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Steuerung für doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen
Steuerungen für doppelt wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen, bei denen
der als Differentialkolben ausgebildete Steuerschieber durch aus dem Arbeitszylinder
entnommenes Treibmittel bewegt wird, sind bekannt.
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Diese durch das Fehlen einer besonderen, vom Kolben des Arbeitszylinders
betätigten Hilfssteuerung gekennzeichneten Schiebersteuerungen zeigen den Nachteil,
daß der Steuerschieber bei niedrigem Treibmitteldruck leicht in der Mittelstellung
liegenbleibt, wodurch ein unbeabsichtigtes Stehenbleiben der schwungradlosen Kolbenkraftmaschine
bedingt ist.
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Dieser allen bisher bekannten Steuerungen dieser Art anhaftende Übelstand
hängt damit zusammen, daß der Steuerschieber selbsttätig vor Erreichung seiner Mittelstellung
den Eintritt des Steuerdampfes in den großen Differentialsteuerraum unterbricht.
Steht nur geringer Treibmitteldruck im Arbeitszylinder zur Bewegung des Schiebers
zur Verfügung und sind besonders beim Artstellen der Kolbenkraftmaschine die Steuerräume
des Schiebers noch kalt, dann ist nach Abschluß des Steuerraumes in diesem infolge
'von Kondensations- und Undichtigkeitsverlusten nicht mehr genügend Treibmitteldruck
vorhanden, um die Umsteuerung durch Dehnung des eingeschlossenen Treibmittels zu
beenden.
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Erfahrungsgemäß setzt außerdem die Bewegung selbsttätig gesteuerter
Schieber sofort ein, sobald die Umsteuerkräfte die Reibungswiderstände um ein geringes
Maß überstiegen haben. Da leicht gehende Steuerschieber schon durch geringen, im
Steuerraum wirkenden Treibmitteldruck schnell beschleunigt werden und demzufolge
den Zutritt des Treibmittels in die Steuerkammer rasch abschließen, wird in dieser
nicht immer der erforderliche volle Druck des dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels
zur Wirkung gelangen können, um stets ein sicheres Überschreiten der Schiebermittelstellung
zu gewährleisten.
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Wie aus der in Abb. r veranschaulichten Mittelstellung eines Steuerschiebers
der gekennzeichneten Art hervorgeht, ist es nicht möglich, die Verbindung des die
Schieberbewegung einleitenden großen Umsteuerraumes mit dem Arbeitszylinder bis
nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers aufrechtzuerhalten, da bei der erforderlichen
symmetrischen Ausbildung des Steuerschiebers und der Anordnung der Steuerkanäle
auch eine frühere, der jeweiligen Bewegung des Schiebers aber entgegenwirkende Beaufschlagung
des entsprechenden Umsteuerraumes der anderen Seite mit Treibmittel von gleichem
Druck erfolgen würde.
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Eine Umsteuerung dieser vorsteuerungslosen Schieber kann nur unter
bestimmten Verhältnissen, z. B. höherem Druck, dadurch erzwungen werden, daß der
Steuerdampfzutritt in die Differentialkammer schon beträchtlich vor der Mittelstellung
des Schiebers abgeschlossen wird, und daß durch Anordnung eines verhältnisn.äßig
großen
Volumens der Steuerkammer für einen nur geringen Druckabfall des Druckmittels in
der Kammer nach Abschluß derselben Sorge getragen ist.
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Der frühere Abschluß der jeweils arbeitenden Differentiahimsteuerkammer
hat auch eine entsprechend spätere und hinter der Mittelstellung des Schiebers liegende
Verbindung der anderen Steuerkammer mit dem. Arbeitszylinder zur Folge, wodurch
aber andererseits das in der betreffenden Steuerkammer bereits abgeschlossene Steuermittel
während eines längeren Schieberweges verdichtet wird.
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Bei gut abschließenden Schieberringen wird dieser nur allmählich ansteigende
Verdichtungsdruck die Bewegung des Schiebers günstig dämpfen. Tritt jedoch unter
dem Einfluß zu starker Undichtigkeiten, die praktisch nicht zu vermeiden sind, ein
höherer Druckanstieg in dem komprimierenden Umsteuerraum ein, so ist die Umlegung
des Schiebers in Frage gestellt.
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Besonders ungünstig beeinflussen die erwähnten Verhältnisse den Umsteuervorgang
eines für eine Verbundkolbenkraftmaschine durchgebildeten Schiebers, dessen jeweils
nicht arbeitende Differentialumsteuerräume mit Treibmittel von veränderlichem Aufnehmerdruck
beaufschlagt sind. Zwecks Erzielung genügend starker Umsteuerkräfte erfordern diese
in den Steuerkanunern stets über der Auspuffspannung liegenden Treibmitteldrücke
nicht nur eine beträchtlich größere Bemessung der wirksamen Steuerflächen, sondern
können auch durch sehr rasch ansteigende Verdichtung in den Umsteuerräumen die resultierende
Umsteuerkraft herabmindern, wenn nicht gar aufheben.
