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Ventilsteuerung für umkehrbare Kolbendampfmaschinen, insbesondere
für Lokomotiven Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für umkehrbare Kolbendampfmaschinen,
insbesondere für Lokomotiven, bei der das Öffnen und das Schließen der Einlaßventile
durch getrennte Organe, und zwar durchKurvenscheiben, bewirkt wird, die - auf einen
doppelarmigen Rollenhebel einwirken, von dessen Mitte die Steuerbewegung abgeleitet
wird. Von den bekannten Steuerungen dieser Art unterscheidet sich die Erfindung
dadurch; daß- beide Einlaßventile
von einem Kurvenscheibenpaar
bewegt werden, die zu diesem Zwecke auf einer Welle in Drehrichtung verstellbar
angeordnet sind, während bei bekannten Ausführungen ähnlicher Ventilsteuerungen
zu diesem Zwecke je zwei Kurvenscheiben, eine feste und eine verstellbare, für jedes
Einlaßventil notwendig waren. Diese neue Anordnung hat neben der durch die geringe
Zahl der Scheiben unmittelbar gegebenen Vereinfachung der Herstellung den mittelbaren
Vorteil, daß sich eine, insbesondere für Lokomotiven geeignete, einfache, gedrängte
und präzis wirkende, für Massenherstellung geeignete Konstruktion des Getriebes
erzielen läßt, insbesondere die Unterbringung aller Steuerantriebsorgane einschließlich
der Auslaßsteuerorgane auf einer gemeinsamen Antriebswelle und in einem Getriebekasten
geringer Dimensionen, unter Aufrechterhaltung aller thermodynamischen Vorzüge der
Ventilsteuerung in Verbindung mit der üblichen Umsteuerung von einer einzigen fortlaufenden
Stellspindel aus. Die Erfindung besteht weiterhin in den Einzelheiten der Getriebeanordnung,
insbesondere in der Verstellungsart der Steuerscheiben unter Berücksichtigung aller
thermodynamischen Erfordernisse.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt ein Schema der Bewegung der Steuerschwingen für die Einlaßventile.
Abb. 2 stellt die Steuerung der Einlaßventile dar, Abb. 3 die Steuerung der Auslaßventile.
Abb. q. zeigt eine der Stellscheiben. Abb. 5 zeigt das gesamte Steuerungsgetriebe
in Oberansicht, teilweise im Schnitt, Abb. 6 in Vorderansicht. Abb. 7 zeigt eine
Seitenansicht der zweiten Einlaßkurvenscheibe. Abb.8 ist ein Diagramm der Einströmungsphasen
für Vorwärts- und Rückwärtsgang der Maschine. Abb. g zeigt eine Abänderung der Auslaßsteuerung.
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Die Getriebespindel C der Steuerung erhält durch eine geeignete Übertragung,
zum Beispiel durch ein Kegelradgetriebe mit Zwischenwelle, von der Treibachse der
Lokomotive aus eine mit der Treibachsendrehung synchrone Drehbewegung, für den Vorwärtsgang
beispielsweise im Sinne des in Abb. 6 eingetragenen Pfeiles, dessen Drehsinn die
in den übrigen Abbildungen eingetragenen Pfeile entsprechen. Auf der Welle C sitzen
hintereinander lose drehbar die Kurvenscheiben A und B, von denen die eine
das Öffnen, die andere das Schließen der Einlaßventile zu besorgen hat. Das eine
Ende 1' der Getriebespindel ist als steilgängige Schraube L sgebildet auf welcher
mit Muttergewinde Stehscheiben D und D' hintereinandersitzen. Die
Scheibe D dient zur Verstellung der Kurvenscheibe B, die Stellscheibe
D' zur Verstellung der Kurvenscheibe A. Werden die Stehscheiben längs der
Getriebespindel auf der Schraube 1 " verschoben, so führen sie eine entsprechende
Drehung aus, die durch Stangen auf die Kurvenscheibe A bzw. B übertragen wird. Die
an der Kurvenscheibe A befestigten Mitnehmestangen H' sind durch kreisrunde Löcher
der Stellscheibe D' hindurchgeführt, während zwei andere Stangen H die Scheiben
B und D verbinden. Bogenförmige Fenster T (Abb. 2) in der Kurvenscheibe
A und bogenförmige Fenster F' (Abb. q) in der Stellscheibe D' gestatten ein wirkungsloses
Hindurchtreten der für diese Scheiben nicht in Betracht kommenden Stangen H; anderseits
gestatten bogenförmige Fenster U (Abb. 7) der Scheibe B und F (Abb.
