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Gestängelose Schiebersteuerung für Dampfmaschinen mit Füllungs- und
Kompressionsregelung Das Hauptpatent betrifft Dampfmaschinen mit gestängelosem Schieber,
bei denen an iedem Ende des Schiebers ein Differentialkolben, d. h. je ein kleiner
und ein größerer Kolben vorgesehen ist, die in entsprechenden Räumen des Schiebergehäuses
arbeiten und dabei den eigentlichen Steuerschieber be@,%vegen. Die Zuleitung des
Dampfes zu den Differentialkolben bzw. ihren Umsteuerräumen erfolgt hierbei in der
Weise, daß die Bewegung des Steuerschiebers in zwei Stufen zerlegt wird. Die Zuführung
des auf die Differentialkolben des Steuerschiebers wirkenden Dampfes sowohl in der
ersten Bewegungsstufe zwecks Regelung der Füllung des Arbeitszylinders wie auch
in der zweiten Bewegungsstufe zur Regelung der Kompression imArbeitszylinder geschieht
durch besondere gesteuerte Ventile, Schieber o. dgl.
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Hierbei setzt nun die Kompression auf der nicht beaufschlagten Kolbenseite
erst ein, «renn der Steuerschieber nach Beginn der zweiten Bewegungsstufe den Dampfauslaß
abgeschlossen hat. Dementsprechend ist die Kompression zeitlich auf die Zeitspanne
vom Augenblick dieses Abschlusses bis zum Erreichen des Endes der Bewegung des Hauptschiebers
beschränkt. Daraus ergibt sich, daß die Kompression von der Schieber- und Kolbengeschwindigkeit
abhängig ist, so daß sich nur kleinere Kompressionsgrade erzielen lassen.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann nun jeder beliebige Kompressionsgrad
unabhängig von der Schieber- und Kolbengeschwindigkeit erzielt werden. Zu diesem
Zweck wird die zweite Bewegungsstufe des Steuerschiebers, in der er aus der Dampfabschlußstellung
in seine Endstellung gelangt, unterteilt, und zwar dergestalt, daß der Steuerschieber
zunächst in eine Stellung gebracht wird, 'in der er sowohl den Dampfeinlaß auf der
beaufschlagten Arbeitskolbenseite wie auch den Dampfauslaß auf der nicht beaufschlagten
Kolbenseite abschließt, um dann nach kürzerem oder längerem Verweilen in dieser
Stellung den Rest seiner :Bewegung bis zu seiner Endstellung zurückzulegen. Es ist
klar, daß durch diese Regelung der Schieberbewegung in der zweiten Bewegungsstufe
nicht nur jeder beliebige Kompressionsgrad erzielt werden kann, sondern auch einem
zu frühen Dampfeintritt mit Sicherheit vorgebeugt ist.
Eine Ausführungsform
dieses Erfindungsgedankens ist in den beiliegenden Fig. i bis 3 in verschiedenen
Stellungen veranschaulicht, Der Steuerschieber hat hier im wesentlichen die gleiche
Gestalt wie nachdem Hauptpatent. Auf der Stange d sitzen die beiden Schieberkörper
dl und d2 sowie die Differentialkolben e, e1, e2, e3, die in den Umsteuerräumen
f,
f1, f', ß des Schiebergehäuses c arbeiten. Der Arbeitszylinder a weist
die Schlitze d3 und d4 auf, die sowohl zum Dampfein- und -auslaß dienen. Die Dampfzuführung
zum Arbeitszylinder a erfolgt bei E zwischen den Schieberkörpern! dl, d2, während
der Abdampf durch die Öffnungen Al, AZ an beiden Enden des Schiebergehäuses c entweicht.
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Zur Regelung der Füllung und der Kompression sind abweichend von der
Darstellung des Hauptpatents Schieber vorgesehen, und zwar dient der Schieber S3
zur Regelung der Füllung, indem er durch die Leitungen in, in' mit den Umsteuerräumen
f l, f 2 des Steuerschiebers verbunden ist und abwechselnd Dampf in diese
Räume eintreten läßt.
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An den Schieber S4 sind die zu den Umsteuerräumen f, f j führenden
Leitungen n, n1 sowie der Auslaß r12 angeschlossen, so daß durch Bewegung dieses
Schiebers die Kompression geregelt wird. Die Schieber S3 und S4 sind durch eine
Leitung r13 miteinander verbunden. Der Dampfverteilungsschieber tl ist an die Frischdampfzuleitung
V angeschlossen und mit dem Auspuff r1° versehen und steht mit dem Schieber S4 durch
die Leitungen r14 und r11 -in Verbindung.
