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Lenkersteuerung Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkersteuerung,
wie sie für Dampfmaschinen, Pumpen und andere Maschinen zum Antrieb und zur Regelung
steuernder Teile benutzt werden kann, und besteht im wesentlichen darin, daß ein
Ellipsoidenlenker mit nur zwei Gliedern vorgesehen ist, dessen kurzes Glied gleich
dem einen Abschnitt des langen Gliedes ist, wobei ein Punkt des Lenkers von der
Kurbel oder Pleuelstange angetrieben wird und ein anderer Punkt zum Antriebe des
Steuerorgans dient. Dieser Lenker kann vorzugsweise als Lenkersteuerung zum Antriebe
von Dampfmaschinen angewandt werden, wobei durch ein Exzenter ein Glied oder ein
Punkt des Lenkers be-,vegt und von einem anderen Punkte des Lenkers eine Bewegung
abgeleitet wird, die der Steuervorrichtung einen zusätzlichen Antrieb oder den alleinigen
Antrieb gibt. In dieser Anwendung kann mit Hilfe des Lenkers der Voreilwinkel, die
Füllung und die Laufrichtung der Maschine geändert werden. Der Lenker wirkt also
gewissermaßen wie eine Kulisse.
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Durch den Lenker gemäß der Erfindung kann erreicht werden, daß bei
einer großen Änderung der Füllung die Größe der Voreinströmung, der Vorausströmung
und der Verdichtung konstant bleibt. Außerdem kann der Lenker noch zur Bewegung,
Regelung und Geradführung der Steuerungsorgane (Ventile) dienen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Bild i schematisch die Anordnung eines Lenkers gemäß der Erfindung
als UmsteuerungsIenker bei einer Dampfmaschinenschiebersteuerung.
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Bild 2 zeigt eine Abwandlung der Einrichtung nach Bild i.
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Bild 3 zeigt eine andere Form einer Lenkerumsteuerung unter Verwendung
des Lenkers gemäß der Erfindung.
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Bild q. zeigt eine Anwendung des Steuerungslenkers gemäß der Erfindung
zur Bewegung und Regelung von Ventilen.
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In den Bildern bedeutet A ein langes Glied eines Lenkers gemäß der
Erfindung, an welchem. im Punkte b ein kurzes Glied B angelenkt ist. Die
Endpunkte des langen Gliedes A sind die Punkte a und d. Der Endpunkt
des kurzen Gliedes B ist der Punkt c. Der Teil b-d des langen Gliedes A ist
gleich der Länge des kurzen Gliedes B. Der Punkt a des langen Gliedes
A ist zwangsweise geführt. Wird der Punkt c festgelegt und der Punkt a auf einer
durch den Punkt c gehenden Geraden geführt, so bewegt sich der Punkt d auf einem
Kreise, dessen Mittelpunkt auf der verlängerten Geraden a-c liegt, und zwar liegt
der Mittelpunkt des Kreises auf der Seite des Punktes c, wo auch der Punkt d liegt,
wenn der Teil b-a kleiner ist als der Teil b-d; der Mittelpunkt des Kreises liegt
auf der anderen Seite des Mittelpunktes c, wenn der Teil b-a größer ist als der
Teil b-d. Ist b-d gleich b-a, so bewegt sich der Punkt d auf einer Geraden, die
senkrecht steht zu der Geraden a-c und durch den Punkt c geht.
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In Bild i ist der Punkt c festgelegt. Der Punkt a ist auf der im Punkte
c angelenkten Stange C in Richtung der Stange C zwangsweise
geführt,
wobei sich der Endpunkt i der Stange C in einem Kreisbogen um den Punkt c bewegen
kann. Im Punkte i ist ferner eine Stange JU angelenkt, deren anderes Ende an eine
um den Punkt r drehbare Stange D
im Punkte j angelenkt ist. Der Mittelpunkt
e der Stange M wird von der Exzenterstange E bewegt. Da die Stangen D und C gleich
lang sind, bewegt sich der Mittelpunkte auf einer durch den Kurbelmittelpunkt q
gehenden Geraden. Die Exzenterstange ist über den Punkt e hinaus um ein Stück
e, f verlängert und an dem Endpunkte f einer Steuerungsstange S' angelenkt.
