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Gestängelose Schiebersteuerung für Kolbendampfmaschinen. Zusatz zum
Patent 442 136. Die Erfindung stellt eine weitere Ausbildung der gestängelosen Schiebersteuerung
nach Patent 442 136 dar, durch welche diese Steuerung auch zur Regelung der Expansion
nutzbar gemacht wird. Dieser Erfolg wird nach der Erfindung lediglich durch eine
von dem Hauptpatent etwas abweichende Anordnung der Zu-und Ableitungen erreicht,
welche den auf den größeren Differentialkolben der geschützten Steuerung einwirkenden
Dampf zu- und abführen. Durch die neue Anordnung dieser Dampfzu- und -ableitungen,
die ihrerseits auch durch Ventile oder Drosselschrauben geregelt werden können,
wird erreicht, daß der Schieber durch Einwirkung auf seine größeren Differentialkolben
in genau regelbarer Weise plötzlich den Eintritt des Dampfes in den Zylinder absperrt,
worauf dann der Schieber verhältnismäßig langsamer unter Ausnutzung der Kompression
am Ende des Kolbenhubes in seine Endstellung geht, in der er die Dampfzuführung
zum Zylinder umsteuert.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung in mehreren Ausführungsformen.
Abb. i zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im Schnitt, Abb. 2 gibt eine Einzelheit
hierzu wieder. Die Abb. 3 und 4. veranschaulichen ebenfalls im Schnitt eine zweite
Ausführungsform der Erfindung in zwei Stellungen.
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Abb. g zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
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Die Ausführungsform nach Abb. i zeigt in der Hauptsache die gleiche
Durchbildung wie die gestängelose Schiebersteuerung des Hauptpatents. In dem Dampfzylinder
a bewegt sich der Kolben b, dem der Dampf über das Schiebergehäuse c durch die Zylinderböden
a1, a2 zugeführt wird. In dem Schiebergehäuse c befindet sich der Kolbenschieber,
der aus den beiden durch die Stange d verbundenen Teilen dl und d2 zusammengesetzt
ist, an welche die Differentialkolben e1, e und e2, e3 angebracht sind, die sich
in den Umsteuerräumen f 1, f und f2, f 3 be-
wegen. Der Dampfeintritt
erfolgt hier durch die Leitungen g in die Zylinderböden a1, a2, aus denen er in
den Schieberkasten zwischen den größeren Differentialkolben e1 oder e2 und dem Schieberteil
dl oder d2 gelangt, um durch den Schlitz a3 oder a4 hinter den Arbeitskolben b in
den Zylinder a einzutreten. Der Abdampf entweicht durch den Schlitz hl oder
lag in das Schiebergehäuse zwischen den Schieberteilen d1 und d2, um dann
durch den Abdampistutzen k abgeführt zu Werden.
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Die Leitungen Uta, na' führen wie nach dem Hauptpatent Zylinderdampf
zur Beaufschlagung der größeren Differentialkolben e1, e2 in die Umsteuerräume f
1, f 2, während die Umsteuerräume f, f 3 zur Beaufschlagung der kleineren
Differentialkolben e und e3 Dampf durch die Leitungen n, n1 erhalten. Zur Entlüftung
der Umsteuerräume f 1, f 2 dienen die zum Abdampfstutzen k führenden Leitungen o,
o1.
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Die Leitungen in, ml sind gemäß der Erfindung, abweichend von dem
Hauptpatent, gekreuzt und mittels mehrerer Ventile und Schlitze i, 2, 3 an dem Dampfzylinder
angeschlossen, woraus sich die folgende Arbeitsweise ergibt.
Bei
der in Abb. x dargestellten Kolben- und Schieberstellung tritt der Frischdampf durch
den Schlitz ci3 über den Kolben b ein.; die Schlitze lal und a4 sind durch den Schieber
verschlossen und die Schlitze i, 2 der Leitung ml durch den Kolben überdeckt. Durch
die Leitung zz tritt Frischdampf in den Umsteuerraum f über den kleinen Differentialkolben
e und hält den Schieber fest. Geht der Kolben b in der Pfeilrichtung abwärts, so
erhält die Leitung ml durch einen der Schlitze i, 2 oder 3 Dampf, der auf den größeren
Differentialkolben e2 wirkt, so daß der Schieber infolge des Querschnittsunterschiedes
zwischen den Kolben e und e2 schnell angehoben wird, wobei durch den Schieberteil
d' der Dampfeintrittsschlitz a3 schnell und plötzlich geschlossen wird. Dieser plötzliche
Abschluß des Arbeitsdampfes, dessen Bedeutung als bekannt vorausgesetzt werden darf,
läßt sich gemäß der Erfindung mit voller Sicherheit dadurch erreichen, daß der hochgespannte
Arbeitsdampf in die Leitung 7n1 ungedrosselt durch das jeweils geöffnete, die Füllung
bestimmende Ventil i, 2 oder -3 eintritt. Die übrigen Ventile i bis 3 sind zweckmäßig
ganz geschlossen.
