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Umsteuervarrichtung für die Gas-, Luft- und Abgasventile gasgefeuerter
Öfen, z. B. regenerativ beheizter Kokskammerüfen. Bei gasgefeuerten Ofen muß die
Zuführung von Gas und Luft in bestimmter Zeitenfolge geschehen. Es gilt dies sowohl
für Ofen mit Heizkammern, z. B. Koksöfen, als auch für Schmelz- und Wärmeöfen, wie
Mardnöfen USW.
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Die benötigten Gas- und Luftmengen werden durch Hähne, Ventile oder
Schieber zugeführt. Hierbei besteht ein ganz bestimmtes Abhängigkeitsverhältnis
zwischen den Mengen und Zeiten.
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Wird dieses Abhängigkeitsverhältnis nicht genau eingehalten, so ergeben
sich als nachteilige Folgen wirtschaftliche Verluste durch übergroßen Gasverbrauch
und Gefahren von Explosionen. Die genaue Einstellbarkeit für Menge und Zeit spielt
eine zunehmende Rolle bei den heutigen Bestrebungen, hochwertige Gase gleichzeitig
neben minderwertigen Gasen zu verwenden, wie z. B. bei Koksöfen, deren Heizkammern
man mit hochwertigem selbsterzeugtem Koksgas befeuert und mit minderwertigem Hochofengas.
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Dasselbe ist der Fall bei Schmelzöfen, z. B. bei Martinöfen; bei ,all
diesen Öfen hängt die richtige Bedienung der Abschlußteile, Hähne, Ventile und Schieber,
von der Zuverlässigkeit des Bedienungsmannes ab.
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Auch ist die Umstellung an sich bisher noch sehr primitiver Art. So
hat man bei Martinöfen Einrichtungen, welche nur ein gleichzeitiges Umstellen von
Gas und Luft ermöglichen, jedoch eine veränderliche Zwangläufigkeit in der Bedienung
der Wechselventile hinsichtlich Menge und Zeit nicht zulassen.
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Bei Heizkammeröfen, z. B. Koksöfen, verwendet man für die Zuführung
von Gas und Luft sogenannte Wechselwinde, jedoch in sehr unvollkommener Form; auch
hier hängt die Arbeitsweise durchweg von der Zuverlässigkeit des Bedienungsmannes
ab.
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Eine bekannte Art der Wechselei ist in Abb. i und 2 dargestellt, und
zwar stellt Abb. i eine Koksofenbatteri:e im Querschnitt dar und Abb. 2 im Grundriß.
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Die Ofenbatterie besteht aus den einzelnen Öfen i. Das Gas zur Befeuerung
wird rechts durch das Zuführungsrohr 2 und links durch das Zuführungsrohr 3 zugeführt.
Abwechselnd wird das Gas in die rechten Heizkammern und in die linken Heizkammern
der Ofen geleitet und nach einiger Zeit wieder abgesperrt durch die Gashähne q.
rechts und links. Diese Gashähne werden an jeder Seite durch einen endlosen Seil-
oder Kettenzug 6 und 7 verbunden, die ihre Bewegungen durch die beiden voneinander
unabhängigen Gaswechselwinden 8 und 9 erhalten. In gleicher Weise werden die Luftklappen
io und ii rechts und links durch die dritte Wechselwinde 12 verstellt.
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'Der Arbeitsvorgang ist nun der folgende: Durch Drehen der Winde 8
werden z. B:
die Gashähne rechts geschlossen, durch welche bis dahin
das Heizgas in die Heizkammern der Koksöfen eingeströmt ist.
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Dann hat der Bedienungsmann etwa i Minute zu warten und muß darauf
die Winde 12 drehen zum Einlassen der Luft von rechts in die Heizkammern durch Öffnen
der Luftklappen io. Nach einer zweiten Pause von etwa i Minute werden die Gashähne
5 links durch Drehen der Wechselwinde 9 geöffnet; das Gas ,strömt von links in die
Heizkammern. Nunmehr tritt eine Pause von durchschnittlich einer halben Stunde ein,
während welcher von links in die Heizkammern Gas und von rechts Luft einströmt.
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Nach Beendigung der Pause von einer halben Stunde wiederholt sich
dieser Arbeits, vorgang in umgekehrter Reihenfolge.
