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Gestängelose Schiebersteuerung für Kolbendampfmaschinen DurchPatent443
2q.6 ist eineAusführungsform der gestängelosen Schiebersteuerung nach dem Hauptpatent
4q.2 136 geschützt, bei der die Schieberbewegung in jeder Richtung in zwei
Phasen zerlegt ist, nämlich i. die Erreichung der Dampfabschlußstellung und 2. der
Übergang in die End- oder Umsteuerstellung. Zu dieser zweiten Bewegungsphase soll
nach einer Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens nach dem Patent 4,43:246 der
Kompressionsdruck im Zylinder gegen Ende der Kolbenbewegung ausgenutzt werden. Hiermit
ist, wie die Erfahrung ergeben hat, eine gewisse Gefahr verbunden, die durch die
vorliegende Erfindung beseitigt werden soll.
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Wenn nämlich der Arbeitskolben im Dampfzylinder undicht wird, so könnte
dann der zur Umsteuerung des Schiebers erforderliche Kompressionsdruck nicht erreicht
werden, so daß die Wirkung der Steuerung in Frage gestellt wäre. Ebenso würde bei
ganz langsamem Gang der Maschine derKompressionsdruck nicht so rasch seine volle
Höhe erreichen (auch wenn der Arbeitskolben dicht schließt), um die gewünschte schnelle
Schieberbewegung zu erzielen.
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Dem wird durch die vorliegende Erfindung dadurch abgeholfen, daß zur
Erzielung des Überganges des Schiebers aus der Dampfabschlußstellung in die End-
oder- Umsteuerstellung der Kompressionsdruck ergänzt oder ersetzt wird durch Frischdampf,
der in die Umsteuerräume und hinter die Differentialkolben des Schiebers eingeführt
wird, die diese letzte Phase der Schieberbewegung bewirken. Zu diesem Zweck wird
in die Zylinderböden je ein vom Arbeitskolben-unmittelbar gesteuertes Ventil eingebaut,
das nach Öffnung Frischdampf hinter den jeweils zu beaufschlagenden Kolben des Schiebers
eintreten läßt, so daß der Schieber sicher und schnell in die End- oder Umsteuerstellung
bewegt wird, daß die unvermeidlichen Drosselverluste verringert werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel,
das in der Hauptsache die gleiche Durchbildung zeigt wie die nach dem Patent 443
246.
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In dem Arbeitszylinder a bewegt .sich der Dampfkolben b, und in dem
Schiebergehäuse c arbeitet der gestängelose Schieber, der aus den beiden durch die
Stange d zusammengehaltenen Schieberteilen dl, d2 und den sich an diese anschließenden
Differentialkolben e, ei, e2, es besteht. Letztere arbeiten in den Umsteuerräumen
f, fI, f2, f3 des Schiebergehäuses. Die Dampfzuführung erfolgt .aus
den
Dampfzylindern a1, a2 über das Schiebergehäusec zwischen dem größerenDifferentialkolben
e1 oder e2 und dem Schieberteil dl oder d2 durch die Einlaßschlitze a3, a°. Der
Abdampf entweicht durch die Schlitze hl, lag in das Schiebergehäuse zwischen
den Schieberteilen dl, d2, um dann durch den Abdampfstutzen h abgeführt zu
werden.
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Die hier ebenfalls gekreuzt liegenden Leitungen m, m' führen entsprechend
dem Patent 443 246 Zylinderdampf zur Beaufschlagung der größeren Differentialkolben
e1, e2 in die Umsteuerräume f l, f2; die Leitungen in, in'- sind an den Dampfzylinder
durch #je ein Gehäuse 25 angeschlossen, das mit dem Dampfzylinder a durch eine Mehrzahl
von Bohrungen r, 2, 3 in Verbindung steht, die durch den in dem Gehäuse 25 verstellbaren
Schieber 26 zum Teil oder alle abgeschlossen oder geöffnet werden können, um durch
früheres oder späteres Übertreten von Zylinderdampf durch die Leitungen m, na' hinter
die größeren Differentialkolben e1, e2 den Schieber früher oder später in seine
Dampfabschlußstellung zu bringen und dadurch die Füllung zu regeln und zu bestimmen.
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Die Umsteuerräume f und f s erhalten nach dem Hauptpatent
442 136 und dem Patent 443 246 zur Beaufschlagung der kleineren Differentialkolben
e und e3 Dampf durch die Leitungen ?z, ?2l. Zur Entlüftung der Umsteuerräume
f1, f2 dienen die zum Abdampfstutzen h führenden Leitungen o, o1 mit ihren Drosselventilen
v1, v2.
