DE295C - Ventilsteuerung für Dampfmaschinen - Google Patents

Description

1877.

Klasse 14.

CHARLES BROWN in WINTERTHUR (Schweiz)^ Ventilsteuerung für Dampfmaschinen. '$

Patentirt im Deutschen Reiche vom 28. Juli 1877 ab. ^c-tCJ'

Längste Dauer: 31. October 1891. ^ζά'Ζ

Diese Steuerung hat den doppelten Zweck:

ι. beliebig veränderliche Expansionsgrade des Dampfes im Cylinder zu ermöglichen;

2. behufs Regulirung der Maschine die Expansionsgrade ganz vom Regulator abhängig zu machen.

Die Einlafsventile erhalten eine positive Bewegung, d. h. eine solche, welche einem bewegten Haupttheil der Maschine entnommen, dann durch den Regulator. nach Bedarf modificirt und durch einen Uehertragungsmechanismus an die die Ventile abgegeben "wird.

Die bezeichneten Verbesserungen beziehen sich auf eine neue, verbesserte Anordnung der Bewegungsmechanismen für die Ventile oder Schieber von Dampfmaschinen, Locomotiven und Tramway-Locomotiven ohne die Anwendung von Excentriks- oder Klinkenbewegung und wodurch jeder gewünschte Grad von Voreilung oder variabler Expansion und auch Umsteuerung erreicht werden kann.

Die variable Expansion und die Umsteuerung kann bei Fördermaschinen, Locomotiven und Tramway - Maschinen von Hand durch die gewöhnlichen Mittel regulirt werden, oder bei stationären Maschinen ohne Umsteuerung, kann der Mechanismus mit dem Regulator verbunden werden, wie in Folgendem beschrieben werden soll. ' ;

Ferner auf eine verbesserte Constructionsweise zweisitziger sogenannter Cornischen Steuerungsventile, welche es ermöglicht, dafs dieselben geräuschlos arbeiten bei gröfserem Hub oder gröfserer Hubzahl, wie gewöhnlich.

Die Eigenthümlichkeiten der gedachten Erfindungen, und die Art der Ausführung derselben, 'werden durch die beiliegenden Zeichnungen klar verdeutlicht und nachgewiesen.

Blatt I, Fig. ι stellt einen Längenschnitt durch die Obere Hälfte eines Dampf - Cylinders dar, mit dem verbesserten, zweisitzigen oder Cornischen Einlafsventil und zeigt zugleich den Mechanismus zur Uebertragung der Bewegung der Steuerungs-Vorrichtung auf die Ventile.

Fig. 3 ist Ansicht des letzteren im Grundrifs.

Blatt II, Fig. τα. Ein Schnitt durch das Einlafs-Ventil, woraus die Verbindung der Ventilstange mit dem Ventil und der Dampf buffer ersichtlich sind.

Fig. 2. Vertical - Schnitt durcH*3deii?jI)ampf-Cylinder und den Mechanismus der t^bei|iiägung.

Fig. 5. Endansicht der neuen Ventil-Stkijprung in Verbindung mit dem Regulator. y"^;r

Blatt III, Fig. 4. Längs-Ansicht des tfebertragungs- und Steuerungs-Mechanismus verbunden mit dem Regulator, in der Stellung der Maximal-Zulassung.

Fig. 6. Grundrifs des obigen.

Fig. 7 zeigt Regulator und Steuerung bei Minimal-Admission.

Blatt V, Fig. i. Geometrisches Diagramm der Steuerung, angewendet auf eine Locomotive ohne Zwischenbalancier.

. Fig. 2. Ein solches angewendet auf eine Locomotive mit Balancier.

■Dieselben Buchstaben beziehen sich in den Zeichnungen immer auf dieselben Theile.

Die Construction der neuen Einlafs -Ventile ist ersichtlich aus Fig. 1, Blatt I und aus Fig. τα, Blatt II.

Es ist A ein fiachsitziges, equilibrirtes oder Cornisches Ventil, C ein kleiner Hohl-Cylinder, welcher mit dem Ventil A zusammen gegossen oder in anderer Weise verbunden ist.

Der Hohlcylinder C schiebt sich auf einem Kolben B, welcher andererseits mit dem Ventilsitz A' zusammen gegossen oder in anderer Weise mit demselben verbunden ist.

Dieser Kolben dient zugleich als eine Führung für das Ventil A.

In der Axe des Kolbens B ist ein kleines Ventilchen D angebracht, welches den Eintritt des Dampfes in das Innere des Cylinders C durch die kleinen Oeffhungen d d d an der Grundfläche des Kolbens B gestattet.

Das kleine Ventilchen D ist ferner mit einer kleinen Oeffnung, welche in der Richtung seiner Axe eingebohrt ist, versehen.