5) der Scheibe D das wirkungslose Hindurchtreten der Stangen H'.
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Die Verstellung der Scheiben D und D' längs der Spindel
C mit daraus folgender Verdrehung der Kurvenscheiben A und B wird von der durch
die übliche Stehspindel verschiebbaren Stellstange Y aus mittels des Armes hi (Abb.
5 und 6) durch Verdrehung der Steuerwelle bewirkt, an der die Kurbelzapfen Z und
Z' an einer Doppelkurbel sitzen. Der Kurbelzapfen Z verstellt mittels des Hebelarmes
J und des Gabelhebels E die Stellscheibe D, entsprechend der Kurbelzapfen Z' vermittels
des Armes J' und des Gabelhebels E' die Scheibe D'.
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Das Öffnen bzw. Schließen der Einlaßventile a und b wird, wie am besten
Abb. 2 zeigt, auf folgende Art bewirkt Eine Schwinge RS ist in ihrer Mitte 0 an
einem bei M gelagerten Schwinghebel N gelagert. Eine am Rande R gelagerte Rolle
wird von der Kurvennut G der Scheibe A gesteuert; die andere am Ende S der Schwinge
angebrachte Rolle wird von der Kurvennut G' der Scheibe B gesteuert. Die Winkelhebel
e und f, die einander entgegengesetzt gerichtet sind und zum Anheben je eines der
federbelasteten Einlaßventile a, b dienen, sind an einer gemeinsamen Stange
L-L' angelenkt, die ebenfalls an den Schwinghebel N angeschlossen ist. Schwingt
der Mittelpunkt 0 der Schwinge aus der Mittellage nach rechts (0", Abb. i), wird
das Ventil a geöffnet, schwingt er nach links (0', Abb. i), wird das Ventil b geöffnet.
Letztgenannte Lage zeigt Abb. 2. Solange der Mittelpunkt 0 der Schwinge sich in
seiner Mittellage befindet, sind beide Ventile geschlossen. Beim Vorwärtsgang der
Maschine (in der Pfeilrichtung) bewirkt die Kurvenscheibe A das Öffnen der Ventile
durch Verlegen des Endpunktes R der Schwinge nach R' bzw. R" (Abb. i), während durch
die Kurvenscheibe B der Endpunkt S der Schwinge in die Lage S" bzw. S' wieder zurückgeführt
wird, womit ein Schließen des vorher geöffneten Ventils hervorgerufen wird. Abb.
i zeigt die vier verschiedenen Stellungen R'0'S', R'OS" R" 0"S", R" O S', welche
die Schwinge RS durch die Drehung der Scheiben A und B nacheinander
einnimmt,
und welche nacheinander Öffnen des Ventils b, Schließen des Ventils h, Öffnen
des Ventils a, Schließen des Ventils a hervorrufen, wobei zwischen j e zwei Stellungen
gewöhnlich eine kleine Pause eintritt. Beim Rückwärtsgang der Maschine sind die
Wirkungen umgekehrt, so daß die Scheibe A das Schließen, die Scheibe B das Öffnen
der Ventile bewirkt.