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Der Antrieb der Regelschieber S3 und S4 sowie des Dampfverteilungsschiebers
t1 findet hier durch Schrägnocken, i, 2, 3 statt, die man sich durch Aneinanderreihen
einer großen Anzahl Exzenterscheiben mit verschiedenen Voreilwinkeln entstanden
denken kann. Die Änderung der Füllung und Drehrichtung wird durch Verschieben dieser
mit der Steuerwelle w auf Drehung gekuppelten Nocken derart bewirkt, daß .die Regelschieber
durch Exzenter von den der jeweiligen Füllung oder Kompression entsprechenden Voreilwinkeln
angetrieben werden. Mit Rücksicht auf die axiale Verschiebung der Nocken müssen
diese mit ballig ausgeführten Rollen, Kugeln oder Steuerungspilzen an den Kolbenstangen
der drei Schieber S3, S4 und t1 zusammenarbeiten.
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Um nun zur feineren Kompressionsregelung gemäß der Erfindung die zweite
Bewegungsstufe des Steuerschiebers zu unterteilen, ist der Pufferkolben eli des
Hauptpatents mit einem Anschlagkolben, e° ausgerüstet, der seinerseits in einem
zweiten fliegend angeordne" ten Pufferkolben e7 arbeitet. Letzterer hat einen größeren
Durchmesser äls der sich in dem Raum f5 bewegende Pufferkolben er, und bewegt sich
in einem sich unmittelbar an diesen Raum; f 5 anschließenden Raum f des Schiebergehäu@ses
c. In das rechte Ende des Raumes f 7 mündet eine Leitung rlc, .die an dem D,ampfverteilungsschieber
t1 angeschlossen ist und an diesem abwechselnd mit der Frischdampfleitung h und
dem Dampfauslaß r1° in Verbindung gebracht wird. Der durch die Leitung r4 in ,den
Schieberraum f' eintretende Steuerdampf beaufschlagt auch gleichzeitig die linke
Seite des Pufferkolbens e7. Die Beaufschlagung der linken Seite des Pufferkolbens
es im Raum f 5 erfolgt mittels einer Längsbohrung r17 der Schieberstange d, die
an beiden. Enden des Schiebers Öffnungen aufweist, so daß z. B. nach Fig. i der
in den Umsteuerraum f eingeführte Steuerdampf durch diese Bohrung e17 in den Raum
f 5 strömen kann. Der Frischdampf ist in den Fig. i his 3 mit einer gestrichelten,
der Abdampf mit einer strichpunktierten Linie angedeutet.
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Die Wirkungsweise dieser Steuerung ist folgernde: In. Fig. i befindet
sich der Steuerschieber in der rechten Endstellung, in welcher der Frischdampf durch
den Dampfkanal a4 hinter den Arbeitskolben b treten kann. Die Pufferkolbem e5 und
e7 befinden sich gleichfalls in der rechten Endlage, wobei die linke Fläche des
Pufferkolbens e5 über die Leitung y17 mit Frischdampf beaufschlagt wird, der dem
Umsteuerraum f -durch die Leitung n vom Schieber S4 zugeführt wird. Die Steuerleitungen
r4, nl und rlc, stehen über die Schieber S4 und t1 mit dem Auspuff r1° in Verbindung,
so daß der Pufferkolben e7 vom unmittelbaren Dampfdruck entlastet ist. Die Pufferkolben
e5 und e7 verharren auch in dieser Stellung, wenn der Steuerschieber aus der Endstellung
in die erwähnte Dampfabschl.ußstellung übergeht. .
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Um nun in einem bestimmten Zeitpunkt die Kompression beginnen zu lassen,
steuert der Regelschieber S4 durch die Leitung n1 Frischdampf in den Umsteuerraum
f 3 und durch die Leitung r4 hinter den Pufferkolben e5, während zu gleicher Zeit
der Umsteuerraum f durch die Leitung ü über den Schieber S4 durch den Auslaß y12
entlüftet wird. Die durch die resultierende Dampfkraft bewirkte Weitersteuerung
des Steuerschiebers kann nur so weit erfolgen, bis nach dem Abschluß des Dampfkanals
a4 durch den Schieberkörper d2 ;der von dem Steuerschieber mitgenommene Pufferkolben
eu mit seinem Anschlagkolben es sich gegen den durch Steuerdampf festgehaltenen
Pufferkolben e7 legt (Fig. 2). Einer Weiterbewegung des Steuerschiebers über diese
Zwischenstellung hinaus, in welcher der Dämpfeintritt nach dem Zylinder noch nicht
geöffnet ist, vielmehr beide Dampfkanäle
a°, 114 geschlossen sind,
wird dadurch begegnet, daß die mit Steuerdampf beaufschlagte Fläche des Pufferkolbens
e7 größer ist als die Summe der Flächen der Kolben e' und e-". Erst durch Beaufschlagen
der rechten Seite des Pufferkolbens e7 durch Steuerdampf über Leitung r1111 wird
ein Übergehen des Hauptschiebers in die Endstellung möglich (Fig.3). Bei der Rückwärtsbewegung
des Schiebers aus der Stellung der Fig.3, die den Arbeitskolben b in der linken
Enidstellung zeigt, in diejenige der Fig. r spielen sich die folgenden Vorgänge
ab: Der Frischdampf tritt aus der Eintrittsöffnung E durch Dampfeinlaßkanal 113
hinter den Kolben b, während. der verbrauchte Dampf auf der anderen Kolbenseite
.durch Schlitz 114 nach dem Auspuff AZ entweicht. Der Steuerschieber wird in dieser
Stellung durch den im Umsteuerraum f wirkenden: Steuerdampf, der durch Leitung 1a11
vom Schieber S4 kommt, kraftschlüssig festgehalten. Wie aus den Fig. 3 und i ersichtlich
ist, sind die Leitungen z1111 bzw. in in der Endstellung des Schiebers nicht
von den Steuerkolben e3 bzw. e überdeckt, so daß in Fig. 3 auch Steuerdampf in die
Leitung m11 strömen kann. Da jedoch die Leitung zra'11 durch den Schieber S3 abgedeckt
wird, kann der Steuerdampf nicht entweichen. Der Vorteil dieser Anordnung .der Steuerkanäle
besteht darin, daß die Steuerkolben e und e3 in der Länge kürzer ausfallen und hierdurch
am Gewicht des Schiebers gespart wird.