Ist nun das Ventil-^4 von seinem Sitz gehoben, so öffnet der Dampf das Ventilchen D und erlaubt dem Dampf aus dem Dampfmantel den Raum zu füllen, welcher durch den Zwischenraum zwischen dem Kolben B und dem geschlossenen Ende des Cylinders C entsteht, und einen Dampfbuffer zu bilden.

Sobald nun das Ventil A mit dem Cylinder C den Rückweg oder die Schlufsbewegung beginnt, schliefst sich das Ventil D und der eingeschlossene

Dampf, welcher keinen anderen Ausweg als durch die in der Axe des Ventils angebrachte Oeffnung findet, verursacht nun eine hinreichend verzögert niedergehende Bewegung, so dafs es ersichtlich ist, dafs der Schlufs beinahe geräuschlos erfolgen mufs.

Diese Verbesserung d. h. die Placirung des Buffers in den Dampfraum hat den Vortheil, dafs der Buffer in einem Medium von gröfserer Dichtigkeit, als die atmosphärische Luft, zur Wirkung kommt, und deswegen kleiner als gewöhnlich gemacht werden kann, und ferner indem der Buffer mit dem Ventil aus einem Stück hergestellt ist und der Bufferkolben mit dem Ventilsitz, wirkt derselbe vollkommener weil er in seinem Spiel nicht durch Stopfbüchsen noch Verbindungsstücke beeinflufst wird, was gewöhnlich der Fall ist, wenn die Buffer aufserhalb des Dampfraumes (Ventilkastens) liegen.

Die Ventilstange oder Ventilspindel ist mit dem Ventil A mittelst einer Nufs E verbunden, welche aus zwei Hälften besteht und mit zwei oder mehr eingedrehten, ringförmigen Nu then versehen ist·, welche die Ringe F der Ventilstange aufnehmen.

Die eingedrehten Ringe werden im Durchmesser hinreichend mit Spielraum gemacht, so dafs dieselben eine kleine Inacuratesse in Bezug auf die Position der Axe von F und A erlauben, so dafs durch dieselbe die freie Bewegung des Ventils A weder gebunden noch behindert ist.

Die Dichtung der Ventilstange F wird durch eine lange Hülse am Ventilkastendeckel hergestellt, in welche die Ventilstange ganz genau eingepafst ist.

Die Ventilstange ist mit einer Reihe ringförmiger Furchen versehen, welche sich mit condensirtem Dampfe füllen, und so eine Reihe Kolben, d. h. Hindernisse bilden für das Entweichen des Dampfes.

Eine kleine Menge loser Baumwolle oder irgend einer anderen elastischen Faser in die Stopfbüchse f gelegt und nur leicht zusammengedrückt durch die Mutter /' bewirkt, dafs die Ventilstange vollständig dampfdicht und mit einem Minimum Reibung sich bewegen wird.

Die Verbindung zwischen Ventilstange F und Ventilsteuerung wird durch eine Anzahl Stahlscheiben α α α hergestellt, durch deren Mittellinie (Mittellöcher) die Ventilstange geht und mit zwei Muttern befestigt ist.

Zwischen den Stahlscheiben sind dünne Unterlegscheiben gelegt, um dieselben in geringer Entfernung aus einander zu halten.

Die Säulchen Zi¹ Zi' sind in derselben Weise mit den Stahlscheiben verbunden, wie die Ventilspindel.

Diese Art der Verbindung sichert einen leich-: ten Grad von Elasticität and verhütet den Verschleifs der Ventile und der Spindeln.

Die Säulchen Zi¹Zi¹ sind eingeschraubt in den auf der Deckelhülse auf und ab verschiebbaren Ring Zi₁ welcher von dem Gabelhebel G G umschlossen ist. α ₅. .*

Dieser Gabelhebel G G enthält ein in die eingedrehte Furche des Ringes Zi passendes Gleitstück g.

Die Hebel G G in Verbindung mit dem daumenförmigen Hebel IC, welcher das Verbindungsglied mit der Steuerung durch die Zugstange M bildet, bewirkt die Bewegung der Einlafsventile.

Es ist ersichtlich, dafs, wenn der Steuerimgsmechanismus dem Hebel K durch die Zugstange M eine oscillirende Bewegung um den Zapfen J ertheilt, im ersten Augenblicke die Berührung von K mit den Hebeln G G am entferntesten Ende von ihren Drehzapfen G' G' und am nächsten dem Zapfen J stattfindet, so dafs also zuerst den Ventilen eine langsame Bewegung ertheilt wird, und, je höher das Ventil gehoben wird, desto mehr beschleunigt sich dessen Bewegung, weil der daumenförmige Hebel K vermöge seiner eigenthümlichen Form nach und nach mit den Hebeln G G fortschreitend und immer entfernter von seinem eigenen Dreh-' zapfen J in Berührung kommt.

