Regulators .ihre Stellung verändern. Man ist hierdurch in der Lage, statt der langsam rotirenden Watt'schen Regulatoren weit empfindlichere (z. B. Cosinus-) Regulatoren anzuwenden. Die Expansionstrommel kann dann vertical oder horizontal angeordnet sein, nur mufs ihre Tourenanzahl gleich der Tourenzahl der Maschine oder gleich einem aliquoten Theile derselben sein.

In letzterem Falle wird der Contactbelag entsprechend mehrfach angeordnet.

Die elektrische Steuerung soll mindestens dieselbe exacte Wirkung haben, wie die besten Präcisionssteuerungen. Die Bewegung der Ventile soll nicht nur sehr rasch, sondern auch ohne jeden Stofs bewirkt werden, ohne dafs hierzu das complicirte theure Stangenwerk der gut wirkenden Präcisionssteuerungen nöthig wäre. Auch soll eine mit elektrischer Steuerung versehene Maschine beinahe gar keiner Beaufsichtigung bedürfen.

Das in Fig. 4 dargestellte Schema veranschaulicht die Anordnung der Solenoide und der mit den Contactfiächen versehenen Trommel Z bei einer elektrischen Präcisionssteuerung mit einem einfachen Muschelschieber, wie solche bei langsamer gehenden Maschinen älterer Construction gebräuchlich sind. Der Schieber besitzt die gewöhnliche Form, nur ist er etwas verlängert, so dafs er bei Abschlufs der Dampfeinströmung ■ nach vollzogener Expansion den Ausströmungskanal noch frei läfst. Die an der mit Contactbelägen versehenen Expansionstrommel gleitenden Bürsten b b' b_t <V bewirken die Leitung des elektrischen Stromes in die Solenoide r r' und //', so dafs der Strom bald durch r oder r', bald durch / oder /' hindurchgeht, wodurch der Schieber hin- und herbewegt wird. In Fig. 4 sind zur deutlicheren Veranschaulichung die Schnitte durch die Trommel Z in der Richtung der Bürsten b V und b_l b_x' (vgl. Fig. 5) neben einander gezeichnet; die stärker ausgezogenen Quadranten bedeuten die Beläge. Die vier Darstellungen zeigen die Lage dieser Contactbeläge zu den Bürsten und die dadurch bewirkte Stellung des Schiebers bei einer fortlaufenden Umdrehung der Expansionstrommel Z um je 90⁰, und bei auf halbe Füllung gestellter Trommel.

Die Begrenzung der Bewegung des Schiebers kann auf verschiedene Weise geschehen. Man kann den Schieberrahmen so hoch machen, dafs

er an die Innenwand des Schieberkastens anstöfst, sobald der Schieber seine Endstellung erreicht hat, oder man kann die Enden der Schieberstangen auf Buffer auftreffen lassen, welche der Lage der Endstellung des Schiebers entsprechend angeordnet sind, oder man kann Anschlagleisten oder andere passende Vorrichtungen anbringen.

Zur Verstärkung der anziehenden Wirkung der Solenoide wird es oft vorteilhaft sein, die Drahtspulen mit Hülsen aus weichem Eisen zu umgeben.

Bei der in Fig. 7 bis 10 dargestellten elektrischen Präcisionssteuerung für Lokomotiven sind durchbrochene Schieber angenommen, und zwar für jeden Cylinder zwei Einlafs- und zwei Auslafsschieber.

Zu beiden Seiten eines jeden Schiebers ist je ein Solenoid angebracht. Der elektrische Strom wird durch diejenigen Solenoide geleitet, gegen die hin die betreffenden Schieber sich bewegen sollen. Die Solenoide 5, 1, 3, 7 und 8, 4, 2, 6 sind an den Einlafs-, die anderen an den Auslafsschiebern angeordnet.

Die Bewegung sämmtlicher Schieber, sowohl beim Vorwärts- als beim Rückwärtsfahren wie auch beim Gegendampfgeben während des Fahrens, wird durch eine einzige, mit den entsprechenden Contactbelägen versehene Trommel regulirt. Diese Trommel ist in Fig. 9 dargestellt; Fig. 10 zeigt dieselbe in abgewickeltem Zustande. Die Trommel ist mit drei von einander getrennten Belägen versehen, die so angebracht sind, dafs durch Verstellung eines Contacthebels M der elektrische Strom in einen der drei Theile geleitet wird. In der Zeichnung sind die schematisch dargestellten Bürsten in Fig. 9 und 10 mit den gleichen Nummern wie die correspondirenden Solenoide in Fig. 7 bezeichnet. Die schraffirten Theile bezeichnen die mit Elektricität leitendem Material verkleideten Theile der Expansionstrommel. In dem obersten Theile ist der Contactbelag, wie er zur Steuerung beim Vorwärtsfahren angeordnet sein mufs, dargestellt. Der unterste Theil veranschaulicht die Art der Anordnung des Contactbelages zur Steuerung beim Rückwärtsfahren, und der mittlere Theil zeigt die Belaganordnung beim Geben von Gegendampf während des Fahrens.