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Um alle diese Übelstände zu beseitigen, das heißt unter allen Betriebsverhältnissen
mit Sicherheit ein Stehenbleiben des Schiebers in einer Zwischenstellung zu vermeiden,
besteht die vorliegende Erfindung im wesentlichen darin, daß durch Anordnung von
zum Hauptsteuerorgan relativ beweglichen Endsteuerkolben, welche von dem Hauptschieber
durch Anschlag oder durch vom gleichen Hauptschieber gesteuertes Treibmittel bewegt
werden, erst nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers einerseits die Zuleitung
des aus dem Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels in den die Schieberbewegung
einleitenden Umsteuerraum unterbrochen wird und andererseits später die die jeweilige
Schieberbewegung bremsende Verbindung des entsprechenden Umsteuerraumes am anderen
Schieberende mit dem Arbeitszylinder erfolgt.
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Gemäß der Erfindung wirkt also bis über die Mittelstellung des Schiebers
hinaus der volle Druck des jeweils im Arbeitszylinder befindlichen Treibmittels
auf die das Steuerspiel einleitenden Differentialkolben. Im Gegensatz zu den bisher
bekannten Steuerungen dieser Art hat man es außerdem durch Wahl des Schieberhubes
und Bemessung des Spieles zwischen Hauptschieber und Umsteuerkolben in der Hand,
die aus dem Zusammenarbeiten der beiden Differentialkolben sich ergebende resultierende
Umsteuerkraft bestimmter Größe beliebig weit über die Mittellage des Schiebers hinaus
wirken zu lassen.
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Wird der nicht beaufschlagte Differentialumsteuerraum durch eine in
den relativ zum Hauptschieber beweglichen Umsteuerkolben angeordnete Entlüftungsmuschel
bis zur erfolgten Umsteuerung der Kolbenkraftmaschine entlüftet, dann ist unter
allen Betriebsverhältnissen ein stets sicheres Umlegen des vorliegenden vorsteuerungslosen
Schiebers erreicht.
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Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in der Möglichkeit
einer Verkleinerung des Schieberdurchmessers, ohne im Vergleich zu .den bekannten
Schiebern dieser Art eine wesentliche Verringerung der Umsteuerkräfte in Kauf nehmen
zu müssen. Infolge der beweglich angeordneten Umsteuerkolben wird beim Eintritt
des Steuerdampfes in den großen Umsteuerraum zu Beginn der Umsteuerungsbewegung
fast der ganze den größten Schieberdurchmesser entsprechende Querschnitt zur Wirkung
gelangen, während bei den bisherigen Schiebern der gekennzeichneten Bauweise nur
eine um den Querschnitt der Umsteuerkolben geringere Fläche zur Beaufschlagung zur
Verfügung steht.
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Die Erfindung ist in den Abb. 2 bis 12 in mehreren Ausführungsbeispielen
und in Anwendung auf verschiedene Arten von schwungradlosen Kolbenkraftmaschinen
schematisch dargestellt.
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Abb.2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei einer doppelt wirkenden
Einzylindermaschine. Die an den Enden des Hauptschiebers beweglich vorgesehenen
Endsteuerschieber sind als Schleppschieber durchgebildet.
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Abb. 3, q. und 5 stellen entsprechende Stellungen einer gleichen Ausführungsform
der Steuerung für eine doppelt wirkende Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine
in Tandemanordnung dar.
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Abb. 6, 7 und 8 veranschaulichen eine andere Ausführungsform des vorliegenden
Erfindungsgegenstandes wiederum für eine doppelt wirkende Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine
in Tandemanordnung. Die Endsteuerkolben sind an den Enden des Hauptschiebers fliegend
angeordnet.
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In den Ausführungen der Erfindung nach den Abb. g bis ix ist die Lage
der in den Endsteuerkolben angeordneten Entlüftungsmuschel zum Zwecke der Entlüftung
der großen Umsteuerräume in verschiedenen Stellungen ersichtlich; während zum Schluß
Abb.
12 eine Ausbildung des Steuerschiebers zeigt, welche die in den vorangegangenen
Abb. 2 bis 12 dargestellten Formen der Erfindung vereinigt.
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In Abb. 2 bewegt sich in dem Arbeitszylinder a der Kolben b, dem das
Treibmittel über das Schiebergehäuse c durch die EinlaBkanäle a3, a4 zugeführt wird.