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Dieses System der Wechselei besteht also aus zwei getrennten Wechselwinden
für die Gashähne links und rechts und aus einer Wechselwinde für die Luftklappen.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Bedienung der drei Wechselwinden in den
vorgeschriebenen Zeiten und in der vorgeschrie benen Reihenfolge von der Zuverlässigkeit
des Bedienungsmannes abhängt. Irrt sich derselbe in der Handhabung der Gaswechselwinden,
indem er z. B. zweimal hintereinander die Winde 8 dreht und das Gas zweimal hintereinander
in die Heizkammern rechts einläßt, so ist die Folge, daß der Ofen verbrennt und
schwere Explosionen eintreten, wenn Hand in Hand mit der unrichtigen Bedienung der
Wechselei auch die Winde für die Luftklappen falsch gedreht wird.
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Man hat nun Sicherheitsvorrichtungen angebracht, welche den Bedienungsmann
verhindern sollen, die verkehrten Gaswechselwinden zu drehen, z. B. durch eine selbsttätige
Sperrung.
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Man hat auch schon die drei Wechselwinden zu einer einzigen Maschine
vereinigt, derart, daß jede Trommel mit einer Kupplung verbunden ist und das Ein-
und Ausschalten dieser Kupplungen durch Wandermuttern erfolgt.
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Diese Bauart hat den bedenklichen Nachteil, daß die Wandermuttern
sehr leicht von unberufener Hand verstellt werden können, so daß die genau bestimmte
Reihenfolge der Wechselei und deren Zeitabstände in Frage gestellt werden und wiederum
die Gefahr des Verbrennens einer Ofenbatterie bzw. eine Explosion droht. Ferner
bauen sich diese Maschinen recht kompliziert und kostspielig und sind die Kupplungen
einem schnellen Verschleiß unterworfen.
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Eine neuere Bauart vereinigt mehrere Wechselwinden in einer schweren
Kurventrommel, durch deren Kurven die Gestänge in eine hin und her gehende Bewegung
gebracht werden. Diese Konstruktion weist einen sehr schlechten Wirkungsgrad auf
mit schnellem Verschleiß.
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Alle drei bisher beschriebenen Bauarten haben ferner noch den gemeinsamen
für die Befeuerung schwerwiegendsten Nachteil, daß die Hübe, also die Gas- und Luftmengen,
nicht regulierbar sind und ferner nicht die Zwischenpausen.
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Die Erfindung besteht nun in .einer Vorrichtung, welche die Bedienung
beliebig vieler Abschlußorgane für Gas, Luft, Abhitze usw. in einer einzigen Maschine
von einfachster Bauart ermöglicht, derart, daß eine selbsttätige Einschaltung und
Auslösung aller Bewegungen erfolgt in jeder gewünschten Reihenfolge und in jedem
gewünschten Zeitabstande, und zwar durch ein Schaltrad mit Kurvenscheibe für jedes
Abschlußorgan, indem diese Schalträder vorauseilen oder nacheilen, gegenüber der
Antriebswelle, welche die Trommeln usw. für die Zugorgane zur Betätigung der Gashähne
und Luftschieber dreht, wodurch jede beliebige Schaltung ermöglicht wird.
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Der Gegenstand der Erfindung beruht also darauf, daß die Antriebswelle
eine andere, größere oder kleinere, Umdrehungszahl in der Minute hat als das Schaltrad
mit Kurvenscheibe. Dieses Voraus- oder Nacheilen wird erzielt - durch eine geeignete
zwangläufige Zahnradübersetzung, so daß Eingriffe in die Schaltung von unberufener
Hand nicht möglich sind.
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Eine solche Vorrichtung ist, dargestellt in Abb.3 in der Längsansicht
und in Abb.4 in der Seitenansicht. Auf der Welle i läuft lose die Trommele, welche
etwa zum Öffnen und Schließen einer Reihe von Gashähnen dienen soll, also z. B.
die Seil- oder Kettenzüge 6 in Abb.2 in Bewegung setzt. Mit der Trommel 2 ist fest
verbunden das Mitnehmerrad 3, welches mit Zahnlücken 4 versehen ist. Ferner läuft
auf der Welle i lose das Schaltrad 5, angetrieben durch Zahnrad 6, welch letzteres
der Welle i z. B. vorauseilen möge, derart, daß etwa Zahnrad 6 mit Schaltrad 5 drei
Umdrehungen in der Minute macht, wenn die Antriebswelle i zwei Umdrehungen in der
Minute machen muß, um mit der gekuppelten Trommel 2 die Gashähne =öffnen oder zu
schließen.
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Es befinden sich auf der Kurbelwelle 16 zwei Antriebsritzel,
und zwar Ritzel 17,
welches in Eingriff steht mit dem auf der Antriebswelle
i verkeilten Zahnrad 18, und Ritzes i9, welches in Eingriff steht mit dem
auf der Antriebswelle i lose laufenden Zahnrad 6.