Bei der Rückwärtsoscillation wird der Schlufs der Ventile (weil dieselben der Rückgangsbewegung des Hebels K folgen müssen) durch die Querfeder G² gesichert.

Blatt III, Fig. 4, 6 und 7 zeigt die neue Ventilsteuerung, betrieben von der Pleuelstange der Dampfmaschine aus.

Blatt V, Fig. ι und 2 zeigt das geometrische Diagramm der Steuerung, angewendet auf Locomotiv-Maschinen.

Diese Schiebersteuerung ist schon in ähnlicher Weise von Hackworth und Walschorts angewendet, aber verschieden von beiden ist das, dafs die Bewegung ganz und nur allein von einem Punkte der Pleuelstange zwischen Kreuzkopf und Kurbelzapfen entnommen ist, ohne die weitere Anwendung von Excentriks oder Kurbeln.

Die Bewegung wird von einem Punkte S der Pleuelstange S₁ entnommen (Fig. 4 und 6, Blatt III).

Der Punkt S ist gezwungen, eine ellipsenartige Curve zu beschreiben und soll nun eine correcte Steuerungsbewegung hervorbringen.

Der Pendelhebel P ist nicht direct mit dem Punkte S der Pleuelstange verbunden, sondern vermittelst der Lenkerstange R₁ , welche an ihrem einen Ende den Punkt S anfafst uud mit ihrem anderen Ende T den Schwmgungshehel R.

Der Pendelhebel P greift die Lenkerstange an einem Punkte Q zwischen S und T und nimmt somit an der Bewegung beider Theil.

Der Effect dieser Anordnung ist der, dafs der Punkt Q eine nach der Seite des Pendelhebels P zu flach gedrückte Ellipse beschreibt. Die Verhältnisse dieser Anordnung sind so gewählt, dafs der Punkt N des Hebels P nach jeder Seite gleichviel von der Axe U₁ 11 U₁ schwingt.

N das obere Ende des Pendelhebels P ist geführt durch ein System von Gelenken und Hebeln.

Das ganze System wird getragen durch einen

doppelarmigen Hebel U₁ u u₂, welcher beliebig in die Position Fig. 7 oder Fig. 4, Blatt III, oder in irgend eine andere, dazwischen liegende Position gebracht werden kann.

Aus obiger Anordnung ist ersichtlich, dafs der Punkt JV einen beinahe geradlinigen Weg JVJV₁ beschreibt una zwar entweder rechtwinklig oder geneigt zur Mittellinie der Pleuelstange S₁, zufolge der jedesmaligen Stellung des oben erwähnten Gelenksystems und des doppelarmigen Hebels U₁ u u_%.

Die Steuerungs - Zugstange M greift in dem Punkte M₁ des Pendelhebels P an, und verbindet so den beschriebenen Mechanismus mit den Bewegungsmechanismen der Ventile.

Dieser Punkt M₁ beschreibt aber bei seiner Bewegung eine Ellipse und in der Stellung des Systems, wie Fig. 7 zeigt, ist die kleine Axe gleich dem Hub, der für die geringste Arbeitsleistung gegeben werden kann.

In der Stellung, welche Fig. 4 ersichtlich macht, nimmt die Ellipse eine geneigte Lage ein, so dafs der Hub, beeinflufst durch die Wirkung der grofsen und der kleinen Axe, ein gröfserer wird, als in Fig. 7.

Die Differenz zwischen diesen beiden Wegen ist gleich der Zunahme des Oeffnens des Ventils für die Dampfeinströmung in den Cylinder.

Nun ist klar, dafs, indem man die vorbeschriebene Anordnung von Mechanismen in einer geeigneten Weise mit einem Regulator verbindet, die Stellung des genannten Mechanismus aus der Position Fig. 7, wo der Regulator in der höchsten Stellung und die Einströmung ein Minimum ist, durch den Regulator in die Position Fig. 4, wo der Regulator in der tiefsten Stellung und die Einströmung ein Maximum ist, gebracht werden und jede dazwischen liegende Position annehmen und durch diese Stellungen eine höhere oder geringere Einströmung .bewirkt werden kann.

Es ist zu beobachten, dafs in dem Moment, in welchem die Kurbel die todten Punkte passirt, der Punkt JV des Pendelhebels P immer zusammenfällt mit dem Axpunkte u des doppelarmigen Hebels U₁ u U₁, unter welchem Winkel der letztere auch stehen möge.

Infolge dessen ist die Voreilung constant für alle Grade der Expansion.