Der als Differentialkolben ausgebildete Steuerschieber d ist hohl und besteht aus
den Kolbenteilen e1, dl, d2 und e2. Zwischen den Schieberkolbenteilen e1
und dl gelangt das Treibmittel durch die Zuführungsleitung E, das Schiebergehäuse
c und durch im Schieber vorgesehene Schlitze a1 in das Innere des Hauptsteuerorgans.
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Die Beaufschlagung der unteren Kolbenseite mit Druckmittel erfolgt
durch Bohrungen a2, welche im Schieberkörper zwischen den Schieberteilen d'-' und
e° angeordnet sind. Die Schieberkolbenteile dl, d2 und e= haben gleiche Durchmesser,
während der Steuerkolben e1 im Durchmesser kleiner ausgeführt ist, um durch Bildung
einer Differentialfläche, auf welche frisches Treibmittel wirkt, zu erreichen, daß
der Verteilungsschieber zwecks sicheren Ansprin&ens der Maschine beim Anstellen
des Treibmittels stets in eine Öffnungsstellung gelangt.
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Die einander zugekehrten Innenflächen der Kolben ah und d'2 steuern
den Austritt des verbrauchten Treibmittels aus dem Arbeitszylinder über die Auspuffleitung
k ins Freie.
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Die Enden des Hauptschiebers d laufen in stangenförmige Ansätze e4
und e' aus, welche auf ihnen beweglich angebrachte Steuerschiebere und e3 tragen.
Auf den Ansätzen e1 und el sind mittels Konus, Gewinde und Mutter, kleine Anschlagkolben
e5 und e$ befestigt, die sich in entsprechenden Führungen der Steuerkolben e, e3
dampfdicht bewegen und durch Anordnung in diesen ein bestimmtes, zwischen Hauptschieberkörper
und Endsteuerkolben axiales Bewegungsspiel von ungefährer Schieberhubhälfte festlegen.
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Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, werden die Endsteuerkolben in
der einen Bewegungsrichtung des Hauptsteuerorgans durch Treibmittelkräfte an dieses
herangedrückt und von ihm mitgenommen, während in der anderen Richtung der Anschlagkolben
entsprechend dem Spiel ungefähr in der Mittelstellung des Hauptschiebers dessen
Bewegung zwangsläufig auf die Endsteuerkolben e, e3 überträgt.
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In bekannter Weise sind die Umsteuerräume F, F3 durch Leitungen aa,
aal mit den entsprechenden Haupteinlaßkanälen a3, a4 nach dem Zylinder verbunden,
und zwar münden die Leitungen at, aal in die Steuerkammern F, F3 derart ein, daß
sie zwecks Pufferung der Schieberbewegung in der Endstellung der Steuerkolben von
diesen überdeckt werden.
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Zur Entnahme des Steuertreibmittels aus dem Arbeitszylinder dienen
die Fülleitungen na, nal, welche vom Arbeitskolben gesteuert werden und an die großen
Umsteuerräume F1, F2 angeschlossen sind. Diese letzten Räume F1, F= werden durch
die mit der Auspuffleitung k verbundenen Kanäle o1, o2 entlüftet, welche der Hauptschieber
im Verlaufe seiner Bewegung freigibt. Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende:
In der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform der Steuerung für eine doppelt wirkende
Einzylindermaschine befindet sich der Arbeitskolben am Ende seiner Arbeitsbewegung
im unteren Totpunkt und hat die Fülleitung m; freigelegt. Der Differentialkolbenschieber
d ist in der Mittellage gezeichnet, da er durch Beaufschlagung des linken Umsteuerraumes
F2 mit Treibmittel aus dem Arbeitszylinder a bereits den Zutritt des Frischdampfes
über Kanal aß in den Zylinder ca unterbrochen haben muß.
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Die Steuerkammer F steht auch jetzt noch durch die mit dem Einlaßkanal
a3 verbundene Leitung n unter dem Druck des noch im Arbeitszylinder befindlichen
Treibmittels und bedingt hierdurch ein festes Anliegen des Endsteuerkolbens e an
den Hauptschieberkolben ei, zumal bei Beginn der Schieberbewegung der Raum F1 über
Leitung o1 mit dem Auspuff k in Verbindung gestanden hat.
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Während also der rechte Endsteuerkolben e durch die Treibmittelbeaufschlagung
im Verlaufe der Schieberbewegung von der linken Endstellung heraus bis in die Mittellage
mitgeführt worden ist, wird jedoch der linke Endsteuerkolben e3 ebenfalls durch
Treibmittelbeaufschlagung so lange in der Endlage verharren, bis ihn der Anschlagkolben
des Hauptschiebers zwangsläufig mitnimmt.