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Unmittelbar nach Abschluß des Schlitzes a3 wird durch den Differentialkolben
e3 die Leitung m' gesperrt und kurz darauf von dem Differentialkolben e2 die Ableitung
a1 freigegeben, so daß der Dampf aus dem Umsteuerraum f 2 entweichen kann, was durch
die Drosselschraube v4 in der Leitung o1 noch sehr fein geregelt werden kann. Durch
diese Druckentlastung des Kolbens e2 und den auf den Kolben e wirkenden Gegendruck
wird der Schieber nach erfolgtem Abschluß des Dampfein-, lasses a3 in seiner Bewegung
stark verzögert, so daß er schließlich in der Absperrstellung verharrt. Sollte die
Druckentlastung im Umsteuerraum f 2 zu groß und der Gegendruck auf den Kolben e
zu hoch sein, so würde der Schieber zurückbewegt werden. Das ist aber unschädlich,
denn hierbei würde zuerst wieder von dem Kolben e2 die Ableitung o1 abgesperrt und
von dem Kolben e3 die Zuleitung ,»t1- zu dem Umsteuerraum f 2 geöffnet werden, während
der Dampfei nlaß a3 noch geschlossen bleibt. Der auf diese Weise wieder in den Umsteuerraum
f 2 eintretende Arbeitsdampf verhindert dann ein weitergehendes Rücksteuern des
Schiebers.
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Hat der Kolben b den Abdampischlitz lag abgedeckt, so tritt vor dem
Kolben auf der Bodenseite des Zylinders Kompression ein, die durch die Leitung itl
in den Umsteuerraum f 3
auf den Kolben e3 wirkt, so daß der Schieber in Abhängigkeit
von der Kolbengeschwindigkeit so weit vorgesteuert wird, daß der Einlaßschlitz a4
so weit freigegeben wird, daß Frischdampf hier eintreten kann, der durch die Leitung
n'- in den Umsteuerraum f 3 strömt. Der Schieber geht aus der bisherigen Abschlußstellung
in die Endstellung über.
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Hierbei überdeckt dann der Kolben e die Leitung n, so daß sich im
Umsteuerraum f ein Kompressionskissen zur Abdämpfung der Schieberbewegung bildet.
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Aus Vorstehendem ergibt sich ohne weitere Erläuterung, daß die Änderung
der Füllung des Zylinders durch Öffnen eines der Ventile i bis 3 erfolgt; das gewählte
Ventil wird voll geöffnet, damit der Dampf ungedrosselt auf den Schieber zwecks
Erzielung eines schnellen Füllungsschlusses einwirken kann.
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Die in die Leitungen m und ml eingebauten Reglerventile v und v1 haben
nur den Zweck, die Schieberbewegung zu regeln oder durch völligen Abschluß die Maschine
zum Stehen zu bringen.
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Um die Wahl eines bestimmten Verschlusses i, 2 oder 3 der Leitungen
m, in' zwecks Regelung der Füllung zu erleichtern, die bei der Ausführung nach Abb.
i stets die Bewegung mehrerer Ventile verlangt, sind gemäß der Abb. 2 die drei Schlitze
oder Bohrungen i bis 3 an ein mit entsprechenden Bohrungen versehenes Hahngehäuse
y angeschlossen, in dem ein Hahnküken s mit schraubenförmig versetzten Bohrungen
il, 21, 31 durch den Schraubdeckel t festgehalten wird. Das Kükens kann an dem Griff
zt entweder von Hand oder vom Regler aus eingestellt werden, so daß der Dampf immer
nur durch eine Bohrung i, 2 oder 3 in die an das Gehäuse y unten angeschlossene
Leitung m gelangen kann. In einer bestimmten Stellung des Kükens sind sämtliche
Bohrungen i bis 3 abgeschlossen, so daß die Maschine zum Stillstand kommt.
