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Exzentersteuerung mit Füllungsausgleich für Dampfmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Steuerung für schnellaufende Heißdampfmaschinen und insbesondere für
Mehrfachexpansionsmaschinen mit Kollbengeschwindigkeiten von 6 bis I2 m/sek. Eine
derartige Steuerung muß folgenden Anforderungen genügen: I. Veränderliche Füllung
in weiten Grenzen; 2. nach Belieben des Konstrukteurs entweder konstante oder abnehmende
Voreilung bei abnehmender Belastung; 3. absolute Nullfüllung; 4. Füllungs- sowie
Arbeitsausgleich und 5. Ausschaltung jeder Rückwirkung auf den Regler.
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Diese Bedingungen erfüllt die Steuerung gemäß der Erfindung in vollstem
Maße. Sie ist dadurch gekennzeichnet, däß das Exzenter aus zwei Teilen besteht,
nämlich einem auf der Steuerwelle drehbar gelagerten Innenteil und einem auf dessen
Umfang drehbaren Ringteil, dessen zum Kreisumfang des Innenteiles exzentrischer
Kreisumfang vom Exzenterbügel umfaßt wird, und daß der Innenteil und der Ringteil
beide gleichzeitig relativ zur Steuerwelle, aber entgegengesetzt zueinander verdrehbar
sind, zu dem Zwecke, beliebige Füllungen zwischen absoluter Nullfüllung und gegebener
Höchstfüllung, auch während des Ganges der Maschine, einzustellen und gleichzeitig
die Voreilung in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Füllungsgrade proportional zu-
oder abnehmend zu verändern bzw. konstant zu halten. Um die Einstellung der beiden
Exzenterteile zu ermöglichen, ist auf der Steuerwelle unter Vermittlung von Spiralführungen
dreh- und verschiebbar ein Stellglied gelagert, das mittels Kurvenschlitzführungen
auf den Ringteil des Exzenters und mittels weiterer Spiralführungen anderer Steigung
auf den Innenteil des Exzenters wirkt. Der Exzenterbügel treibt unter Vermittlung
von Schubkurven die Einlaßorgane des Hochdruckzylinders an. Diese Schubkurven wie
auch die Steuerexzenter laufen im Ölbad, so daß ein leichter Gang gewährleistet
ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Abb. I ist ein teilweise in senkrechter Ebene geschnittener Aufriß eines Zylinders,
z. B. einer Dreifachexpansionsmaschine der obenerwähnten Art. Abb. 2 ist ein Schnitt
durch das mehrteilige Steuerungsexzenter, und zwar nach Linie I-I der Abb. 4, Abb.
3 eine Stirnansicht der Darstellung nach Abb. 2, Abb. 4. eine Stirnansicht des Exzenterinnenteiles,
Abb. 5 eine Seitenansicht dieses Exzenterinnenteiles und Abb. 6 eine Teildarstellung
des die Spiralführung für das Stellglied tragenden Teiles der Steuerwelle. Die Abb.
7, 8, 9 und Io sind Diagramme, die zur Bestimmung der Form der Spiralführungen und
Kurvenschlitze dienen.
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Der Dampfeinlaß und -auslaß zum Zylinder Z mit Kolben K der in Abb.
I dargestellten Maschine geschieht mit Hilfe von Kolbenschiebern V. Die Bewegung
der Schieberstangen S geschieht mit Hilfe von Schubkurven U, die paarweise durch
Stangen C miteinander verbunden sind. Auf diese Stangen C
wirken
unter Vermittlung der Exzenterbügel D und Lenker L Exzenter E, die auf den Steuerwellen
W sitzen. Sowohl die Exzenter E als auch die Ventilschubkurven U laufen im Ölbad.
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Nach Abb. 2 bis 6 besteht das Exzenter aus einem auf der Steuerwelle
W drehbar gelagerten Innenteile mit kreisförmigem Umfang und einem auf diesem kreisförmigen
Umfang drehbar gelagerten Teil E, dessen vom Exzenterbügel D umfaßter Kreisumfang
exzentrisch zum Kreisumfang des Innenteiles e liegt. Der Innenteil e besteht mit
einer Buchse p aus einem Stück. Diese ist mit einem Schraubengang s versehen. Der
Ringteil E weist zwei seitliche Ansätze auf, an denen Stifte o befestigt sind. Die
Welle W ist bei d verdickt, und in diese Verdickung ist ein Schraubengang g eingeschnitten.
Auf der Buchse p des Exzenterinnenteiles e und auf der Verdickung d der Welle W
ist eine Scheibe m mit zwei entgegengesetzt gerichteten Naben r und f gelagert.
Die Bohrung der Nabe r trägt einen Schraubengang, der in den Schraubengangs der
Buchse p eingreift, und die Bohrung der Nabe f ist mit einem Schraubengang versehen,
der in den Schraubengang g der Wellenverdickung d eingreift. Auf dem Außenumfang
der Nabe f ist zwischen zwei Kugellagern k und festgehalten durch zwei Muttern i
der Ringteil h1 mit zwei Stegen h2 zur Befestigung einer Gabel h mittels Schraubenbolzen
h3 gelagert. Die Gabel h ist bei X fest gelagert, während bei Y der Zughebel zur
Regelung der Füllungen angreift.
