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Einrichtung zur Veränderung der Kompression bei im Gegenstrom arbeitenden
Kolbendampfmaschinen, insbesondere Lokomotivdampfmaschinen Bei Kolbendampfmaschinen,
insbesondere Lokomotivdampfmaschinen, die mit annähernd derselben Füllung mit großen
Unterschieden in der Fahrgeschwindigkeit im Betriebe sind, erhöht sich bei den höheren
Fahrgeschwindigkeiten der Gegendruck beim Ausschieben des Dampfes. Dadurch liegt
der Anfangsdruck der Kompression höher, so daß bei höheren Drehzahlen, aber gleichbleibender
Einstellung der Steuerung der Kompressionsenddruck höher liegt als bei kleineren
Fahrgeschwindigkeiten und sogar den Einströmdruck übersteigt, was sich im Dampfdiagramm
als eine Schleife darstellt. Dies bedingt einen Arbeitsverlust und hat unliebsame
Stöße in der Maschine zur Folge.
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Um zu vermeiden, daß der Kompressionsenddruck den Einströmdruck übersteigt,
hat man versucht, für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten den schädlichen Raum durch
zu-und abschaltbare Räume zu verändern. Dies Verfahren ist jedoch umständlich und
kompliziert die Bauart der Maschine.
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Ein weit einfacherer Weg bietet sich, wenn eine Lokomotivdampfmaschine
mit an den Enden des Zylinders angeordneten Ein- und Auslaßventilen zur Anwendung
kommt, bei der die Ventilspindeln mit Daumenscheiben unter Vermittlung von Zwischenhebeln
betätigt werden. In diesem Falle läßt sich in einfachster Weise der Beginn der Kompression
für hohe Geschwindigkeit dadurch verändern, daß man die am Steuergehäuse gelagerten
Schwingachsen der Zwischenhebel für die Auslaßventile während des Betriebes in bezug
auf den Steuerdaumen für sich verstellbar,anordnet. Die Verstellung der Zwischenhebel
kann von Hand oder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit durch einen Regler
oder bei Maschinen, deren Bremsdruck durch die Fahrgeschwindigkeit geregelt wird,
durch einen von dem Bremsdruck abhängigen Servomotor erfolgen, und zwar derart,
daß bei Geschwindigkeitszunahme die Kompression später und bei Geschwindigkeitsabnahme
früher einsetzt und dadurch bei demselben schädlichen Raum der Kompressionsenddruck
unter dem Einströmdruck für alle Geschwindigkeiten bleibt.
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Um das Wesen der vorliegenden Erfindung zu erläutern, sind auf der
Zeichnung verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an einer Lokomotivdampfmaschine
beispielsweise dargestellt. Im besonderen zeigt Fig. r eine Gesamtanordnung der
auf einer Zylinderseite angeordneten Steuerungseinrichtung im Schnitt.
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Fig. z zeigt ein Druckdiagramm für eine Fahrgeschwindigkeit von So
Stundenkilometer mit eingezeichneter Ventilerhebungskurve für das Auslaßventil.
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Fig. 3 zeigt das Druckdiagramm für die doppelt so große Fahrgeschwindigkeit
bei gleicher Füllung. In diesem Diagramm ist in
gestrichelter Linie-der
Verlauf des Druckes bei Rückgang des Kolbes bei Einstellung
| der Auslaßsteuerung auf halbe bahr.* |
| geschwindigkeit eingezeichnet. Ferner @ü |
| die Ventilerhebungskurven für das Ausl , ; |
| ventil für beide Fälle in strichpunktie% |
Linien angegeben.
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Fig. q. zeigt die bei Fig. i zur Anwendung kommende Verstelleinrichtung
des Zwischenhebels in größerem Maßstabe.
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Fig. 5 und 6 geben zwei weitere Ausführungsformen der Stenerungs-
und der Versteileinrichtung im Schnitt wieder.
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Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsform der Steuerung ist
in einer Parallel zu dem Zylinder i liegenden Bohrung des Zylindergußstückes in
der Mitte dieser Bohrung zunächst ein Einsatzstück 3 angeordnet, das mit zwei axialen
Bohrungen 5 versehen ist; in welche eine Dampfzuleitung q. mündet. An dieses Einsatzstück
schließt sich beiderseits ein weiteres Einsatzstück 6 an, das den Ventilkorb 7 für
das Einlaßventil 8 aufnimmt. Das Einsatzstück 6 wird durch die an den Zylinderstirnflächen
aufgesetzten rohrförmigen Ausströmkasten g in seiner Lage festgehalten. In den Ausströmkasten
g ist der Ventilkorb io für das Auslaßventil ii eingesetzt, der mit seinem inneren
Ende in das Einsatzstück 6 eingreift und sich gegen den Ventilkorb 7 des Einlaßventils
8 stützt. Er wird durch-einen mit dem Ausströmkasten g verschraubten Hohldeckel
12, festgehalten, in welchem die Antriebsorgane für das Ein- und Auslaßventil 8
und i i untergebracht sind.