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Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Kolben- und Schieberstellung
tritt derFrischdampf durch den Schlitz a' über den Kolben b; die Schlitze
hl und a¢ sind durch den Schieber geschlossen und die zur Leitung führende Bohrung
l am Gehäuse 25 durch den Kolben überdeckt. Durch die Leitung n tritt Frischdampf
in den Umsteuerraum f über den kleineren Differentialkolben e und hält den Schieber
fest. Geht der Kolben in der Pfeilrichtung abwärts, so erhält nach genügender Verschiebung
des Kolbens b die Leitung ml entsprechend der Stellung des, Schiebers 26 in dem
Gehäuse 2.5 durch eine oder mehrere der Bohrungen r, 2, 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 Schieberteildl
derDampfeintrittsschlitzas plötzlich geschlossen wird. Dies ist, da a° auch noch
von d2 überdeckt ist, die. Dampfabschlußstellung. Hierbei ist durch den Differentialkolben
e3 die Leitung ml abgesperrt und gleich- darauf von dem Differentialkolben e2 die
Ableitung o1 freigegeben, so daß der Dampf aus dem Umsteuerraum f2 in eineidurch
das Drosselventil v2 fein regelbaren Weise entweichen kann. Dadurch jvird der Schieber
nach Erreichen der Dampfabschlußstellung in seiner Bewegung derart verzögert, daß
er in dieser Stellung verharrt.
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Bei weiterer Bewegung des Kolbens b im Zylinder a deckt der Kolben
den Abdampfschlitz h2 ab, und es tritt vor -dem Kolben Verdichtung ein, die durch
die Leitung n1 in dem Umsteuerraum f 3 auf den Differentialkolben e3 wirkt, so daß
der Schieber in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit so weit vorgesteuert
wird, daß der Einlaßschlitz a1 so weit freigegeben wird, daß Frischdampf durch ihn
eintreten kann, der durch die Leitung n' in den Umsteuerraum f3 strömt. Der Schieber
wird dann schnell aus der Dampfabschlußstellung in die End- oder Umsteuerstellung
geworfen.
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Wenn nun der Kolben b im Zylinder a undicht geworden ist, so kann
dann der zur Einleitung des Überganges des Schiebers aus der Abschluß- in die Endstellung
erforderliche Kompressionsdruck nicht entstehen. Die Wirkung des Schiebers wäre
dann in Frage gestellt. Ähnliche Schwierigkeiten würden sich ergeben, wenn die Maschine
sehr langsam geht, da, wie gezeigt, die Endbewegung des Schiebers von der Kolbengeschwindigkeit
abhängig ist.
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Diese Gefahr beseitigt die Erfindung dadurch, daß in den Zylinderböden
je ein Ventil 27 eingebaut ist, das so weit in den Dampfzylinder a hineinragt, daß
es durch den Kolben b genügend weit vor seinem Totpunkt angehoben wird. Der Ventilkörper
27 hat eine Nut 28, an die sich eine Bohrung 29 anschließt, die ihrerseits wieder
in eine Ringnut 3o endet. Eine Feder 3z, die sich gegen eine Stellschraube 32 stützt,
belastet das Ventil 27 in einstellbarer Weise, so daß das letztere die in der Zeichnung'
unten veranschaulichte Normalstellung einnimmt, in der das Ventil 27 sich dicht
auf seinen Sitz legt und gleichzeitig den zu der Leitung n1 führenden Kanal
33 abschließt.
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Wenn der abwärts gehende Kolben b gegen den Ventilkörper 27 stößt
und ihn abwärts drückt, so daß er schließlich im Totpunkt des Kolbens die in der
Zeichnung oben veranschaulichte Stellung erhält, so strömt dann Frischdampf durch
die Nut 28, Bohrung 29 und Nut 3o des Ventils in den Hilfskanal 33 und weiter durch
die Leitung n' (oder iz) in den Umsteuerraum f 3 (oder f) hinter den
Differentialkolben e3 (oder e), so daß der Schieber plötzlich und schnell in seine
Endstellung geschleudert wird.
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Bei der rückläufigen Bewegung des Kolbens b wird das geöffnete Ventil
27 durch .den auf ihm lastenden Dampfdruck und durch die
Feder 3
r geschlossen, so daß hier weiterer Eintritt von Frischdampf unmöglich wird. Die
Feder 3 r ist notwendig, weil der Dampfdruck allein das Ventil erst dann schließen
würde, wenn im Zylinder nach Beginn der Expansion ein Druckabfall stattgefunden
hat.
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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß durch die Anordnung -der beiden
Ventile 27 ein sicheres Umlegen des Schiebers im Totpunkt des Arbeitskolbens gewährleistet
ist.
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Bei normalem Betriebe, d. h. bei dichtem Dampfkolben und schnellem
Gang der Maschine, wird das Ventil 27 insofern günstig wirken, daß infolge des von
dem Ventil vermittelten Frischdampfzuschusses der Schieber im letzten Augenblick
stets sehr schnell öffnen wird, was für den-Dampfverbrauch der Maschine vorteilhaft
ist.
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Das Ventil 27 wirkt weiter noch als Sicherheitsventil bei Wasserschlägen.