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Beträgt das in der Endstellung des Hauptschiebers zwischen dem Anschlagkolben
e$ und dem Endsteuerkolben e3 axiale Spiel wie in der nach Abb.2 veranschaulichten
Ausbildungsform den halben Schieberhub, so findet auch noch nach Überschreiten der
Mittelstellung des Schiebers eine Beaufschlagung des linken Umsteuerraumes F2 mit
Treibmittel aus dem Arbeitszylinder statt, bis der vom Hauptschieber mitgenommene
Endsteuerkolben e3 den Zuführungskanal ml überdeckt.
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In dieser Stellung hat aber bereits der Hauptschieber einerseits den
Kanal a3 nach dem Auspuff geöffnet, andererseits ist auch der Zutritt von frischem
Treibmittel unter den Arbeitskolben d freigegeben, so daß hierdurch die Aufwärtsbewegung
des letzteren beginnen kann. Das unter dem Kolben b strömende frische Treibmittel
gelangt durch Leitung n1 in den Umsteuerraum F3 und beendet die Umsteuerbewegung
des Schiebers, da in dieser Schieberstellung der entsprechende Umsteuerraum F über
Leitung n und den Zylinderkanal a3 unter Auspuffspannung steht. Erst kurz vor Erreichung
der
rechten Schieberendlage wird die nach dem Zylinder a führende Steuerleitung
nz vom Endkolben e freigelegt und damit der Umsteuerraum F1 mit aus dem Arbeitszylinder
bereits nach dem Auspuff abströmendem Treibmittel beaufschlagt.
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Das Absinken des Treibmitteldrucks im Umsteuerraum F2 hat während
des geschilderten Steuervorganges bewirkt, daß der linke Endsteuerkolben e3 unter
Einwirkung des auf ihn lastenden frischen Treibmittels an den Schieberkolbenteil
e2 gedrückt worden ist, um in dieser kraftschlüssigen Verbindung mit dem Hauptschieber
dessen Bewegungen beim Steuerspiele in entgegengesetzter Richtung mitzumachen.
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Sowohl das Mitnehmen der Endsteuerkolben durch die Anschlagkolben
zu Beginn der Schieberbewegung als auch das Anlegen der Endsteuerkolben gn den Hauptschieber
am Schluß der Schieberbewegung erfolgt ohne harten Schlag, der durch beim Aufeinandertreffen
der Teile gebildete Treibmittelpuffer vermieden wird. Zu diesem Zweck greifen vorstehende
Ringansätze des Schieberkörpers in entsprechende Aussparungen der Endsteuerkolben
hinein, in welchen Treibmittel verdichtet wird.
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Durch entsprechende Bemessung des zwischen den Endsteuerkolben und
den Anschlagkolben angeordneten Verschiebungsspieles läßt sich die Beaufschlagung
des die Schieberbewegung einleitenden Umsteuerraumes beliebig weit über die Mittelstellung
des Schiebers hinaus unter Vermeidung einer zu- frühen, die Schieberbewegung nur
hemmenden Verbindung des entsprechenden Umsteuerraumes der anderen Seite mit dem
Arbeitszylinder durchführen. Um unter allen Umständen - ein sanftes Arbeiten zwischen
Anschlagkolben und Endsteuerkolben zu erreichen, wird ein Spiel zweckmäßig sein,
welches größer ist als der halbe Schieberhub, damit zwecks Entlastung der Endsteuerkolben
schon vor dem Auftreffen der Anschlagkolben mit Frischdampf beaufschlagt ist. Das
Steuermittel gelangt zu diesem Zweck z. B. durch kleine, angeordnete Zweigleitungen
m', ml' der Steuerleitungen n, n1 in die Steuerkammer (vgl. Abb. 6).
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Bei der in den Abb. 3 bis g veranschaulichten Verwendung der neuen
Steuerung an einer doppelt wirkenden Zweizylinder-Verbundkolbenkraftmaschine in
Tandemanordnung dient in an sich bekannter Weise zur Vermittlung der Überströmung
des Treibmittels vom Hochdruckzum Niederdruckzylinder und zur Steuerung des Treibmittelauslasses
ein in der Mitte des Schiebers angeordneter Steuerkolben d". Die Durchbildung der
anderen Teile der Steuerung ist die gleiche, wie oben beschrieben, bis auf die Anordnung
der Entlüftungsleitungen o1 und o2. Um ein Umsteuern des Schiebers zu ermöglichen,
müssen die großen Umsteuerräume F1, F2, deren Treibmittelinhalt an der Dehnung des
Treibmittels teilnimmt, mit den Arbeitsräumen des Niederdruckzylinders a,N derart
verbunden werden, wie es aus den Abbildungen ersichtlich ist. In der in Abb. 3 dargestellten
Lage von Arbeitskolben und Steuerschiebern tritt frisches Treibmittel über den Hochdruckkolben
bH, während das im unteren Raum des Hochdruckzylinders bereits ausgenutzte Treibmittel
über den Hauptschieber nach dem oberen Arbeitsraum des Niederdruckzylinders expandiert
und das verbrauchte Treibmittel unterhalb des Niederdruckkolbens über den Kanal
as nach dem, Auspuff k entweicht.