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Bei Bedienung des Zughebels erzeugt die Gabel h eine hin und her gehende
Bewegung der Scheibe m auf der Verdickung d der Welle W. Unter Vermittlung des Schraubenganges
g dreht sich dann die Scheibe m und gleichzeitig der Exzenteraußenteil E, dessen
Bewegung durch die Stifte o und Schlitze n in der Scheibe m hervorgerufen wird.
Das Drehungsmaß richtet sich nach der vorher berechneten Steigung des Schraubenganges
g und der Längsbewegung auf d. Gleichzeitig mit diesen Bewegungen erzeugt der Schraubengang
s die Verdrehung der Buchse p mit dem Exzenterinnenteil e in entgegengesetzter Richtung
entsprechend der Steigung des Schraubenganges s. Somit ermöglichen die Verdrehungen
von e und E verschiedene Hubkreise, die dann mittels der Schubkurven U beliebige
Füllungen je nach Wunsch und Konstruktion ergeben. Es liegt in der Hand des Konstrukteurs,
durch richtige Verdrehung von e entweder konstante oder veränderliche, und zwar
proportional abnehmende Voreilung bei abnehmender Belastung der Maschine, wie auch
ferner bei schweren stehenden Maschinen Arbeitsausgleich zu erhalten, der gegebenenfalls
gesucht werden muß. Die Abb. 7 bis Io erläutern die Art und Weise, wie die Abmessungen
zu bestimmen sind. Nach der Darstellung der Abb. 7 wählt oder errechnet man zunächst
einen Mindesthubkreis. Dieser wird als Kreis I gezogen. Dann zieht man den größeren
Hubkreis 2. Die von diesen beiden Kreisren I und 2 begrenzten Teile e und E stellen
den Exzenterinnenteil und den Exzenterringteil dar. o ist der Mittelpunkt der Steuerwelle
und o1 der Mittelpunkt für E. Bedingung ist, daß der Mittelpunkt o1 auf dem Mindesthubkreis
I liegt. Nun zieht man die Linie 3 im Winkel von 3o°, die o1 schneidet. Mit einem
in o1 eingesetzten Zirkel greift man das Stück o1-4 ab und schlägt einen Kreisbogen
auf die Senkrechte. Der Mittelpunkt o2 dieses Kreises ist nun der gefundene Mittelpunkt
für e. Jetzt erst kann man die Exzentergrößen festlegen.
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In Abb. 8 denkt man sich e festsitzend auf der Welle, während man
E um 6o° verdreht. I ist der äußere Durchmesser von e, auf dessen Umfang sich E
bewegen muß. Dreht man nun E von Punkt 2 bis Punkt 3, so bewegt sich der Mittelpunkt
o1 von E auf dem Halbkreisbogen 4 von o1-5a. Verschiebt man E weiter bis zu 6o°,
so steht der Mittelpunkt von E in Punkt 6, und die Entfernung o-6 ist der Radius
des größten Hubkreises, Dieser Hubkreis wird natürlich größer, wenn man E weiterdreht.
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Ist der schraffierte Kreisabschnitt in Abb. 8 für irgendeine Füllung
bestimmt und E würde allein gedreht, so erkennt man an den Punkten o1-6 die evtl.
verschiedenen Dampfeinströmungen. Der Voreilwinkel würde sich also nach Abb. 8 demnach,
bezogen auf o % Füllung, bis zu der unbekannten eingezeichneten Füllung von o° bis
3o° verändern, da ja die Kurbelwelle mit der Steuerwelle fest verbunden ist.
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Um die Differenz von 3o° so auszugleichen, daß man bei beliebiger
Füllung richtige Eröffnung erhält, wird e in entgegengesetzter Richtung gedreht.
Dies geht aus Abb. 9 hervor, die zwecks besserer Übersieht in einem doppelt so großen
Maßstabe wie die Abb. 7 und 8 gezeichnet ist. Man verfährt zunächst genau wie in
Abb. 8, zieht sämtliche Kreise und Linien sowie einen Kreisabschnitt für eine beliebige
Füllung. Die Linie A-B ist also die gewünschte Eröffnungslinie für beliebige Füllungen,
und man muß versuchen, die Mittelpunkte von E dieser Linie praktisch zu nähern.
Dies geschieht auf folgende Weise: Bei gewünschter größter Füllung wird E um 6o°
gedreht, so daß dessen Mittelpunkt o' in Punkt 18 steht. Es muß nun e so
verschoben werden, daß Punkt 18 nach A wandert. Das Stück i8-A greift man
mit dem
Zirkel ab und trägt es von Punkt 7 aus auf demselben Hubkreis
ab, wodurch sich Punkt 8 ergibt. Zieht man nun eine Linie von o aus durch 8, so
entsteht der Drehwinkel für e-I4,4°. Zieht man zur Kontrolle den Kreisbogen Io,
d. h. die Laufbahn des Mittelpunktes für e, setzt den Zirkel in 9 ein und zieht
den Kreis I4 für e sowie, in A eingesetzt, den Kreis I5 für E, so erkennt man die
Richtigkeit der Verdrehung. Die Linie A-9-I7 zeigt die neue Stellung von E. Damit
ist die Einströmung richtig eingestellt.