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Die jeder Zylinderseite zugeordneten Ein-und Auslaßventile bilden
für sich ein Steuerungsaggregat, das von einem einzigen `Antriebsorgan betätigt
wird. Bei dem dar= gestellten Ausführungsbeispiel besteht das Antriebsorgan aus
einem Nocken oder Daumen, der als eine Art Schuh 1311 auf die entsprechend profilierte
Steuerwelle 13 aufgesetzt ist. Dieser Daumen oder Nocken i311 schwingt um die Achse
der Steuerungswelle 13 und wirkt mittels Zwischenhebel 14 und i5 auf das Ein- und
Auslaßventil 8 bzw. i i ein. Die schwingende Bewegung wird den an beiden Zylinderenden
angeordneten Steuerwellen 13 durch außerhalb der Hohldeckel i:2 angebrachte kurze
Arme vermittelt, die durch eine Antriebstange 16 an die Umsteuerung angeschlossen
sind.
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Die Flächen des Daumens oder Nockens i311 wirken mit den Zwischenhebeln
14 und 15 nach Art einer Wälzhebelsteuerung zusammen, so daß sie bei ihrer großen
Breite nur einer äußerst geringen Abnutzung unterliegen und ein stoßfreies Anheben
und Aufsetzen der Ventile herbeiführen, da die Wälzfläche durch den Schwingungsmittelpunkt
geht. Das Schließen der Ein- und Auslaßventile 8 und i i erfolgt durch Dampfdruck,
der auf die>
| :_" nden der Spindel 17 des Einlaßventils 8 da- |
| "'@rch einwirkt, daß sich deren inneres Ende |
| @.ler Bohrung 5 des Einsatzstückes 3 führt. |
| andere Ende der Spindel 17 ragt in das |
`Steuergehäuse 12. Die Spindel 18 des Auslaßventils i i ist hohl und umschließt
die Spindel 17 des Einlaßventils. Die Hohlspindel i8 des Auslaßventils ist in einer
Bohrung ig des Ventilkorbes 7 des Einlaßventils 8 verschiebbar gelagert. Diese Lagerbohrung
ig ist durch eine Längsbohrung sowie durch Ouerbohrungen der Spindeln 17 des Einlaßventils
8 mit den unter Dampfdruck stehenden Lagerbohrungen 5 verbunden, so daß der Dampfdruck
auch auf das hintere Ende der Auslaßventilspindel 18 einwirkt und das Auslaßventil
i i schließt. Da die Hohlspindel i 8 des Auslaßventils i i nicht bis in das Steuergehäuse
12 ragt, dient zu ihrer Betätigung eine hohle Stoßstange 2o, die auf der Hohlspindel
18 gelagert ist und deren eines Ende mit dem Zwischenhebel
15 zusammenarbeitet.
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Der Zwischenhebel 15 ist mit seiner Nabe 23 auf einem Exzenterzapfen
22 gelagert, der im, Steuergehäuse gelagert und außerhalb des Steuergehäuses mit
einem Arm 24 verbunden ist, der durch ein nicht dargestelltes Gestänge beispielsweise
vom Führerstand aus unabhängig von der Hauptsteuerung der Maschine zwischen den
beiden Grenzlagen a und b verstellt werden kann. Dädurch wird auch das Exzenter
und damit die Drehachse des Zwischenhebels Verstellt. Der Zweck dieser Verstellung
ist der, bei gleicher Füllung der Maschine, aber verschiedener Fahrgeschwindigkeit
den Beginn der Kompression entsprechend einzustellen.
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Die Wirkungsweise dieser Einstellvorrichtung soll im folgenden an
Hand der in Fig. 2 und 3 gezeigten Druckdiagramme näher erläutert werden.
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Fig.2 zeigt hierbei das Druck- und Volumendiagramm für eine bestimmte
Füllung bei einer Fahrgeschwindigkeit von 5o Stundenkilometer. Der Arm 24 nimmt
dann die Lage a ein. In dieser Stellung öffnet der Zwischenhebel das Auslaßventil
bei A, während er es bei Rückgang des Kolbens im Punkt C schließt und dadurch den
Beginn der Kompression des noch im Zylinder vorhandenen Dampfes bestimmt. In dem
Schaubild ist dann noch in gestrichelten Linien die Erhebung des Auslaßventils über
den Kolbenweg eingezeichnet.
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Erhöht sich nun beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit bei gleicher
Füllung und gleichem schädlichen Raum um das Doppelte und bleibt die Steuerung unverändert
in der Lage a eingestellt, dann würde infolge der
hei der höheren
Fahrgeschwindigkeit eintretenden höheren Drosselverluste das Schließen des Auslaßventils
im: Zeitpunkte C bei einem höheren Druck erfolgen (vgl. Fig. 2 und 3). Die Folge
davon wäre ein starkes Ansteigen der Kompression über die Eintrittspannung noch
vor dem Totpunkt, wie die gestrichelte Linie in Fig. 3 angibt. Die Folge davon wären
starke Stöße in der Maschine und Leistungsverluste.