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Der Hauptschieber wird mit den beweglich angeordneten Endsteuerkolben
in der gezeichneten Stellung durch das Treibmittel selbst festgehalten, welches
durch die Leitung m in den Umsteuerraum F gelangt. Im unteren Totpunkt gibt der
Hochdruckkolben bH die Leitung ml frei und beaufschlagt den linken Umsteuerraum
F2 mit Treibmittel. Der entsprechende Umsteuerraum F1 steht dann unter dem Druck
des bereits expandierten Treibmittels, welches gleichfalls durch die Verbindungsleitung
ml hinter dem Endsteuerkolben e3 wirkt. ' . Nach Eintritt des Treibmittels in den
Umsteuerraum F2 wird in bekannter Weise der Hauptschieber nach rechts getrieben,
während der Treibmittelunterschied in den Steuerkammern. F2 und F3 den Endsteuerkolben
es in der linken Endstellung festhält.
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Dieses anfängliche Liegenbleiben des Endsteuerkolbens es ergibt eine
nicht unwesentliche Vergrößerung der wirksamen Steuerfläche und damit der Umsteuerkraft,
deren hoher Betrag gerade zu Beginn der Schieberbewegung gegenüber den bekannten
Differentialkolbenschiebern von gleich großen Durchmessern als Vorteil anzusehen
ist.
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Abb. q. zeigt die Stellung des Schiebers, in welcher einerseits gerade
die Zuleitung des Steuermittels nach dem Umsteuerraum F1 durch den vom Anschlagkolben
e8 mitgenommenen Endsteuerkolben e3 unterbrochen wird, andererseits jedoch eine
Umsteuerung der Haupteinlaßkanäle nach dem Zylinder schon stattgefunden, hat, so
daß die Arbeitskolben bereits aufwärts getrieben werden können. Vernachlässigt man
die Massenkräfte des Schiebers, so werden im ersten Augenblick der Bewegungsumkehr
der Arbeitskolben die Steuerungskanäle vom Schieber noch nicht ganz freigelegt sein,
da beide Umsteuerräume F1, F2 im weiteren Verlauf der Schieberbewegung mit dem oberhalb
des Hochdruckzylinders befindlichen Treibmittel gefüllt werden. Auch die Umsteuerräume
der Endsteuerkolben stehen noch in diesem Augenblick unter fast gleichem Treibmitteldruck,
der jedoch in dem Umsteuerraum F sofort beim Eintritt
der Bewegung
der Arbeitskolben infolge der damit verbundenen Dehnung des Treibmittels sinkt.
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Entsprechend dem Gange der Kolbenkraftmaschine wird also der Schieber
früher oder später durch eine von der Dehnung des Treibmittels bestimmte Umsteuerkraft
endgültig in die betreffende Endstellung getrieben. Die hierdurch bedingte anfängliche
und dann abnehmende Drosselung des in den Hochdruckzylinder eintretenden und des
nach dem Niederdruckzylinder überströmenden Treibmittels erzielt nicht nur einen
stoßfreien Hubwechsel, sondern auch einen ruhigen, nach der Hubmitte hinzu durch
Freigabe größerer Kanalquerschnitte hervorgerufenen beschleunigten Gang der Kolbenkraftmaschine.
Diese allmählich zunehmende und gegen Hubende wieder abnehmende Geschwindigkeit
der Arbeitskolben wird sich z. B. günstig auf die Arbeitsweise von Pumpenventilen
auswirken.
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Auch ist durch die geschilderte Wirkungsweise des Steuerschiebers,
dessen Triebkräfte gleichermaßen vor Erreichung der Endstellung gering werden, den
bekannten harten Anschlägen dieser Schieber vorgebeugt, besonders noch, wenn die
Endsteuerkolben frühzeitig die Steuerkanäle n, n1 überschleifen und Treibmittel
von schon verhältnismäßig hohem Anfangsdruck verdichten.
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Der linke Endsteuerkolben e3 wird mit sinkendem Treibmitteldruck im
Umsteuerraum F2 infolge der Dehnung des aus dem Hochdruckzylinder nach dem Niederdruckzylinder
strömenden Treibmittels allmählich durch den im Umsteuerraum F3 wirksamen Druck
frischen Treibmittels an den Hauptschieberkörper e2 getrieben, wie es Abb. 5 darstellt.
Diese Abb. 5 zeigt den Hauptschieber mit den Endsteuerkolben in der rechten Endlage
des Schiebers, aus welcher im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens der beschriebene
Steuervorgang in entgegengesetzter Richtung von neuem beginnt.