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Nun werden aber die beiden Exzenterteile E und e durch die Spiralführungen
proportional bewegt, und zwar I5° für E und 3,6° für e. Steht nun E im Winkel von
45° und e im Winkel von Io,8°, so ist der Mittelpunkt für E in II. Die Ventileröffnung
kann aber erst in Punkt I3 erfolgen. Es müssen sich also Steuerwelle und Kurbelwelle
um den Winkel b vorwärts drehen, und es erfolgt um diesen Winkel b die Einströmung
später. Dies ist aber von Vorteil, da bei geringerer Füllung eine geringere Voreilung
erwünscht ist. Man kann aber auch durch andere Drehung von e konstante Voreilung
erreichen. Dann wandert der Mittelpunkt auf einer Geraden.
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Befindet sich die Kurbel l in der Stellung nach Abb. 9, so müssen
die Exzenter in Nullstellung der Kurbel um den Winkel a voreilen. Durch Verdrehung
erfolgen die Eröffnungen den Füllungen entsprechend, da ja der Punkt o1 nach A wandert.
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Die Abb. Io dient zur Bestimmung der Kurvenschlitze n an der Scheibe
m für die Mitnehmerstifte o des Exzenterringteiles E, also für die Verdrehung des
letzteren. Da nun aber der Mittelpunkt von E von o1 nach A bewegt wird, dreht sich
die Scheibe m um ihren mit dem Mittelpunkt der Steuerwelle W zusammenfallenden Mittelpunkt.
Die Mitnehmerstifte o des Ringteiles E beschreiben nach Abb. Io die Kurvenbahnen
3-5-9-II-I3 bzw. 4-6-Io-I2-I4, während sie auf der Scheibe m die Kurvenbahnen 3a-3b-3c-3d-I3
bzw. 4a-4b-4e-4d-I4 beschreiben. Die zugehörigen Kurvenschlitze müssen sehr sorgfältig
ausgearbeitet werden. Die Punkte 3 und 4 sind die Entfernungen der Mitnehmerstifte
o, bezogen auf den Mittelpunkt von E. Die Aufzeichnung der Kurvenbahnen geschieht
in folgender Weise: Man zeichnet zunächst sämtliche Linien und Kreise wie in Abb.
9. Dort sah man, daß die Linie A-9-I7 die neue Exzenterstellung war, entsprechend
einem Winkel von 6o° für E und I4,4° für e. Man zieht nun diese Linie in Abb. Io,
hierauf eine Senkrechte A1 durch den Punkt A und überträgt auf diese Senkrechte
wieder die Entfernungen der Mitnehmerstifte o, so daß man die Punkte I3 und I4 erhält.
Nun geht man zurück um I5° für E bzw. 3,6° für e, zieht Linie Ia durch I-2, errichtet
die Senkrechte Ib und verzeichnet die Punkte 5 und 6. In ähnlicher Weise werden
die Linie 7a, die Senkrechte 7b, die Punkte 9 und Io usw. gezeichnet, bis man alle
Punkte gefunden hat. Damit ist die Kurvenbahn der Stifte bestimmt.
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Dasselbe geschieht für die Kurven auf der Scheibe m: Man schlägt die
Kreisbogen 25 und 26 mit dem Radius o-3 bzw. o-4 und teilt die Bogen 25 und 26 in
vier Teile von je I5°, was die streckenweise Verdrehung der Scheibe m bedeuten möge.
Wird nun die Scheibe m von I5-I9 gedreht, so ist auch der Punkt 2o nach 24 gewandert,
während die Mitnehmerstifte o in I3 und I4 stehen. Man setzt nun den Zirkel in o
ein, greift die Stücke o-5, o-9 bzw. o-6, o-Io usw. ab und schlägt die Kreisbogen.
Dann nimmt man nacheinander die Strecken I5-3, I6-5, I7-9 bzw. 2o-4, 2I-6, 22-Io
ab und überträgt sie von I9 bzw. 24 aus auf die entsprechenden Kreisbogen. Damit
sind auch die Kurvenbahnen der Scheibe m bestimmt.
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Die Berechnung der Spiralführungen g und s ergibt sich in einfacher
Weise. Angenommen, das Stellglied f werde um 3o mm parallel zur Welle verschoben
und gleichzeitig um 6o verdreht, so ergibt sich aus der Gleichung
Länge für einen Gang. Da E sich um 6o° dreht, muß e sich gleichzeitig während der
Drehung von E in entgegengesetzter Richtung um I4,4° drehen, legt also einen Weg
von 6o + I4,4 = 74,4 zurück. Die Länge der Steigung für einen Gang ergibt sich somit
zu 74,4 Sollte eine geringere
Steigung erwünscht sein. so muß der Nutenlauf entsprechend verlängert werden.