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Bei der Einlaßsteuerung entsprechend obiger Darstellung entspricht
im allgemeinen jeder Verstellung des Steuerungsgestänges eine Lagenveränderung beider
Scheiben A und B. Es ist jedoch erwünscht, die Einlaßöffnung während derjenigen
Verstellung des Einstellgestänges K konstant zu halten, welche dem Übergang von
dem größten Füllungsgrade zu den kleineren entspricht, also die Drehlage der entsprechenden
Kurvenscheibe (A beim Vorwärtsgang, B beim Rückwärtsgang) gegen die Welle nicht
zu verändern. Zu diesem Zwecke ist zwischen den Enden der gegabelten Hebel E und
E' und den Rändern o, P bzw. o', p' der Scheiben D', D ein gewisses Spiel
vorgesehen, und außerdem sind an den Enden der Schraube TI Anschlagringe
X' und X vorgesehen. Wenn die KurbelZ' bzw. Z sich in der Nähe des
toten Punktes befindet und infolgedessen die Enden der gegabelten Hebel E' bzw.
E sich nahe am äußeren Ende ihres Ausschlages befinden, so daß die Stellscheiben
D' bzw. D sich gegen den Anschlagring X' bzw. X anlegen,
wird innerhalb einer gewissen Zeitdauer ein Aussetzen der Wirkung der Hebel E' bzw.
E auf die Stellscheiben D' bzw: D infolge des Spieles zwischen den Rändern erreicht.
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Die Steuerung der Auslaßventile wird durch Kurbel, Exzenter oder Kurvenscheiben
von einer einzelnen Scheibe Q aus bewirkt, die auf dieselbe Getriebespindel C wie
die Scheiben zur Einlaßsteuerung lose aufgesetzt ist und in eigenartiger Weise mit
den Organen der Einlaßsteuereng in Verbindung steht.
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Wie Abb. 3 zeigt, werden die federbelasteten Auslaßventile c und d
ebenfalls wie die Einlaßventile von einer gemeinsamen Stange aus mittels zweier
entgegengesetzt gerichteter, an gemeinsamerStange angelenkter Winkelhebel angehoben,
und zwar bei Ausschlag der Stange nach rechts das linke Ventil c, bei Ausschlag
der Stange nach links das rechte Ventil d. Die Führungsstange der Winkelhebel sitzt
an einer Kurbel, die einen Teil der Auslaßstenerscheibe Q bildet. Wie Abb. 3 und
6 zeigen, greifen sowohl die i Stangen H als auch die Stangen H' der
Einlaßkurvenscheiben in Kreisbogenschütze P und P' der Scheibe Q ein. Durch die
Stangen wird die Drehung der Steuerspindel C bzw. der Einlaßscheiben auf die Scheibe
Q bzw. die Auslaß- @' kurbel übertragen. Auch die Verstellung der Scheibe Q gegen
die Welle C wird hierbei durch die Stangen H bzw. H' mit der Verstellung
der Einlaßscheiben in geeigneter Weise von selbst bewirkt. Die Lage und Länge der
Schlitze P und P' ist zweckentsprechend nach der gewünschten Dauer der Auslaßperiode
und den gewünschten Voreilungen zu berechnen.
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Durch die Anordnung ist mittels einfacher Mittel erreicht, daß bei
kleinen Füllungsgraden am Ende der Expansion der Druck nicht unter Atmosphärendruck
fallen kann, daß bei großem Gegendampf niemals gleichzeitig Auslaß- und Einlaßventil
offen sein können, daß bei Umkehr der Drehrichtung die Steuerung des Auslasses sich
so verhält wie beim Vorwärtsgang, und daß die Kompression stets in der günstigsten
Stärke verbleibt.
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Beim größten Füllungsgrad für Vorwärtsgang, entsprechend der auf den
Zeichnungen dargestellten Lage der Teile, wird die Scheibe Q von den Stangen H'
mitgenommen, während die Stangen Hin bezug auf die Scheibe Q untätig
bleiben. Bei Verminderung der Füllung durch Verstellen des Steuerungsgestänges und
der Einlaßschließscheibe B rücken allmählich die Stangen H in den Schlitzen
P der Scheibe Q
vor, bis zu einem Zeitpunkt, in welchem sie, an das Ende der
Schlitze gelangt, an dem Mitschleppen der Scheibe Q während des Laufes teilnehmen.