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Während bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Abb. 2 bis
5 die beweglichen Endsteuerkolben nach Überschreiten der Mittelstellung des Hauptschiebers
von diesem zwangsläufig mitgenommen werden, veranschaulichen die Abb. 6 bis 8 eine
andere Ausbildungsform des Erfindungsgedankens, die sich im wesentlichen durch eine
allein kraftschlüssige Steuerung der Endsteuerkolben kennzeichnet. Die ebenfalls
an den Enden des Hauptschiebers angeordneten Endsteuerkolben sind als Differentialkolben
ausgebildet und werden durch vom Hauptschieber gesteuertes Treibmittel aus der einen
Endlage in die andere bewegt. Der sonst wie oben durchgebildete Hauptschieber d
trägt an seinen Enden stangenförmige Verlängerungen e1°, e1'=, welche in entsprechende
Bohrungen der fliegend angeordneten Endsteuerkolben e, e3 greifen. Letztere sind
aus zwei verschieden großen Kolben zusammengesetzt, von denen die außenliegenden,
e11, e13, den größeren Durchmesser aufweisen. Die hierdurch gebildeten Differentialräume
stehen durch Leitungen o3, o4 dauernd mit dem Auspuffkanal k in Verbindung. Von
den an die Hochdruckzylindereinlaßkanäle a3, ct4 angeschlossenen Steuerleitungen
st, n1 führen zwei Kanäle n', n1' geringeren Querschnittes hinter die Endsteuerkolben
e, e3, wie es die Abbildungen veranschaulichen.
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Die Wirkungsweise dieser Ausbildungsform der Erfindung ergibt sich
wie folgt: Beim Einlassen des Treibmittels in das Schiebergehäuse c wird der auf
die von den Steuerkolben dl und ei gebildeten Differentialfläche wirkende Überdruck
den Schieber in die in Abb. 6 dargestellte Lage drücken. Der Zylinderraum oberhalb
des Hochdruckkolbens erhält durch den freigelegten Einlaßkanal a3 frisches Treibmittel,
welches gleichzeitig über den Steuerkanal n nach dem Umsteuerraum F11 gelangt und
den rechten Endsteuerkolben an den Hauptschieberkörper herantreibt. Da der Treibmitteldruck
in dem Umsteuerraum F11 im Verlaufe des ganzen Arbeitshubes die gleiche Höhe behält,
muß der Endsteuerkolben e während dieser Zeit die Bewegungen des Hauptschiebers
zwangsläufig mitmachen.
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Das Treibmittel unterhalb des Hochdruckkolbens bH strömt wieder expandierend
über den Schieber nach dem Niederdruckzylinder av. Im unteren Totpunkt angekommen,
gibt der Hochdruckkolben, wie bekannt, die Steuerleitung ntl frei und beaufschlagt
den linken Differentialumsteuerraum F2 mit frischem Treibmittel. Zur selben Zeit
steht der entsprechende Umsteuerraum F1 unter Aufnehmertreibmittel, dessen Druck
infolge verrichteter Arbeitsleistung im Niederdruckzylinder fast der Atmosphärenspannung
gleichkommt. Das in dem Umsteuerraum F2 auf den ganzen Steuerschieberquerschnitt
wirkende frische Treibmittel überwindet die anderen mit Treibmittel von Verbinder-
und Eintrittsspannung beaufschlagten Schiebeflächen, so daß eine Bewegung des Schiebers
nach rechts erfolgt. Der linke Endsteuerkolben e3 bleibt hierbei so lange in der
linken Endlage, durch Treibmittelkräfte festgehalten, liegen, bis der Hauptschieber
die Mittellage überschritten hat und durch Beaufschlagung der Steuerleitung n1 mit
frischem Treibmittel die Bewegung des Endsteuerschiebers nach rechts einleitet.
Infolge der ständigen Entlüftung der durch die Kolben e13 und e3 gebildeten Differentialfläche
ist nach der von dem Hauptschieber selbst überwachten Beaufschlagung des Endsteuerkolbens
mit frischem Treibmittel ein Abschluß des UmsteuerraumesF2 nach dem Zylinder während
des Steuervorganges gewährleistet.
Gestattet der Schieber, wie in
Abb. .7 dargestellt ist, schon nach Überschreiten der Mittellage durch die freigelegte
Entlüftungsleitung o2 ein Überströmen von Hochdruckzylindertreibmittel nach dem
Niederdruckzylinder, so ist dieses belanglos, da in dieser Schieberstellung der
Hochdruckeinlaßkanal a3 ebenfalls schon mit der betreffenden Arbeitsseite des Niederdruckzylinders
in Verbindung steht. Nach Überschreiten der Mittellage des Schiebers ist die Umsteuerung
der Kolben gesichert, bis der Schieber, wie bei der Ausführung nach Abb. 3 bis 5,
den Rest seiner Bewegung durch den auf die Endsteuerkolben wirkenden frischen Treibmitteldruck
zwecks Freigabe der ganzen Steuerquerschnitte vollendet.