An den Endpunkt d des langen Gliedes des Lenkers ist ebenfalls eine Steuerstange
S angelenkt. Die Enden s' und s der Steuerungsstangen S' und S sind miteinander
verbunden. Von einem Punkte t dieser Verbindung s, s' wird die Bewegung des Schiebers
Sch abgeleitet. An dem Punkte d ist eine Stange H angelenkt,
die um den Punkt 1a schwenkbar ist, so daß sich der Punkt d auf einer Kreisbahn
um den Punkt 1a bewegen kann. K bedeutet die Kurbel.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird der Exzenterpunkt o
um den Exzentermittelpunkt gedreht, so bewegt sich der Punkt e auf der Geraden
p-q. Der Punkt f
beschreibt eine der Ellipse angenäherte Bahn. Der Punkt s'
bewegt sich daher auf einer waagerechten Strecke, die gleich dem waagerechten Durchmesser
der Ellipse ist. Durch die Bewegung des Punktes e wird der Punkt i auf einem Kreisbogen
um den Punkt c bewegt, und erfährt der Punkt d des Lenkers eine Bewegung- auf einem
Kreisbogen um den Punkt da, so daß der Punkt s eine dem Punkte
d
entsprechende "Bewegung ausführt. Die Bewegung des Punktes t, von dem die
Schieberbewegung abgeleitet wird, setzt sich also aus den Bewegungen der Punkte
s' und s zusainmen. Die Bewegung des Punktes s' ist durch die einmal gewählten Größen
der Exzenterstange und das Exzenter festgelegt. Die Bewegung des Punktes s kann
jedoch sowohl der Richtung wie der Größe nach dadurch geändert werden, daß die Lage
des Punktes d zu dem Festpunkt c des Lenkers geändert wird.
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Diese Veränderung der Lage des Punktes d geschieht mit Hilfe der Stange
H, deren anderer Endpunkt h mit einem Hebel oder einer anderen Bewegungseinrichtung
verbunden sein kann, die z. B. von dem die Maschine steuernden Arbeiter bewegt werden
kann. Die Punkte d und h ändern sich also durch das Arbeiten der Maschine
nicht von selbst, bleiben also während einer bestimmten Einstellung der Steuerung
fest und können in ihrer Lage zwecks Erreichung einer anderen Einstellung geändert
werden. Diese Veränderung kann von Hand oder mit Hilfe eines Regulators vorgenommen
werden.
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Wie aus Bild i erkennbar, ist der Punkt a auch noch über den Punkt
i hinaus verschiebbar, und zwar wird der Punkt a den Punkt i
überschreiten,
wenn die Punkte d und c aufeinanderfallen. Das übereinanderfallen der Punkte
d und c ist möglich, weil der Teil b-d gleich dem Teile b-c ist. Es erfährt
der Punkt s keine Bewegung, wenn der Punkt e und damit der Punkt i bewegt wird.
Wird der Punkt d von dem Punkte c nach oben gemäß Bild i entfernt, so wird bei einer
Umdrehung des Exzenters o der Punkts derart hin und her bewegt, daß seine Bewegungsrichtung
der Bewegungsrichtung des Punktes s' gegenläufig ist. Die Größe der Be«-egung des
Punktes s wird durch den Abstand des Punktes d vom Punkte c bestimmt. Wird der Punkt
d von dem Punkte c nach unten hin entfernt, so erhält der Punkt s bei einer Umdrehung
des Exzenters eine Bewegung, deren Bewegungsrichtungen gleichläufig sind mit den
Bewegungen des Punktes s'. Auf Grund dieser Tatsachen ist es möglich, die stets
gleichbleibenden Bewegungen, durch welche z. B. die V oreinstr ömung bewirkt wird,
durch die Steuerstange S' hervorzurufen und die Bewegungen, die veränderlich sein
sollen, z. B. die den Füllungsgrad verursachende Bewegung, durch die Steuerstange
S hervorzurufen. Es ist jedoch hierbei Bedingung, daß durch die Bewegung des Punktes
d die durch die Stange S' hervorgerufenen gleichbleibenden Bewegungen nicht gestört
werden. Es muß daher die Einrichtung so getroffen werden, daß bei Totpunktlage der
Kurbel K durch eine Verstellung des Punktes d die Lage des Punktes s nicht geändert
wird, es muß mit anderen Worten der Punkt d auf einer Kreisbahn um den Punkt s geführt
werden.