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Die in den Abb. 3 und q. dargestellte Ausführungsform der Erfindung
unterscheidet sich baulich von der eben beschriebenen dadurch, daß die ebenfalls
gekreuzt liegenden Leitungen nz, nzl durch eine Bohrung i und eine in gewisser Entfernung
von dieser einmündende Zweigleitung 2a mit Reglerventil P1 und P2 an den Zylinder
angeschlossen sind. Ferner münden die Leitungen m, ml in den Schieber unter Zwischenschaltung
eines Drosselventils 1l, t2, vor dem sich ein ungedrosselter Kanal y1 und y2 abzweigt.
Die beiden kleinen Differentialkolben e und e3 weisen je eine Ringnut u1 und u2
auf, an die sich die Bohrungen xi, y1 und x2, y2 anschließen, die in die Umsteuerräume
f1 und f2 münden. Die Zuführung des Arbeitsdampfes erfolgt hier durch die Leitung
z.
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Die Füllungsregelung erfolgt hier im wesentlichen durch die Drosselventile
t1, t2. Wenn nach Abb. 3 der Kolben b den Schlitz i der Leitung ml freigegeben hat,
strömt der Arbeitsdampf aus dem Zylinder durch die Leitung m' in durch das Drosselventil
t2 bestimmter Weise
in den Umsteuerraum f 2, um auf den größeren
Differentialkolben e2 einzuwirken. Ist der Druck im Umsteuerraum f 2 genügend gestiegen,
so wird durch den Kolben e2 der Schieber etwas angehoben, bis die Ringnut 112 mit
dem Zweigkanal r2 zusammenfällt. Dann strömt ungedrosselter Dampf durch den Kanal
r2, die Ringnut 1c2, die Bohrungen x2 und y2 in den Umsteuerraum f 2 und schleudert
den Schieber in die Absperrstellung (Abb. 4), in der durch den Kolben e3 sowohl
die Leitung in' mit Drosselventil t2 wie auch der ungedrosselte Zweigkanal
r2 abgesperrt sind. Es kann also kein Dampf mehr in den Umsteuerraum f 2 eintreten.
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Der zweite Teil des Schieberhubes erfolgt in der vorhin im Anschluß
an Abb. i beschriebenen Weise derart, daß durch ml zuerst der Kompressionsdruck
unter dem Arbeitskolben b auf den kleineren Differentialkolben e3 einwirkt und nach
dadurch bewirkter weiterer Schieberbewegung und Freilegung des Dampfeinlaßschlitzes
a4 Frischdampf hinter den Kolben e3 strömt, so daß der Schieber in seine Endstellung
geworfen wird.
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Durch Einstellung der Drosselventile il, t2 läßt sich eine äußerst
feine Regelung der= Füllung erzielen, da diese Ventile j e nach ihrer Stellung eine
schnelle oder langsame Umsteuerung des Schiebers bewirken.
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Da bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Abb. 3 und q. die
Regelung der Expansion lediglich durch die in die Leitungen m, in' eingebauten
Drosselventile t1, t2 erfolgt, so müssen die Leitungen in, in' oder ihre
Anschlüsse i möglichst an die Enden des Zylinders a verlegt werden, um auch möglichst
kleine Füllungen erzielen zu können. Demzufolge kommen sie, wie Abb. q. zeigt, in
den Kompressionsraum des Zylinders zu liegen, d. h. dort, wo der Kolben bei seiner
Bewegung nach Überschleifen des Auslaßschlitzeslal den vorhandenen Dampfrest komprimiert,
der, wie vorhin erwähnt, durch die Leitung n1 auf den Schieberkolben e3 einwirkt
und damit den Übergang des Schiebers aus der in Abb. q. dargestellten Absperrstellung
in die Endstellung einleitet. Bei dieser Bewegung wird durch den Schieberkolben
e die Leitung in mit ihrem Zweigkanal r1 freigelegt und mit der Ringnut eil
zusammengebracht, so daß der unter dem Arbeitskolben b erzeugte Kompressionsdruck
durch in und rl, zcl, x1, y? oder direkt durch m auf den größeren Differentialkolben
ei einwirkt. Die Entlüftung des Umsteuerraumes f 1 durch die Leitung o ist hierbei
durch den Differentialkolben e1 abgesperrt. Infolgedessen wird der Kompressionsdruck
im Raum f 1 jetzt die weitere Bewegung des Schiebers in die Endstellung verhindern.