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Um dies zu vermeiden, wird der Ann 24 in die Lage h gebracht und dadurch
die Drehachse des Zwischenhebels 15 gegen die Steuerwelle 13 hin bewegt. Dadurch
wird eine negative Überdeckung für den Auslaß eingestellt, so d,aß das Aus.laßventit
früher angehoben und später geschlossen %wird als vor der Verstellung. Durch das
frühere Anheben und spätere Schließen ergibt sich auch ein größerer Winkelausschlag
des Zwischenhebels und damit verbunden eine größere Ventilerhebung, wie dies die
in Fig. 3 eingzzeichneten Ventilerhebungslinien zeigen. Diese beiden Umstände bewirken,
daß der Gegendruck im Zylinder während des Ausschubweges längere Zeit auf geringerer
Höhe gehalten wird und das Drosseln während des Schließens des Auslaßventils erst
später einsetzt. Durch die Verstellung erreicht man daher eine Verschiebung des
Anfangspunktes der Kompression von C nach C (Fig. 3) und damit einen kleineren
Enddruck derselben.
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Die. Verstellung des Zwischenhebels innerhalb seiner Grenzlagen kann
nach einer am Führerstand angebrachten Skala erfolgen, die für die einzelnen Geschwindigkeiten
geeicht ist, so daß der Führer jederzeit die Steuerung nach der momentan gefahrenen
Geschwindigkeit einstellen kann. Auch kann beim Anfahren auf einer großen Steigung
durch diese Verstellung die Kompressionsarbeit verringert werden, um in diesem Fall
möglichst wenig Gegendruck und dadurch eine größere Arbeitsfläche im Druckdiagrainin
zu erhalten.
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In Fig. 5 ist eine andere Art der Verstellung des Drehzapfens 21 des
Zwischenhebels dargestellt, und zwar für eine Maschine, bei der die Steuerwelle
13 in der Mitte des Zylinders liegt und die Ein- und Auslaßventilspindeln in-die
Steuerwellenkammer 25 ragen. Der auf der Steuerwelle 13 sitzende Steuerdaumen steuert
dann abwechselnd -die Ventile beider Zylinderseiten. Die Achsen der Steuerwelle
13 und der Auslaßventilspindeln 28 liegen hierbei in einer Ebene, in der
bei geschlossenen Auslaßventilen auch die Berührungspunkte i zwischen Steuernocken,
Zwischenhebel und Ventilspindeln liegen.
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In diesem Falle sitzen die Drehzapfen 21 der Zwischenhebel 15 an Kulissensteinen
26,. die in Kreisbogenführungen 27 verschiebbar gelagert sind, deren Mittelpunkte
i mit den Berührungspunkten der Zwischenhebel mit dem Steuernocken zusammenfallen.
Die Kulissensteine können durch eine nicht näher gezeigte Einrichtung gemeinsam
nach innen oder außen verstellt werden. Bei der Verstellung der ' Kulissensteine
nach außen schließen die Auslaßventile früher, so daß die =Kompression auch früher
einsetzt. Bei der Verstellung der Kulissensteine nach innen dagegen schließen die
Ventile später, so daß auch die Kompression später beginnt.
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In Fig. 6 ist eine Abart der Steuerung gezeigt, bei der der Antrieb
der Auslaßventilspindeln 28 durch Rolle 29 und Schubkurve 3o erfolgt, wobei die
Rolle 29 an den Zwischenhebeln 15 gelagert ist. In diesem Falle ist die Steuerwelle
13 zwischen der durch die Ventilspindeln gelegten Ebene und den Drehzapfen 2 r der
Zwischenhebel 15 gelagert, und die Drehzapfen a1 der Zwischenhebel sind in
senkrecht zu den Ventilspindeln liegenden Führungen 31 verstellbar angeordnet.
Werden die Zapfen der Zwischenhebel nach innen gegen die Ventilspindeln hin verstellt,
dann kommt die Huhrolle 29 am Zwischenhebel 15 später zum Ablauf, und das Auslaßventil
bleibt länger offen, die Kompression beginnt also später. Bei einer Verstellung
der Zapfen in entgegengesetzter Richtung schließt das Auslaßventil früher, so daß
auch die Kompression früher beginnt.
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Die Verstellung der Drehzapfen kann unabhängig von der Hauptsteuerung
vom Führerstand aus von Hand durch geeignete ObertragungsgliedeT erfolgen oder auch
in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit durch einen Regler.
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Die Einstellung der Zwischenhebel kann aber auch von dem Bremsdruck
abhängig gemacht werden, der bekanntlich mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ansteigt.
Dies kann beispielsweise durch einen Kolben geschehen, der nach Art eines Servomotors
durch ein Gestänge die Schwinghebel verstellt, während die Rückführung der Hebel
in ihre Anfangstage durch eine Feder bewirkt wird.
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Durch diese Einrichtungen kann daher der Kompressionsbeginn abhängig
von der Fahrgeschwindigkeit so eingestellt werden, daß bei allen Geschwindigkeiten
die Kompressionslinie nur bis zum Druck des zugeführten Frischdampfes ansteigt,
ohne den schädlichen Raum durch komplizierte Zuschaltungsräume zu verändern.