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Diese Forderung erfüllt der Lenker gemäß der Erfindung. Bei diesem
bewegt sich der Punkt d auf einer Kreisbahn, deren Radius abhängig ist von dem Verhältnis
der durch den Punkt b geteilten Teile des langen Gliedes A, wobei immer der Teil
b-d gleich der Länge des kurzen Gliedes ist, wie oben beschrieben. Durch eine geeignete
Wahl der Verhältnisse des Lenkers kann dieser demnach jeder Maschine angepaßt werden.
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In Bild :2 ist ebenfalls der Lenker A, B im Endpunkte c des
kurzen Gliedes B festgelegt. Der Punkt a wird im wesentlichen in Richtung der im
Punkte c angelenkten Stange C dadurch geführt, daß er sich mit Hilfe eines angelenkten
Gliedes F um den Punkt u der Stange C drehen kann.
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Der Schieber Sch erhält seinen,gleichmäßigen Antrieb von einem
Punkte s' der Kolbenstange St. Die zusätzliche Bewegung erhält
der
Schieber, wie bei der Anordnung in Bild i, von dem Punkte d des Lenkers, der sich
auf einer Kreisbahn um den Punkt h bewegen kann. Der Antrieb des Lenkers findet
hier durch eine Exzenterstange E statt, die einerseits mit dem Exzenterpunkt o,
andererseits mit einem Punkte e der Stange C verbunden ist. Bei einem Umlauf des
Exzenters o wird also entsprechend der Einrichtung nach Bild i der Endpunkt der
Stange C auf einer Kreisbahn um den Punkt c bewegt und dem Punkte d eine Bewegung
um den Punkt h erteilt, die durch die Steuerstange S dem Punkte s mitgeteilt wird.
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Die Einrichtung nach Bild 2 ist einfacher, da die Geradführung des
Exzenterstangenpunktes fortfällt und die wichtigsten Punkte der Antriebsvorrichtung
auf dem durch die Stange C gebildeten Gerfist G liegen. Das Gerüst ist zweckmäßig
durch ein Gegengewicht O ausbalanciert.
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Zwischen den Anordnungsmöglichkeiten nach Bild i und 2 liegen noch
günstige Zwischenstufen. Beispielsweise kann in Bild i die Exzenterstange E den
Endpünkt i der Schwinge angreifen, wobei dann die Teile D, II und
S' fortfallen und der Punkt s', wie in Bild 2, von der Kolbenstange St angetrieben
wird. Das in Bild 2 gezeigte Gewicht 0 ist dann überflüssig. Der Punkt t wird zwecktnä
ßig geradegeführt, vorzugsweise mittels einer an dem Maschinenrahmen angelenkten
Sclnvinge. Eine derartige einfache Anordnung ist besonders bei Lokomotiven von Vorteil,
(1a die Erschütterungen der Maschine auf diese Steuerung ohne Einfluß sind.
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In der Einrichtung nach Bild 3 ist der Lenker unmittelbar mit dem
Exzenterpunkt verbunden, so daß jetzt der Punkt d des Lenkers gleichzeitig der Exzenterpunkt
ist. Der Punkt c treibt hier mit Hilfe der um den Punkt e drehbaren Stange elf die
Steuerstange S, die im Punkte f an die Stange 17 angelenkt ist. Eine zweite Steuerstange
ist nicht vorhanden, so daß also von dem Punkte c des Lenkers sowohl die gleichbleibenden
wie die veränderlichen Bewegungen abgeleitet werden. Der Punkt c bewegt sich auf
einer Kreisbahn um den Punkt e, die einer geraden Linie ziemlich nahekommt. Der
Punkt a bewegt sich auf einer Geraden angenähert parallel zu der Bahn des Punktes
c. Zur Geradführung des Punktes a ist ein zusätzlicher Lenker vorgesehen. Dieser
Lenker besteht aus zwei Gliedern B' und A'. Das Glied B' ist
bei b' in der Mitte des Gliedes A'
angelenkt. Der Punkt a' ist auf
einer durch ihr Eigengewicht ständig senkrecht gehaltenen Führungsstange
C geführt.
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Die Einstellung der veränderlichen Bewegung des Lenkers wird erreicht
durch die %"erä nderung des Abstandes der Führungsbahn des Punktes a von der Führungsbahn
des Punktes c. Erreicht wird die Änderung durch Schwenken der Stange H um den Festpunkt
h.