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Durch entsprechende Vergrößerung des Schieberhubes und Wahl des in
der Mittelstellung des Schiebers zwischen letzterem und dem Endsteuerkolben befindlichen
Spieles hat man ein Mittel in der Hand, die Verbindung des jeweils nicht arbeitenden
Umsteuerraumes mit dem Arbeitszylinder erst nach Freilegung der vollen Steuerquerschnitte
herzustellen. Auf diese Weise würde bis zur Vollendung des wichtigsten Teiles der
Schieberbewegung eine Umsteuerkraft zur Verfügung stehen, welche den ihr bei der
Einleitung des Steuerspieles erteilten Höchstbetrag ungefähr beibehält.
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Abb.8 zeigt den Steuerschieber mit den Endkolben in der rechten Endlage.
Der Arbeitskolbensatz bewegt sich nach oben, und zwar schon mit großer Geschwindigkeit,
da die Steuerkanäle ganz geöffnet sind.
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Neben einer billigen Herstellung hat diese Bauart gegenüber der nach
den Abb. 3 bis 5 den Vorteil, daß durch die Undichtigkeit der größeren Kolben ei',
e13 der Endsteuerkolben durch Vorschaltung der Entlüftungen o3, o¢ kein Druckanstieg
in den Umsteuerräumen eintreten kann, welcher der Bewegung des Schiebers entgegenwirkt.
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Die Abb. 9 bis 12 stellen weitere Ausbildungsformen des vorliegenden
Erfindungsgegenstandes dar, durch welche die wiederum beweglich angeordneten Endsteuerkolben
auch die. Entlüftung der gerade nicht arbeitenden Schieberumsteuerräume überwachen
und regeln.
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Die in Abb.7 wiedergegebene Stellung des Steuerschiebers läßt nämlich
erkennen, daß das im Umsteuerraum F1 befindliche Treibmittel nach Überdeckung der
Entlüftungsleitung o1 durch den Schieberkolben e1 verdichtet wird. Übersteigen die
Undichtigkeiten des Schiebers ein gewisses Maß, so erfolgt ein rascher Druckanstieg
des eingeschlossenen Treibmittels, der die Umsteuerbewegung hindert.
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Um auch diesen Nachteil zu vermeiden, münden bei den Ausführungsarten
der Erfindung nach den Abb. 9 bis i2 die Entlüftungsleitungen t1, t' an den Enden
des Schiebergehäuses c in die Umsteuerräume und führen über Kreuz zu dem Steuergehäuse
des auf der anderen Schieberseite befindlichen Endsteuerkolbens.
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Die Endsteuerkolben e, e3 sind mit Ringnuten y1, r2 versehen, welche
in den Endstellungen dieser Kolben die Entlüftungsleitungen t1, t2 mit nach dem
Niederdruckzylinder führenden Leitungen s1, s2 verbinden sollen. Aus Abb. 9 ist
ersichtlich, daß der rechte Umsteuerraum F1 durch Leitung t1 über die Ringnut r2
des Endsteuerkolbens e3 sowie durch die Leitung s1 mit dem oberen Zylindereinlaßkanal
a5 des Niederdruckzylinders in Verbindung steht, während die Entlüftungsleitung
t2 in der rechten Endstellung des Endsteuerkolbens e durch die Ringnut.vl, die Leitung
s=, den linken Umsteuerraum F2 mit dem Raum unterhalb des Niederdruckkolbens verbindet
(vgl. Abb. ix).
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Die Wirkungsweise der Steuerung mit dem zur Entlüftung dienenden Ringnuten
y1, 1,2 der Umsteuerkolben ist folgende: In der in Abb. 9 veranschaulichten linken
Stellung der Schieber tritt das Treibmittel durch den Kanal a3 über den Hochdruckkolben
bH und hält das gesamte Schiebersystem in bekannter Weise durch Beaufschlagung des
rechten Endsteuerkolbens e kraftschlüssig fest. Wie bereits beschrieben, steht der
rechte Umsteuerraum F1 über Leitung t1, Ringnut y2, Leitung s1 mit dem Niederdruckzylinder
in Verbindung und hat somit im Totpunkt der Kolben einen Treibmitteldruck in Höhe
der Expansionsendspannung.
