DE37409C - Vorrichtüng zur Veränderung des Hubes von Kolbendampfmaschinen - Google Patents

Description

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PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 18. Mai 1886 ab.

Bei den gewöhnlichen Lokomotiven entspricht einer bestimmten Kolbengeschwindigkeit immer dieselbe Fahrgeschwindigkeit, und umgekehrt. Dieser Umstand steht im Widerspruch mit den Anforderungen, die bei dem Betrieb irgend eines Dampfwagens, der sich unter wechselnden Steigungsverhältnissen zu bewegen hat, an den Motor gestellt werden können. Jede vermehrte Steigung verzögert die Fahrgeschwindigkeit. Gerade dort, wo vermehrtes Kraftbedürfnifs vorhanden ist, vermindert sich also der eine Factor der Arbeitsleistung. Da mufs dann der Kolbendruck vergröfsert werden.

Die Vergröfserurig des Kölbendruckes hat aber ihre Grenzen und eine reichliche Bemessung der Cylinderdimensionen ebenfalls.

Der vorliegende Mechanismus soll die Fahrgeschwindigkeit innerhalb nöthiger Grenzen von der Kolbengeschwindigkeit unabhängig machen und damit die Anwendungsfähigkeit der Dampfmaschine zum Betriebe von Fahrzeugen erhöhen. Der Mechanismus ist auf beiliegender Zeichnung in Fig. 1 bis 4 dargestellt und das wesentliche Merkmal derselben besteht in der Anwendung verschiebbarer Verdrängerkolben in unveränderlicher Zusammenwirkung mit einem Mechanismus zur Verschiebung des Kurbelzapfens.

Die besondere Einrichtung dieser Haupttheile ist folgende: Im Treibcylinder A befinden sich aufser dem Arbeitskolben K die beiden Verdrängerkolben B, die mit den Stangen bezw. Büchsen α α aus den Cylinderdeckeln herausragen. Die Büchsen α stehen mit Traversen L in fester Verbindung und letztere sind an ihren Enden mit den Gewindeköpfen b versehen. In den Gewindeköpfen b laufen die Stellspindeln dd¹, welche mittelst eines Räderwerkes -D gleichmäfsig nach der einen oder anderen Richtung gedreht werden. Durch die Drehung der Spindeln d und d¹ wird gleichzeitig und gleichmäfsig eine Verschiebung der Traversen L nebst Verdrängerkolben B hervorgerufen und hierdurch der Raum für den Arbeitskolbenhub im Cylinder gleichmäfsig von beiden Seiten her verkleinert oder vergröfsert.

Um diese Veränderung praktisch brauchbar zu machen, ist erforderlich, dafs diese Raumveränderung für den Arbeitskolbenhub während des Ganges der Maschine innerhalb der gegebenen Grenzen stattfinden kann, und dafs dabei gleichzeitig die Entfernung des Kurbelzapfens E vom Kurbelwellenmittel dem verminderten oder vermehrten Hubraum des Arbeitskolbens sich anpafst, zu welchem Zwecke der nachfolgend erläuterte Mechanismus mit dem Verdrängerkolben in Verbindung steht. Auf der Achse e des zum Räderwerk D gehörenden Rades D¹ befindet sich aufser dem den Antrieb vermittelnden Kegelrade f die Schnecke F, welche in ein Schneckenrad eingreift. Dieses Schneckenrad g sitzt lose drehbar auf der Kurbelwelle und bildet einen Theil eines auf derselben angeordneten Differentialgetriebes , welches des weiteren zusammengesetzt ist aus den kleinen im Schnecken-

rade g gelagerten konischen Rädchen g^l g", dem fest auf der Kurbelwelle aufgekeilten konischen Rade h und dem zweiseitig verzahnten, lose (d. h. drehbar) auf der Kurbelwelle sitzenden konischen Rade k. Die Bewegung des Rades k wird vermittelst der fest im Maschinengestell gelagerten Kegelräder i und i¹ auf das zweiseitig verzahnte konische Rad /, welches seinerseits lose drehbar auf der. Kurbelnabe sitzt, übertragen.

In das Rad / greift endlich das konische Rad nt, welches fest am Ende der Schraubenspindel η sitzt. Diese Schraubenspindel η ist in den einer Drehbankwange ähnlichen Kurbelarm ρ eingebettet und trägt die Laufmutter r. Der Kurbelzapfen E sitzt auf dem Schlitten E¹, welcher fest mit der Laufmutter r verbunden ist. Es ist leicht ersichtlich, dafs eine Drehung der Spindel η in dem einen oder anderen Sinne eine Verschiebung des Kurbelzapfens E nach der Mitte der Kurbelwelle hin oder von dieser hinweg bewirken mufs.

Vorausgesetzt, die Maschine arbeite, d. h. die Kurbelwelle rotire, die Schneckenwelle e stehe aber still, so werden zunächst die Verdrängerkolben in ihrer eingenommenen Stellung verharren. Ebenso mufs das Schneckenrad g still stehen bleiben, denn es ist durch die stillstehende Schnecke F gesperrt. Das Rad h aber, welches fest auf der Kurbelwelle aufgekeilt ist, mufs an den Drehungen dieser Welle theilnehmen und es setzt mit Hülfe der Räder g^l und g" das Rad k ebenfalls in Rotation.

Da h gleich k ist, wird k ebenso viele Umgänge in der Zeiteinheit machen wie h, aber in entgegengesetzter Richtung.