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Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen Wird der Abstand der geradlinig
gedachten Bahnen der Punkte a und c gleich Null gemacht, so bewegt sich bei einer
Umdrehung des Exzenters der Punkt c auf einer Bahn, die gleich dem Durchmesser des
Exzenterkreises ist. Den Geschwindigkeitsverhältnissen nach ist die Bahn des Punktes
c sinoidal. Der Punkt a bewegt sich in genau gleicher Weise wie der Punkt c.
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Wird die Bahn des Punktes a -um einen Abstand von der Bahn des Punktes
c entfernt, so bewegt sich bei einer Exzenter umdrehung der Punkt c auf einer angenäherten
Geraden, die auf jeder Seite des Exzenterkreises um ein Stück größer ist als der
Exzenterkreisdurchmesser. Die Form der Bewegung ist auch hier sinoidal. Die Größe
des über den Exzenterkreisdurchinesser auf jeder Seite überragenden Stückes ist
abhängig von der Größe des Abstandes der beiden Bahnen.
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Mit Hilfe dieser Einrichtung kann somit erreicht werden, daß die konstanten
Bewegungen der Steuerorgane unbedingt konstant bleiben, wenn ihre Bewegung von dem
Teil der Bewegung des Punktes c hervorgerufen wird, die der Punkt .c innerhalb des
Exzenterkreisdurchmessers ausführt, während die veränderlichen Bewegungen durch
den Teil der Bewegung des Punktes c hervorgerufen werden können, der außerhalb des
Exzentelkreisdurchmessers sich vollzieht. Es kann also hierdurch vor allem der Voreilwinkel
und der Füllungsgrad wie der Zeitpunkt der Expansion beliebig geändert werden, ohne
daß die Bewegungen, deren Unabhängigkeit vom Füllungsgrad wünschenswert ist (Voreinströmung,
Vorausströmung, Kompression) dadurch in Mitleidenschaft gezogen würden.
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Wird die Führungsbahn des Punktes a von der Führungsbahn des Punktes
c um einen Abstand nach oben hin entfernt, so wird dadurch der Voreilwinkel derart
verändert, daß eine Umkehrung der Arbeitsweise der Maschine eintritt.
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In der Darstellung nach Bild 3 sind die Punkte h, e und q auf
einem gemeinsamen Gerüst G angeordnet, welches um den Mittelpunkt q der Kurbel K
und des Exzenterpunktes o drehbar und im Punkte -m aufgehängt ist. Da somit sämtliche
Festpunkte der Steuerungsvorrichtung auf einem gemeinsamen Gerüst mit der Kurbelwelle
angeordnet sind, können Erschütterungen auf die Steuerorgane keinen erheblichen
Einfluß haben,
unter keinen Umständen aber bei einer Steuereinstellung
einen größeren Einfluß haben als bei einer anderen. Der Nachteil der meisten bekannten
Lenkersteuerungen in dieser Beziehung wird also bei der Einrichtung gemäß der Erfindung
vermieden. Bei ortsfesten Dampfmaschinen ist das Gerüst naturgemäß entbehrlich.
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In Bild 4 wird der Lenker gemäß der Erfindung zur Regelung und Geradführung
der Ventile benutzt. Es bedeutet W eine für alle Ventile gemeinsame, mit der Steuerstange
verbundene Steuerschiene, U und U' die Ventilstangen der Auslaßventile, V und V'
die Ventilstangen der Einlaßventile. Die Geradführung der Ventilstangen wird bewirkt
durch einen Lenker, bei dem die Länge des kurzen Gliedes gleich der halben Länge
des langen Gliedes ist. Die Ventilstangen der Auslaßventile erhalten ihre Geradführung
durch einen Lenker, dessen Endpunkte mit a2, b2, c2, d2 und a2', b2', c219 d2 bezeichnet
sind. Die Punkte c2 und a2 sind am Maschinenrahmen angelenkt und geführt. Der Punkt
d2 bewegt sich daher auf einer Senkrechten zu der Verbindungslinie der Punkte a2
und c2, so daß die Ventilstange U genau senkrecht geführt wird. Mit dem Punkte d2
ist eine Nase P verbunden, auf welche die Antriebseinrichtung, im vorliegenden Falle
ein Lenker, einwirken kann.