: Sobald die mit dem correspondirenden Solenoid in Verbindung stehende Bürste mit dem Contactbelag in Berührung kommt, geht der elektrische Strom durch das Solenoid und der Schieber wird gegen dieses hinbewegt. Wenn das auf der einen Seite des Schiebers angebrachte Solenoid in Thätigkeit tritt, hört das auf der anderen Seite liegende zu wirken auf, da der elektrische Strom nicht mehr durch dasselbe hindurchgeleitet wird.

Sämmtliche Bürsten sind zugleich verschiebbar; sie sind auf vier Stangen angeordnet, welche in einem Ringe oder einer Platte befestigt sind. Die gegenseitige Lage der Bürsten zu einander bleibt daher stets dieselbe, während alle Bürsten auf einmal für jeden beliebigen Expansionsgrad eingestellt werden können.

Die Contacttrommel mit den drei von einander getrennten Belägen wird von der Triebachse der Lokomotive aus durch Kegel-, Stirnoder Kettenräder in Rotation versetzt und macht ebenso viel Touren als die Triebachse oder einen aquiloten Theil derselben.

Mufs man während des Fahrens Gegendampf geben, so stellt man den Contacthebel M derart, dafs der Strom durch den mittleren Belag der Trommel geht. Der Contacthebel wird dann so umgestellt, dafs der Strom durch jenen Contactbelag geleitet wird, welcher der Drehrichtung der Triebachse nach der Umkehrung entspricht. Dieses Umstellen erfordert nur zwei kleine Verschiebungen des Contacthebels.

Die Dampfvertheilung bei Compound- oder anderen Maschinen, welche speciellen Anforderungen entsprechen müssen, kann selbstverständlich durch Contacttrommeln mit entsprechend angeordnetem Belag bewirkt werden.

Da der gesättigte Dampf bei 14 Atmosphären eine Temperatur von unter 200⁰ C. hat und bei dieser Temperatur die Intensität des elektrischen Stromes nur wenig verändert wird, ist es ermöglicht, die Drähte in den Steuerungskasten dampfdicht einzuführen und die Solenoide in dem Dampfraum, nur von einer Hülse geschützt, anzuordnen. Es fallen alsdann die Ventilstopfbüchsen und die Dichtungen ganz weg, und man kann ohne Complication der Form des Cylinders leicht eine so allseitige Umhüllung des letzteren anordnen, dafs selbst die Ventilkästen vom Mantel umgeben sind.

Die Ventile und die Klappen von Pumpen und anderen Maschinen sollen ebenso in Thätigkeit gesetzt werden, wie die Ventile der in Fig. 1 dargestellten Dampfmaschine, indem an den Ventilen und Klappen Eisenstäbe angebracht werden, welche durch Solenoide, in die zu passender Zeit ein elektrischer Strom eingeleitet wird, in Bewegung gesetzt werden. Die Contacttrommeln sind an der Hauptwelle angebracht.

Bei direct wirkenden Maschinen kann der Kreuzkopf die Rolle der Contacttrommel übernehmen, indem er bei seiner Hin- und Herbewegung den Stromschlufs für die einzelnen Solenoide mit Hülfe von an Contactschienen gleitenden Contacten in den passenden Momenten bewirkt.

Claims (1)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Elektrische Steuerungen für Dampfmaschinen, Lokomotiven, Schiffsmaschinen, Gas- und

   Heifsluft-Motoren, Wassersäulen- und Gebläsemaschinen und Pumpen aller Art, bestehend in der Anordnung von Solenoiden, entweder gegenüber den Enden von an den Schiebern angebrachten Eisenstangen oder an den Spindeln der Ventile, wobei durch diese Solenoide in passenden Momenten ein elektrischer Strom geleitet wird.
   Zur elektrischen Steuerung von Lokomotiven die Anordnung einer Contacttrommel mit drei von einander getrennten Contactbelägen, welche derart angeordnet sind,- dafs einer der Steuerung beim Vorwärtsfahren, einer der Steuerung beim Rückwärtsfahren und der dritte, dem Gegendampfgeben entsprechend, den elektrischen Strom in passender Weise durch die an der Trommel gleitenden Bürsten in die Solenoide leitet, wobei der Strom durch einfaches Verschieben eines Contacthebels in einen der drei Beläge geführt wird, und sämmtliche Bürsten, deren je drei entsprechend mit einem Solenoid in Verbindung stehen, auf einmal verschoben werden können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.