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Setzt die Bewegung des Steuerschiebers bei dem Eintritt des aus dem
Arbeitszylinder entnommenen Treibmittels in den UmsteuerraumF'= ein, dann bleibt
die Verbindung des rechten Umsteuerraumes F1 mit dem Niederdruckzylinder so lange
aufrechterhalten, bis auf bekannte Art der Hauptschieber nach Überschreiten der
Mittellage die Abschlußbewegung des linken Endsteuerkolbens bewirkt hat. Da sofort
nach Durchsteuern der Mittellage des Schiebers der Einlaßkanal a5 des Niederdruckzylinders
nach dem Auspuff k geöffnet wird, wie es Abb. io zeigt, findet gleichzeitig eine
Entlastung des Umsteuerraumes Fl statt, die eine unbedingt sichere Vollendung der
Schieberbewegung zur Folge hat. Schließt der Endsteuerkolben e3 durch seine Bewegung
die Kanäle il und in' ab, dann wird nicht nur die Verbindung des Umsteuerraumes
F1 mit dem Auspuff unterbrochen, sondern auch die zwischen dem UmsteuerraumF2 mit
dem Hochdruckzylinder befindliche aufgehoben, so daß durch den Endsteuerkolben gleichzeitig
in einer Bewegung die wichtigsten Funktionen der Hauptumsteuerräume F1, F2 überwacht
und gesichert werden.
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Läßt man die die Schlußbewegung der Endkolben bewirkenden Leitungen
-it, n1 besonders vom Hauptschieber steuern, dann kann die
Beaufschlagung
und Entlüftung in jeder Weise beliebig durchgeführt werden. Um einen Treibmittelverlust
zu vermeiden, muß aber die Leitung s1 vom Endsteuerkolben e3 bereits abgedeckt sein,
wenn die Leitung na nach dem Umsteuerraum F1 freigelegt wird. Das den Umsteuerraum
F1 kurz vor der Endlage des Schiebers auffüllende Treibmittel vermindert wieder
die Umsteuerkraft des Schiebers, da-sich in den Hauptumsteuerräumen die gleichen
Treibmitteldrücke befinden und der Schieber nur durch die kleinen Differentialkolben
weiterbewegt wird. Die restlose Dämpfung der Schieberbewegung wird wie bei den Ausführungsformen.
nach den vorangegangenen Abbildungen durch Kompression von Treibmittel erreicht.
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Abb. =i gibt die Lage der Schieber zueinander wieder, nachdem die
Umsteuerbewegung restlos durchgeführt ist. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens
und der im oberen Totpunkt eingeleiteten Linksbewegung des Schiebers wird entsprechend
dem bisher beschriebenen Steuervorgang der Schieberraum F2 über die Leitung t2,
Ringnut A und Leitung s2 nach dem Niederdruckzylinder entlüftet.
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Die zur Regelung der Entlüftung der Umsteuerräume F1 und F2 dienenden
Ringnuten r1, r2 können selbstverständlich auch mit gleichem Erfolg in der eingangs
der Erfindung beschriebenen Schleppschieberausführung vorgesehen werden.
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Abb. 12 ist zum Schluß eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
welcher die Bauarten der bisher beschriebenen Formen der neuen Steuerung zusammenfaBt.
Die Endsteuerkolben sind als Differentialkolben ausgebildet und stehen durch Entlüftungsleitungen
04, 03 mit dem Abdampf in Verbindung. Die weitere Ausbildung des Endsteuerkolbens
als Schleppschieber bedingt den Vorteil, daß infolge des zwangsläufigen Abschlusses
der Kanäle s1, s2 durch die vom Hauptschieber mitgenommenen Endsteuerkolben kein
Treibmittelverlust stattfinden kann, da der Umsteuerraum F1 nicht mehr mit dem Auspuffkanal
in Verbindung steht, sobald durch die Schieberbewegung der Kanal m von dem Steuerkolben
e freigegeben wird.
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Bei der Ausbildung des Steuerschiebers als Schleppschieber ist zu
beachten, daß das etwa in dem Steuerkolben angesammelte Kondenswasser nicht beim
Steuervorgang komprimiert werden kann, damit nicht der Endsteuerkolben zu früh vom.
Hauptschieber mitgenommen wird. Ein reichliches Spiel zwischen der Schieberstange
e1°, e12 einerseits und den Steuerkolben e, e3 andererseits oder eine besonders
angeordnete Entwässerungsnut wird diesem Mangel abhelfen.
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Gegenüber den Ausführungen der Erfindung nach den Abb. 3 bis g wird
es zweckmäßig sein, die Endsteuerkolben durch dichtende Abschlußdeckel v1, v2 zu
schließen, wodurch es ermöglicht wird, die Anschlagkolben von verhältnismäßig kleinem
Durchmesser ohne Ringe auszuführen. Der nach den Umsteuerräumen eventuell strömende
Undichtigkeitsdampf wird auf diese Weise noch weiter beträchtlich vermindert.