Das Rad k überträgt seine Bewegung mittelst der Räder i i¹ auf den gleich grofsen Zahnkranz des Rades /, und es ist die Folge, dafs / genau so viele Umdrehungen in der Zeiteinheit als k und mithin auch als h bezw. die Kurbelwelle selbst macht, aber in entgegengesetztem Sinne wie /c, mithin in demselben Sinne wie die Kurbelwelle. Daraus folgt weiter, dafs sich / und m im Zustande relativer Ruhe zu einander befinden und also als letzte Folge sich ergiebt, dafs beim Stillstande von g der Kurbelzapfen E seine Entfernung vom Kurbelwellenmittel beibehält, auch wenn die Dampfmaschine arbeitet. Soll nun eine Hubveränderung während des Ganges eintreten, so ist einfach die Schneckenwelle e in Drehung zu versetzen, und zwar ist es nöthig, dafs diese Drehung von der Dampfmaschine selbst ausgehe. Die Art und Weise, in welcher die Schneckenwelle e von der Kurbelwelle aus in Bewegung gesetzt werden kann, soll weiter unten erörtert werden. Um zu erläutern, wie der in vorstehendem beschriebene Mechanismus die Uebereinstimmung der Bewegung der Verdrängerkplben einerseits und der Verschiebung des Kurbelzapfens auf dem Kurbelarm andererseits gewährleistet, sei beispielsweise der Maximalhub — 300 mm, der Minimalhub = 120 mm angenommen, woraus zunächst für jeden Verdrängerkolben eine Maximalverschiebung von 90 mm resultirt.

Weiter sei angenommen, dafs das Gewinde der Stellspindeln d d¹ 10 mm Steigung habe und folglich neun Drehungen der Spindeln d und d^l erforderlich sind, um die Verdrängerkolben aus einer Endstellung in die andere zu bringen. Werden die beiden Uebersetzungsverhältnisse, die in dem beim Dampfcylinder angeordneten Stirnräderwerk sich vorfinden, mit je ι : 3 angenommen, so sind 3X.3X9 = 81 Umdrehungen der Schneckenwelle e nöthig, um neun Drehungen der Schraub- und Stellspindel zu bewirken. Unter der ferneren Voraussetzung, dafs die Schnecke F eingängig sei und dafs das Schneckenrad g 81 Zähne habe, würde sich für dieses Rad eine Umdrehung ergeben für dieselbe Zeit, in der die Verdrängerkolben ihren ganzen Weg von 90 mm zurücklegen. Eine Umdrehung von g bewirkt, während die Maschine läuft, mittelst des Differentialgetriebes, dafs das Rad k in derselben Zeit, in der g' seine Umdrehung vollendet hat, je nach dem Richtungssinne, zwei Touren mehr oder zwei Touren wehiger als das Rad h während dieser Zeit gemacht haben wird.

Rad / hat gleiche Tourenzahlen mit Rad k, während der Kurbelarm gleiche Tourenzahlen mit h hat, und wenn nun das Verhältnifs von / : m wie 4,5 : 1 angenommen wird, so werden einer Umdrehung des Schneckenrades g immer neun Umdrehungen des Rädchens m und der Laufspindel η entsprechen, also genau so viel Umdrehungen, als in der gleichen Zeit von den Schraubspindeln d d ¹ gemacht werden. Der Kurbelradius beträgt für den Maximalhub des angenommenen Beispiels 150 mm, für den Minimalhub aber 60 mm, der vom Kurbelzapfen auf dem Kurbelarm zu durchlaufende Weg berechnet sich daher auf 90 mm (ebenso wie der eines Verdrängerkolbens). Bei 10 mm Steigung der Laufspindel η werden die oben ausgerechneten neun Umdrehungen derselben dazu gerade ausreichen. Je nach dem Sinne der Drehrichtung des Schneckenrades g wird in dieser Weise der Kurbelkreis seinen Radius vergröfsern oder verkleinern, unabhängig von der Drehrichtung der Kurbelwelle.

Es erübrigt noch, zu erläutern, wie die Schneckenwelle e beliebig von der Kurbelwelle der Dampfmaschine aus nach der einen oder anderen Seite in Drehung gesetzt bezw. stillgestellt werden kann. Hierzu dient das konische Räderpaar w, welches mittelst der Achse ο auf das Wendegetriebe s wirkt. Die

in demselben befindliche Doppelkupplung t, welche mit einem geeigneten Stellhebel in Verbindung zu bringen ist, wird, je nachdem sie nach der einen oder anderen Seite hin eingerückt oder in der Mittelstellung gehalten wird, vermittelst des konischen Räderpaares f die Schneckenwelle e nach der einen oder anderen Seite hin in Rotation versetzen oder stillstehen lassen.

Um die Verdrängerkolben zu entlasten, was während der Hubveränderungsbewegung wünschenswerth erscheint, können vermittelst der Kanalhähne u die Räume zu beiden Seiten je eines Verdrängerkolbens in Verbindung gebracht werden. In den .Verdrängerkolben sind gegenüber den Dampföffnungen im Innern des Cylinders Kanäle ν ausgespart, die bei Hubverkleinerungen dem Dampf ungehinderten bezw. möglichst wenig gehinderten Zugang gestatten.

Die Einrichtung läfst sich mit geeigneten Modifikationen an Kolbenmaschinen jeder Gattung anbringen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Veränderung des Hubes an Kolbendampfmaschinen, bestehend in der Anordnung von Verdrängerkolben B, welche gleichzeitig und gleichmäfsig durch Schraubenspindeln d d¹ verstellt werden können.

2. Mechanismus zur Verstellung des Kurbelzapfens E gleichzeitig mit und entsprechend den Bewegungen der Verdrängerkolben B, bestehend ■ aus verschiedenen Spindeln und Räderwerken zu Bewegungsübertragungen, im wesentlichen aber aus einem Schneckenrad g mit Differentialgetriebe und einer in den Kurbelarm ρ eingebetteten Schraubenspindel η.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.