DE543798C - Gestaengelose Schiebersteuerung fuer Dampfmaschinen mit Fuellungs- und Kompressionsregelung - Google Patents

Gestaengelose Schiebersteuerung fuer Dampfmaschinen mit Fuellungs- und Kompressionsregelung

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DE543798C
DE543798C DET37906D DET0037906D DE543798C DE 543798 C DE543798 C DE 543798C DE T37906 D DET37906 D DE T37906D DE T0037906 D DET0037906 D DE T0037906D DE 543798 C DE543798 C DE 543798C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L25/00Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means
    • F01L25/02Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by fluid means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. .
  • 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.
  • Durch die Leitung r-1, welche mit Leitung .1a11 in Verbindung steht, desgleichen durch Leitung r116 tritt Steuerdampf vor und hinter den Pufferkolben e7.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gestängelose Schiebersteuerung für Dampfmaschinen nach Patent 532 659, bei welcher die Schieberbewegung in zwei Stufen erfolgt, deren erste bis zum Dampfabschluß geht und die Füllung erzielt, während die zweite im Beginn den Dampf= anslaß schließt und die Kompression regelt, wobei sowohl die Regelung der Füllung wie die Regelung der Kompression unabhängig voneinander durch besondere, zwangsläufig angetriebene Steuerorgane erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung jedes beliebigem Kompressionsgrades unabhängig von der Kolben- und Schiebergeschwindigkeit die die zweite Bewegungsstufe des Schiebers regelnden zwangsläufig angetriebenen Steuerorgane den Schieber aus der Dampfabschlußstellung zunächst in einer Zwischenstellung führen und in dieser festhalten, in der der Schieber den Dampfein- und -auslaß auf beiden Seiten des Arbeitskolbens absperrt, um dann aus dieser Stellung in seine Endstellung überzugehen. z. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkolben (e5) einen Anschlagkolben (es) trägt, der in dem Hohlraum eines in dem Arbeitsraum (f 6) liegenden Pufferkolbens (e7) arbeitet, welch letzterer durch mittels der Leitungen (r4 und r46) zugeführten Steuerdampf derart bewegt und festgehalten wird, daß durch Antreffen des Anschlagkolbens (e°) gegen den durch Dampf festgehaltenen Pufferkolben (e7) der Schieber in einer Zwischenstellung festgehalten wird, in der er den Dampfein- und -auslaß auf beiden -Seiten des Arbeitskolbens (b) absperrt. 3. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Kompression und Umsteuerung durch einen durch die Leitungen (zi, n') mit den Umsteuerräumen (f, f3) verbundenen Schieber (S4) erfolgt, dem ebenso wie einem zur Füllungsregelung mittels der Leitungen (m, W) an die Umsteuerräume (f-, f2) angeschlossenen Schieber (S3)-,der Steuerdampf durch den mittels Nocken angetriebenen Verteilungsschieber (t') zugeführt wird. 4. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung eines konstanten. Dampfeintritts in den Arbeitszylinder der Steuerdampf unter der Einwirkung eines den Nocken des Verteilungsschiebers (t1) beeinflussenden Reglers bei zunehmender Geschwindigkeit früher, bei abnehmender Geschwindigkeit später in den Umsteüerraum (f7) eintritt, und daß der Steuerdampf für das Bewegungsspiel in der anderen Richtung ebenfalls unter der Einwirkung dieses Reglers wieder austritt.
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