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Macht demnach die Kurbelwelle 16 in der
Minute
z. B. 3o Umdrehungen, so beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern
17 und 18 1/15, Zahnrad 18 macht also zwei Umdrehungen in der Minute, während
das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern i 9 und 6 1/1o beträgt, Zahnrad
6 macht also drei Umdrehungen in der Minute.
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An dem Schaltrad 5 ist eine Kurvenscheibe 7 angebracht, über welche
eine Rolle 8 geführt wird. Diese Führungsrolle 8 ist mit der federnden Schaltklinke
9 verbunden, welche in einem Radsegment io auf und ab gleitet. Dieses Radsegment
io ist mit der Welle i verkeilt. Sobald die Führungsrolle 8 bei i i in Abb. 4 in
die Vertiefung der Kurvenscheibe 7 gleitet, schnellt die Klinke 9 nach innen und
greift mit der Nase 12 in eine Zahnlücke 4 des INEtnehmerrades 3, so daß sich die
Drehbewegungen der Welle i durch Radsegment io, Schaltklinke 9 mit Nase 12 und Mitnehmerrad
3 auf die Trommel e übertragen. Diese Drehbewegung dauert so lange, bis die Führungsrolle
8 aus der Vertiefung der Kurvenscheibe 7 bei 13 heraustritt (Abb. 4). Die Führungsralle
8 hebt dann die Klinke 9 aus der Zahnlücke 4 des Mitnehmerrades 3 heraus, und bei
weiterer Drehung des Schaltrades 5 durch Zahnrad 6 gleitet die Führungsrolle g über
den äußeren Umfang der Kurvenscheibe 7 mit der Strecke 13-11 (Abb. 4). Während
dieser Zeit steht die Trommel e still.
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Zusammenfassend ist also festzuhalten, daß mit der Antriebswelle i
das Antriebszahnrad 18 und das Radsegment i o fest verkeilt sind, während sämtliche
übrigen Teile lose auf der Welle i laufen. Beim Einkuppeln machen Mitnehmerrad 3
und Trommel 2 dieselben Umdrehungen wie Antriebswelle i mit Zahnrad 18
und
Radsegment i o, also zwei Umdrehungen in der Minute, um bei dem obigen Zahlenbeispiel
zu bleiben, während Schaltrad 5 mit Kurvenscheibe 7 seine vor- oder nacheilende
Bewegung durch Zahnrad 6 beibehält, also wie zuvor drei Umdrehungen in der Minute
macht.
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Durch ° Verkürzung der Vertiefung der Kurvenscheiben, etwa von 11-14,
oder durch Vergrößerung, etwa von 11-15, wie in Abb.4 gestrichelt eingezeichnet,
hat man es in der Hand, den Arbeitsweg, also den von dem Umfang der Trommel 2 zurückzulegenden
Weg zu verringern oder zu vergrößern.
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Derartige Vorrichtungen sind nun auf der Welle i so viele angebracht,
als Abschlußorgane für die Heizkammern zu bedienen sind. Bei einer Ofenbatterie
mit zwei Heizkammern und entsprechend mit zwei Reihen Gashähnen und mit den Luftklappen
sind demnach auf der Welle i drei derartige Vorrichtungen anzubringen. Uni nun.
die Hübe und Zeitabstände der drei Vorrichtungen zueinander leicht regulieren zu
können, sind die Kurvenscheiben an den Schalträdern 5 konzentrisch verschiebbar
angebracht.
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Die Arbeitsweise der neuen Vorrichtung zur Umsteuerung der drei Gruppen
von Ventilen nach Abb. i und 2, der Gashähne 4 rechts, der Gashähne 5 links und
der Luftklappen io und i i rechts und links, wirkt sich wie folgt aus.
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Der neue Antrieb der Gruppensteuerungen ist in Abb. 5 in einem Grundriß
festgehalten mit derselben Ofenbatterie, wie sie in Abb. i und 2 dargestellt ist.
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Auf der gemeinschaftlichen Schaltwelle 2o, welche der Welle i in Abb.