Hierzu wird die Federbelastung des Ventils so hoch eingestellt, daß ein über den
Betriebsdruck hinausgehender Druck zur Öffnung des Ventils notwendig ist; diesen
hohen Druck ersetzt für den gewöhnlichen Betrieb der gegen Ende seiner Bewegung
unmittelbar auf das Ventil 27 wirkende Kolben b, so daß das Ventil sich dann in
der verlangten Weise öffnet. Wenn aber bei Wasserschlag ein plötzlicher hoher Druckanstieg
erfolgt, so wird dann die. Federbelastung des Ventils überwunden und (las Ventil
geöffnet. Der hohe Kompressionsdruck im Zylinder kann dann einerseits durch die
Leitung n oder zal, den Kanal 33 über das Ventil 27 in dem Dampfraum entweichen,
andererseits wird der Schieber sofort durch Beaufschlagung des entsprechenden Umsteuurraumes
f oder f #3 umgesteuert, so daß der überhohe Druck sich über die Einlaßkariäle
a-' oder a' mit dem Betriebsdruck ausgleichen kann. Das Vorhandensein der Ventile
27 verhindert also Zerstörungen des Zylinders durch Wasserschläge, erhöht also die
allgemeine Betriebssicherheit der Maschine.
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Aus der Zeichnung ergibt sich, daß der von denn geöffneten Ventil
27 eingelassene Frischdampf durch die Leitung n oder n1 nicht nur, wie vorhin beschrieben,
nach den Umsteuerräumen f oder f3, sondern auch in den Zylinder a gelangen kann,
auch- dann, wenn z. B. zum Stillsetzen der Maschine die sämtlichen Bohrungen r,
2 durch ihre Schieber :26 abgeschlossen sind. Das ist aber unbedenklich. Die Leitungen
n, u1 sind vor Erreichen der Schieberabschlußstellung, also während der Füllperiode,
durch die Differentialkolben e, c3 überdeckt. Sind nun alle Bohrungen r, 2
...
geschlossen, so kann der Schieber nicht umgesteuert werden, und wenn dann
das Hauptabsperrventil noch geöffnet sein sollte; so könnte dann allerdings durch
ein in der Totpunktlage des Kolbens (siehe oben in der Zeichnung) geöffnetes Ventil
27 Frischdampf hinter den Kolben eintreten. Diese Dampfmenge ist aber nur
gering, da der Kolben das Ventil nach kurzer Verschiebung freigibt, so daß sich
dieses schließt. Außerdem ist bei Abschluß der Bohrungen r, 2 ... die Umsteuerung
des Schiebers unterblieben, so daß also der Dampfauslaß auf der Eintrittsseite offen
ist. Deshalb kann diese Dampfmenge den Kolben b nur so weit bewegen, bis er den
Dampfauslaß freigibt, worauf der Dampf nach außen entweicht. Die Maschine käme also
auch bei offenem Hauptdampfventil durch Schließen des Füllungsreglers (für die Bohrungen
r, 2 ... ) sofort zum Stillstand.
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Die von dem Frischdampf durch das Ventil27 zugeführte verstärkte Beschickung
des Umsteuerraumes f oder f3 und die dadurch erreichte Beschleunigung der Schieberbewegung
macht eine ebenfalls beschleunigte Entlüftung des entgegengesetzten Umsteuerraumes
f3 oder f erforderlich. Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung die Dampfauslaßschlitze
1a1, 112 mit nach dem Zylinder a
offenen Zweigkanälen h3, h' versehen. Diese
Zweigkanäle 1a3, h4 münden derart in den Zylinder, daß sie von dem Kolben b im Totpunkt
freigegeben sind, während der zugehörige Dampfauslaß hl oder h2 von dem Kolben abgedeckt
ist. Infolgedessen kann schon vor Umsteuerung des Schiebers eine Entlüftung des
Zylinderraumes hinter dem -=Kolben und damit auch durch die Leitung it oder n1 des
betreffenden Umsteuerraumes f oder f3 stattfinden, so daß, wenn z. B. der Kolben
die in der Zeichnung punktiert angedeutete untere Totpunktlage erreicht, der Zylinderraum
über dem Kolben und, wie gesagt, durch die Leiteng it der Umsteuerraum f wenigstens
teilweise durch h"-entlüftet ist, so daß der Schieber schnell (in der Zeichnung)
hochgesteuert werden kann. Dabei deckt dann der Schieberteil d2 den Auslaßschlitz
1z2 und schließt damit auch den Zweigkanal h' ab.
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Die Zweigkanäle h-, h' sind ferner auch dann von vorteilhafter Wirkung,
wenn die Maschine mit voller Füllung arbeitet. Dann würde in den beiden Umsteuerräumen
f und f-' annähernd der gleiche Druck herrschen,-- so daß die weitere Bewegung
des Schiebers in Frage gestellt wäre. Die Zweigkanäle entlüften nun in der angegebenen
Weise abwechselnd diese Umsteuerräume, so daß der Schieber einwandfrei arbeiten
kann.