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Seinen Antrieb erhält der Punkt d2 des genannten Lenkers von dem Punkte
dl eines Lenkers gemäß der Erfindung, dessen Punkt cl auf der Steuerschiene angelenkt
und dessen Punkt a auf der Steuerschiene zwangsweise geführt wird auf einer Linie,
deren Fortsetzung durch den Punkt cl geht. Ein ähnlicher Lenker treibt den Geradführungslenker
der Ventilstange U' an. Die Punkte bl und bl', an denen das kurze Glied an dem langen
Glied der Antriebslenker angelenkt ist, sind miteinander verbunden durch eine Stange
L, deren Länge durch ein Spannschloß L1 verändert werden kann. Die Länge des Teiles
a1, b1 des langen Gliedes ist ebenfalls veränderlich. Es kann dadurch der Zeitpunkt
und die Zeitdauer der Einwirkung des Antriebslenkers auf den Führungslenker beliebig
eingestellt werden, ohne daß dadurch die Geradführung der Ventile in Mitleidenschaft
gezogen wird.
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Die Ventilstangen V und V' der Einlaßventile werden ebenfalls durch
Lenker a4, b4, c4, d4 und a,', b4', c,', d4 auf einer senkrechten Geraden
geführt. Diese Lenker werden durch auf der Steuerschiene W angeordnete Rollen R
und R' angetrieben, welche auf an den langen Gliedern der Lenker angebrachte Nasen
treffen und dadurch diese Lenker hochheben. Die Punkte c4 und c4 sind am Maschinenrahmen,
die Punkte d4 und d,' an den Ventilstangen befestigt. Die Punkte a4 und a4' werden
auf einer zu der Ventilstangenrichtung senkrechten Geraden geführt, was gemäß Bild
4 dadurch erreicht wird, daß sie von einem Endpunkte ds eines an der Steuerschiene
mit den Punkten c3 und a3 angeordneten Lenkers geführt werden, der jedoch auch durch
einen um einen Punkt der Steuerschiene schwingenden Hebel ersetzt werden kann. Der
Zeitpunkt und die Zeitdauer der Ventilbetätigung kann durch Einstellen der Rollen
R, R' oder Nasen N, N' bewirkt werden.
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Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung, für die im vorstehenden
nur verschiedene Beispiele angegeben sind, kann erreicht werden, daß die Füllung
und der Voreilwinkel beliebig eingestellt werden können, wobei jedoch die Voreinströmung,
die Vorausströmung und die Verdichtung vollkommen konstant sind. Bei entsprechend
anderer Anordnung können naturgemäß auch andere Punkte oder Steuerphasen veränderlich
und andere konstant gehalten werden. Diese konstanten Größen können dann beispielsweise
eingestellt werden durch die in Bild 4 gezeigten einstellbaren Teile. Die gesamte
Bewegung der Steuervorrichtungen wird von einem einzigen Exzenter abgeleitet. Diese
Einrichtung wird daher gegenüber bekannten Lenker- und Kulissensteuerungen einfacher
und außerdem genauer, da eine gegenseitige Beeinflussung zweier Bewegungen nicht
stattfinden kann. Die Zeitpunkte und Dauern der einzelnen Steuerphasen können daher
mit größter Genauigkeit festgelegt werden.
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Bei der Anordnung eines derartigen Steuerlenkers gemäß der Erfindung
kann die Größe des linearen Voreilens bei Kurbeltotpunktlage unschwer konstant gehalten
werden. Es kann ebensogut aber erreicht werden, daß die Kurbelstellung bei der Voreinströmung
unveränderlich, daß also der Voreinströmungspunkt absolut konstant ist, ohne daß
dadurch die Konstanz oder Veränderlichkeit der anderen Punkte in Mitleidenschaft
gezogen würde.
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Es ist selbstverständlich, daß zur Regelung der Füllung statt einer
Handregelung auch ein selbsttätiger Regler, z. B. ein Fliehkraftregler, benutzt
werden kann. Bei umsteuerbaren Maschinen arbeitet der Regler zweckmäßig auf einem
Hebel, dessen Drehpunkt bei der Umsteuerung verlegt wird, z. B. derart, daß bei
Vorwärtsgang der Regler an einem einarmigen, bei Rückwärtsgang an einem zweiarmigen
Hebel angreift, dessen anderes Ende an dem Punkt M angelenkt ist. Auf diese Weise
arbeitet der Regler bei Vorwärts-und Rückwärtsgang.
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Die gezeigten Lenkerführungen der zwangsweise
geführten
Punkte können naturgemäß durch starre, kreisbogenförmige Führungen' ersetzt werden
und umgekehrt.