3 entspricht, sind drei lose auf der Welle laufende Trommeln angebracht; und zwar
Trommel 21 für die Seil- oder Kettenzüge 6 der Gashähne 4 rechts, Trommel 22 für
die Seil- oder Kettenzüge 7 der Gashähne 5 links und Trommel 23 für die Luftklappen
io rechts und i i links. Mit jeder Trommel sind fest verbunden die Mitnehmerräder
3 in Abb. 3 und 4, und zwar in Abb.5 Mitnehmerrad 24 mit Trommel e i, Mitnehmerrad
25 mit Trommel 22 und Mitnehrnerrad 26 mit Trommel 23. Ferner laufen auf der Welle
20 lose die in Abb.3 und 4 gekennzeichneten Schalträder 5 mit Kurvenscheiben 7,
welche in Abb. 5 dargestellt sind durch 27 für Trommel 21, 28 für Trommel
22 und 29 für Trommel 23.
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Diese Schalträder werden angetrieben durch die in Abb.3 mit 6 gekennzeichneten
Zahnräder, und zwar in Abb. 5 durch die Zahnräder 30, 31 und 32, jedes zu seinem
Steueraggregat gehörig.
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Mit Welle 2o fest verkeilt ist für je ein Steueraggregat je ein Radsegment
mit je einer zugehörigen Schaltklinke mit Nase und Führungsrolle. Diese in Abb.3
und 4 mit 10, 9, 12 und 8 gekennzeichneten Teile sind in Abb. 5 dargestellt
unter 33, 34 und 35. Die Trommelwelle 2o mit den verkeilten Radsegmenten 33, 34
und 35 erhält ihren Antrieb durch das Zahnrad 36, welches dem 'Zahnrad 18
in Abb. 3 entspricht.
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Auf der Handkurbelwelle 37 steht das Zahnritzel 38 in Eingriff mit
'Zahnrad 36, und ferner stehen die Zahnritzel 39, 40 und 41 in Eingriff mit den
Zahnrädern 30, 31 und 32.
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Das Übersetzungsverhältnis zwischen 38 und 36 möge, um bei obigem
Beispiel zu bleiben, 1:15 sein und das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern
39 und 30, 40 und 34 41 und 32 1:10. Während also Welle 2o mit den Radsegmenten
33, 34 und 35 zwei Umdrehungen macht, drehen sich die
Zahnräder-
30, 31 und 32 mit ihren Schalträdern 27, 28 und 29 dreimal in derselben Zeit.
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Die drei Radsegmente sind nun um j e 12o° zueinander versetzt auf
der Welle 20 aufg ekeilt.
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Es ist nun ersichtlich, daß ein Einschalten der Trommeln 2i, 22 und
23 in jeder gewünschten Reihenfolge erzielt werden kann, indem ,es nur erforderlich
ist, die Schalträder mit ihren Kurvenscheiben in .entsprechende Stellungen zueinander
und zu ihren Radsegmenten zu versetzen.
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Es sollen z. B. die Kettenzüge 6 in Abb. 5 betätigt werden zum Schließen
der Gashähne q. rechts.
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Bei Beginn des Hubes ist dann nach Abb. 3 und q. die Führungsrolle
8 in die Vertiefung der Kurvenscheibe 7 geglitten und die Mitnehniernase 12 in die
Zahnlücke des 1\Etnehmerrades 3.
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Es wird also in Abb. 5 die Trommel 2 i gedreht.
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Bis zur Beendigung des Hubes gleiten die Führungsrollen der Radsegmente
3¢ und 35 über den äußeren Umfang ihrer Kurvenscheiben, sie gleiten nicht in die
Vertiefungen, und es findet kein Einschnellen der Klinken in ihre Mitnehmerräder
statt; die Trommeln 22 und 23 stehen also still, während sich Trommel 2 i dreht.
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Haben nun die Kettenzüge 6 ihren Hub beendet, sind die Gashähne q
geschlossen, dann sollen] die Luftklappen i o und i i gewechselt werden durch Drehen
der -Trommel23.
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Es kann dies nach Belieben entweder sofort nach erfolgtem Stillstand
der Trommel 2 i geschehen oder nach einer gewissen Paüse. Je nachdem wird das Zahnrad
32 mit Schaltrad 29 zu seinem Radsegment 35 so eingestellt, daß zu der gewünschten
Zeit die Führungsrolle in die Vertiefung -seiner Kurvenscheibe gleitet; die zugehörige
Nase des Radsegmentes 35 schnellt ir@das Mitnehmerrad 26, und damit wird die Trommel
23 gedreht, es findet ein Wechseln der Luftklappen io und i i ;statt. Während dieser
Zeit gleiten die Führungsrollen für die Trommeln 2 i und 22 über den äußeren Umfang
ihrer Kurvenscheiben, die Trommeln stehen. also still.
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Dasselbe wiederholt sich bei Betätigung der Kettenzüge 7 durch Trommel
22 für Umstellung der Gashähne 5 links.