Während dieser ganzen Dauer der Verstellung des Einlaßschlusses ändert sich also
die Einstellung der Auslaßsteuerung nicht, so daß Beginn und Schluß des Auslasses
unverändert bleiben. Bei Fortsetzung der Steuerungseinstellung . und damit erfolgender
weiterer Füllungsverminderung bewirken die Stangen H eine Verstellung der Scheibe
Q gegen die WelleC und damit ein Voreilen des Auslasses. Von jetzt an übernehmen
die Stangen H allein das Mitschleppen der Scheibe Q während des Laufes. Wird das
Steuerungsgestänge noch weiter, bis zu den hohen Graden von Gegendampf, verstellt,
so eilen die Stangen H' schneller vor als die Stangen H, und von einem gewissen
Augenblick an wird die Scheibe Q von den Stangen H'
geschleppt. Die
Scheibe wird somit um einen solchen Winkel vorgerückt, der der Voreilung der Einlaßkurvenscheibe
A entspricht, so daß die Kompressionsperiode dieselbe ist wie bei großen Füllungen,
und daher die Gefahr vermieden ist, daß selbst bei großem Gegendampf Einlaß- und
Auslaßventil gleichzeitig offen sind. Ist das Steuerungsgestänge so weit verstellt,
daß eine Umkehr der Drehrichtung erfolgt, so sind die Stäbe H' an dem entgegengesetzten
Ende der Schlitze P' angelangt und übernehmen ihrerseits die Drehung der Scheibe
Q, jedoch im umgekehrten Drehsinne als am Anfang. -Braucht darauf, daß der Enddruck
der Expansion auch bei den kleinsten Füllungsgraden nie kleiner wird als der Atmosphärendruck,
keine
Rücksicht genommen zu werden (bei hohem Kesseldruck), so daß es also nicht nötig
ist, bei kleinen Füllungen den Auslaß zu verfrühen, so kann die in Abb. ß dargestellte
etwas einfachere Anordnung für das Mitnehmen der Scheibe Q angewandt werden. Bei
dieser Ausführungsart wird die Auslaßscheibe Q unmittelbar von der Steuerspindel
C beim Laufe mitgenommen, und zwar durch die Knaggen d. Die Scheibe enthält nur
einen bogenförmigen Schlitz entsprechender Ausdehnung, durch welchen die Enden je
einer der Stangen H und H' hindurchtreten. Bei großem Gegendampf, wenn die Einlaßkurvenscheibe
:1 um 6o @ voreilt, verstellt die Stange H' auch die Scheibe Q und verfrüht den
Auslaß. In diesem Falle w=erden die Knaggen cl außer Tätigkeit gesetzt, und es ist
erreicht, daß Einlaß- und Auslaßventile bei großem Gegendampf nicht gleichzeitig
offen sein können. Beim Übergang in die Umkehr der Laufrichtung bleibt die Scheibe
Q so lange stehen, bis die Knaggen d in umgekehrter Richtung die Scheibe mitnehmen.
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Bei der beschriebenen Steuerung ist mit einfachen Mitteln unter Benutzung
des üblichen Einstellgestänges das sichere Innehalten der theoretisch günstigsten
Ein- und Ausströmverhältnisse erreicht, insbesondere, daß für große und mittlere
Füllungen konstante Voreinströmung vorhanden ist, während für kleine Füllungen schnelle
Verfrühung der Voreinströmung eintritt, daß die -Maschine beim Rückgang ebenso günstig
arbeitet wie beim Vorwärtsgang und daß Auslaßverfrühung nur in den Fällen eintritt,
wo sie erforderlich ist.