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Durch die Leitung r-1, welche mit Leitung .1a11 in Verbindung steht,
desgleichen durch Leitung r116 tritt Steuerdampf vor und hinter den Pufferkolben
e7.
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Um die Füllung auf der linken Seite des Arbeitskolbens b zu beenden,
öffnet der Schieber S3 die Steuerleitung m und gestattet den Eintritt des Steuerdampfes
in den Umsteuerraum f. Hierdurch erfolgt, wie vorhin erläutert, eine Vorsteuerung
des Steuerschiebers, bis Kolben d11 den Einlaßkanal a-' abgeschlossen hat und .der
Anschlagkolben e4 sich an den Pufferkolben e5 anlegt. Der Steuerschieber hat nunmehr
seine Dampfabschlußstellung erreicht. Zum Zwecke der Kompression steuert dann Schieber
S4 durch Leitung y11 Frischdampf hinter den Steuerkolben e
bzw. in den Umsteuerraum
f, welcher durch die Leitung r17 in der Schseberstange hinter den Pufferkolben eli
gelangt, während der Steuerdampf aus Umsteuerraum f 3 durch Leitung 0 über Schieber
S4 nach dem Auspuff r16 entweicht. Der Steuerschieber wird nun durch diese Druckentlastung
noch ein weiteres Stück nach rechts gesteuert, wodurch der Auslaßkanal114 geschlossen
wird. Die Stellung des Steuerschiebers nach dem Abschluß des Auslaßkanals 114 Liegt
fest. da der Anschlagkolben e5 sich gegen den größeren Anschlagkolben e' anlegt.
Das ist die Zwischenstellung .der zweiten, die Kompression regelnden Bewegungsstufe
des Steuerschiebers, in der der Dampfeinlaß und -auslaß auf beiden Seiten des Arbeitskolbens
b abgeschlossen ist. Die Leitung r116 steht in diesem Zeitpunkt noch unter Frischdampf,
während die linke Seite des Kolbens e7 durch Leitung r4 mit dem Abdampf verbunden
ist. Durch. diesen Druckunterschied wird ein Weitersteuern des Hauptschiebers vermieden,
bis im Totpunkt des Arbeitskolbens b der Dampf hinter dem Pufferkolben e7 durch
Leitung r11; nach dem Auspuff entweicht, so daß der Steuerschieber wieder die in
Fig. i dargestellte Stellung erreicht.
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Um bei allen Kompressionsgraden gleichen Dampfeintritt zu erreichen,
wird der Dampfverteilungsschieber t11 derart gesteuert, daß er kurz vor den Totpunktstellurngen
des Arbeitskolbens bdie rechte Seite des Pufferkolbens e' über Leitung r111 entsprechend
mit Frischdampf beaufschlagt oder entlüftet.
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Da die Überdeckungen des Schieberkörpers dl und d2 nach dem Dampfeintritt
E in der zweiten Zwischenstellung nur gering sind, ergibt sich für einen größeren
Geschwindigkeitsbereich bei gleichem Zeitpunkt des Offnens und Schließens des Schiebers
t11 ein praktisch konstanter Dampfeintritt. Liegt die Geschwindigkeitsänderung in
den bisher nicht normalen Grenzen, so kann durch eine der je-
weiligen Drehzahl
entsprechende Verstellung des Nockens 3 mittels eines kleinen Reglers jeder gewünschte
Dampfeintritt mit Genauigkeit erlangt werden.
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Durch entsprechende Vereinigung der Verstellhebel für die Regelung
der Füllung und der Kompression lassen sich bei verschiedenen Füllungen auch entsprechende
Kompressionsgrade erreichen. Andererseits ist die Füllungsänderung auch ohne Veränderung
der Kompression möglich, desgleichen eine Regelung der Kompression allein während
der Fahrt. Um recht hohe Kompressionsgrade zu erzielen, brauchen die Abmessungen
der Schieber dl, d2 nur so verändert zu werden, daß z. B. der Abschluß des Dampfauslasses
mit dem Beginn der Expansion zusammenfällt. Mit größer werdenden Füllungen würden
die Kompressionen kleiner werden.