Nun gibt aber der Arbeitskolben b bei seiner weiteren Bewegung die Zweigleitung
vT der Leitung m frei, so daß der Umsteuerraum f 1 durch in und 2`,
nach dem Zylinder entlüften kann, da bei der bisher geschilderten Schieberbewegung
der Schieberteil dl den Auslaßschlitz hl freigelegt hat. Infolgedessen kann der
Schieber die Endstellung in der vorhin beschriebenen Weise erreichen.
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Bemerkt sei an dieser Stelle, daß der Arbeitskolben b so breit sein
muß, daß er bei Beginn seiner Bewegung die Zweigleitung 2`1 abdeckt, bevor er den
Anschluß i der Leitungen in oder in' freigibt, damit nicht von i über 2T Frischdampf
vor den Kolben treten kann.
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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung
die Schieberbewegung in verschiedene Phasen zerfällt, die sich in der Hauptsache
durch das Erreichen der Dampfabschluß- und der Endstellung kennzeichnen. Bei der
Ausführungsform nach Abb. i wird die Abschlußstellung nach Freilegen der geöffneten
Bohrung i, 2 oder 3 sofort erreicht, während der Übergang in die Endstellung durch
die Kompression im Zylinder eingeleitet und durch Frischdampf vollendet wird.
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Die Ausführungsform der Abb. 3 und q. zeigt eine noch weitergehende
Unterteilung der Schieberbewegung, indem zur Bestimmung des Füllungsgrades die Schieberbewegung
durch gedrosselten Zylinderdampf eingeleitet wird, wonach der Schieber durch ungedrosselten
Dampf in die Abschlußstellung geschleudert wird. Aus dieser Stellung wird der Schieber
durch den Kompressionsdruck in eine durch die Einwirkung der Kompression auf das
andere Schieberende bestimmte Zwischenstellung gebracht, worauf dann der eintretende
Frischdampf die Schieberbewegung beendet.
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Die Anordnung der Ventile p1, P2 in den Zweigleitungen 2#j der Leitungen
na, ml ermöglicht es, die vorhin beschriebene Entlüftung des Umsteuerraumes
f 1 oder f 2 über den Dampfzylinder a zu regeln, so daß in diesen
Umsteuerräumen ein genau regelbares Dampfkissen gebildet werden kann, das ein zu
hartes Anschlagen des Schiebers an den Deckel verhindert.
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Während bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Abb. 3 und
q. die Regelung der Expansion durch Drosselung des in den Umsteuerraum
f l oder f 2 einströmenden Arbeitsdampfes erfolgt, wird bei der Ausführungsform
nach Abb. 5 der gleiche Erfolg durch Drosseln des in diesen Umsteuerräumen
f 1 und f 2 jeweils vorhandenen Restdampfes erzielt. Demgemäß fallen
die Drosselventile 1l, 12 und die Zweigleitungen r1, r2 an den Leitungen
m, in'
fort. Statt dessen erhalten die Entlüftungs- . Leitungen o, o1 Drosselventile
v3, v4 und Zweigleitungen o2, o3. Die kleinen Differentialkolben e und e3 haben
hier keine Bohrungen; dagegen weisen die größeren Differentialkolben e1 und e2 je
eine Ringnut w1, w2 auf, an die sich die
Bohrungen x3, y3 und x4,
y4 anschließen, die die Ringnuten mit den Umsteuerräumen f l und
f 2
verbinden.
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Durch Einstellung der Ventile v3 und v4 kann der Beginn der Entlüftung
der Umsteuerräume f 1 und f 2 in jeder gewünschten Weise verzögert
werden, so daß also z. B. der in den Umsteuerraum f 2 einströmende Arbeitsdampf
infolge der Verzögerung der Entlüftung des Umstenerraumes f 1 den Schieber nur allmählich
verschieben kann, wodurch die gewünschte Füllung erzielt wird. Erreicht die Ringnut
wl des Kolbens el die ungedrosselte Zweigleitung o2, so wird der Umsteuerraum f
l plötzlich entlüftet, und der Schieber wird durch den im Umsteuerraum f 2 wirkenden
Arbeitsdampf plötzlich in die Abschlußstellung geschleudert. Im übrigen arbeitet
dann der Schieber genau in der gleichen Weise, wie an Hand der Abb. 3 und ¢ beschrieben.
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Wesentlich ist also auch hier die allmähliche Einleitung der Schieberbewegung
zur Bestimmung der Füllung und der darauffolgende plötzliche Abschluß des Dampfeintrittes
zum Zylinder.