Nun beschreibt aber der Punkt JV₁ der Steuerungszugstange M eine Curve (gebogenen oder gekrümmten Weg), weil dieselbe um den Zapfen M₂ (siehe Blatt III) schwingt.

Um den hierdurch entstehenden Fehler zu beseitigen, weil hierdurch eine Ungleichheit der Einströmung auf beiden Seiten des Kolbens entstehen würde, sind die Verhältnisse der Gelenke JV X U₁ und JV X u so gewählt worden, dafs dieser Fehler compensirt ist.

Die oben beschriebene Steuerungsbewegung kann auch angewendet werden, um direct die Gleitschieber von Dampfmaschinen und Loco-

motiven zu bewegen, wie auf Blatt IV und V verdeutlicht ist.

Im Falle der Anwendung für Locomotiven kann der Mechanismus, an welchem das obere Ende des Pendelhebels aufgehängt ist, nach jeder Seite der Mittelstellung in eine geneigte Stellung gebracht werden, so dafs dem Gleitschieber die geeignete Bewegung für Vorwärtsgang der Maschine mitgetheilt wird.

Diese Positionen werden mit »vorwärts« und »rückwärts« bezeichnet.

Es ist klar, dafs durch irgend eine Stellung zwischen diesen Endstellungen eine gröfsere oder geringere Einströmung oder Expansion bewirkt werden kann, sowohl für die Rückwärts- als Vorwärtssteuerung.

Diese combinirte Umsteuerungs-, Halte- und Expansionsvorrichtung kann durch den gewöhnlichen Steuerhebel und gezahnten Sector (Steuerbogen) bewerkstelligt werden, wie Blatt IV zeigt, oder bei schwereren Maschinen durch den gebräuchlichen Umsteuerungs - Mechanismus mit Schraube.

In Fig. i, Blatt V ist der Pendelhebel zu sehen, bewegt durch die Kuppelstange. Da in diesem Falle keine Correctur der Curve, welche das untere Ende des Pendelhebels beschreibt, vorgenommen ist (vergl. Fig. 4, Blatt III), so ist die Bewegung des Gleitschiebers in geringem Maafse uncorrect, d. h. die Einströmung ist nicht ganz vollkommen gleich auf beiden Seiten des Kolbens.

Wendet man jedoch diese Steuerung auf Maschinen an, bei welchen die Kolbenbewegung auf die Triebräder durch einen Balancier (System Belpaire) übertragen wird, so ist das eine Ende der Pleuelstange gezwungen, in einem Kreisbogen zu schwingen, weil es an. dem einen Arm des Balanciers angreift.

Wenn nun der Pendelhebel P an einem, zwischen Kurbelzapfen und Balancier, geeigneten Punkte der Pleuelstange angreift, wird der Fehler, welcher der Curve, welche der untere Punkt des Pendelhebels beschreibt, eigen ist, vollständig beseitigt, so dafs die Dampfvertheilung im Cylinder beinahe mathematisch correct ist, für jede Stellung des Steuerhebels (am Steuerbogen, siehe Blatt IV).

Indem so die Natur der vorliegenden Erfindung und die Weise, wie dieselbe auszuführen ist und deren Anwendung klar gelegt ist, wünscht der Erfinder dahin verstanden zu sein, dafs er sich nicht auf die specielle Form des Apparates, wie derselbe hier beschrieben ist, beschränkt, sondern dafs er auf jede Anordnung desselben, wodurch der gleiche Zweck erreicht wird, Anspruch als seine Erfindung erhebt.

Claims (1)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Die Weise, die Ventile und Schieberde r Dampfmaschinen, Fördermaschinen, Locomotiven und Tramway-Locomotiven, sowohl von Hand als durch den Regulator, mit variabler Expansion zu be

   wegen, oder denselben Mechanismus angeordnet als ein Mittel zur Umsteuerung, wie oben beschrieben.

   Die Anordnung von Gegenlenkern oder Parallelführung, durch welche der Fehleder durch die Curve, welche die Zugstange der Steuerung beschreibt, hervorgebracht wird, annähernd beseitigt ist.
   Die Anordnung, um den Fehler zu beseitigen, welcher durch den curvenförmigen Weg der Bewegung des Pendelhebels entsteht.
   Die Construction des Buffers im Dampfraum, um den Fall der Einlafsventile zu verzögern bezw. deren Stofs auf die Sitze zu verringern. «.
   Die verbesserte Weise, die Ventilspindeln bei Cornischen Doppelsitz-Emlafsventilen mit den Ventilen selbst zu verbinden und die Art und Weise des Dampfdichthaltens der Ventilspindeln ohne die gewöhnliche Anordnung der Stopfbüchsen, wodurch der ungleiche Gang der Spindel vermieden und die Reibung bedeutend vermindert wird.

   Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.