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Ventilsteuerung für Kolbendampfmaschinen Gegenstand der Erfindung-
ist eine Ventilsteuereng für Kolbendampfmaschinen, insbesondere Lokomotivdampfmaschinen,
Schiffsdampfmaschinen o. dgl., mit rotierender Steuerwelle, bei der auf der Steuerwelle
axial verschiebbare rotierende Steuernocken angebracht sind, von denen aus die Spindeln
der Steuerventile unmittelbar oder durch Vermittlung von Zwischenhebeln betätigt
werden; und die Füllungsänderungen wie auch die Umsteuerung der Maschine durch,
axiale Verschiebung der Steuerdaumen erfolgen.
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Die bisher bekannten Steuerungen dieser Art haben den Nachteil, daß
die Abnutzung der Steuerdaumen eine sehr große ist, die auch nicht dadurch vermieden
wird, daß man die Steuerfläche der Steuernocken zur Erreichung verschiedener Füllungen
abstuft und die Hubrollen auf diesen Stufenflächen laufen läßt, da in diesem Falle
die Hubrollen nur verhältnismäßig schmal ausgebildet sein können. Abgesehen davon,
hat diese Art der Steuerung den Nachteil, daß die Steuernocken aus einzelnen Scheiben
zusammengesetzt sein müssen, der Steuernocken daher sehr .lang wird und demzufolge
ein großer Umsteuerweg notwendig ist. Außerdem können nur wenig Füllungen gegeben
werden, und es ist beim Übergang von einer Füllung auf die. andere notwendig, ,die
Steuerglieder vom Nocken abzuheben: Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus,
den Steuerdaumen so zu forriien, daß er bei einer bestimmten kleinsten Füllung,
unter der die Dampfmaschine nicht fährt, beispielsweise bei zo-Prozent-Füllung,
schon den vollen Ventilhub einstellt. Man kann daher für alle größeren Füllungen
die äußerste Fläche des Nockens zylindrisch verlaufen lassen und -erreicht dadurch,
da ß die mit dem Steuernocken zusammenarbeitende Gegenfläche bei allen Füllungen
über die ganze Daumenbreite Linienberührung hat. Das Ende der Füllung wird dann
durch die an die zylindrische Nockenfläche sich anschließende schraubenförmige Ablauffläche
bestimmt, an der der abgerundete Rand der an der Ventilspindel oder einem Zwigchenhebel
sitzenden Gegenfläche unter dem Schließdruck des Ventils unter Punktberührung abläuft.
Da, auf die Ventile keinerlei Beschleunigungskräfte mehr einwirken, ist der Druck
an den Berührungspunkten nur klein. Um nun auch noch ein Schleifen der zusammenarbeitenden
Flächen zu vermeiden, ist der Erfindung gemäß die an der Ventilspindel bzw. dem
Zwischenhebel angeordnete Gegenwälzfläche um eine senkrecht zur Drehachse des Nockens
liegende Achse drehbar angeordnet, so daß beim Auflauf die Flächen aneinander, abrollen
und dadurch jede Ab-j nutzimg des Steuernockens vermieden wird. Diese Ausbildung
der ° Steuerung ermöglicht auch, die Auflageflächen breit zu machen und die Flächendrücke
auch beim Eröffnungsvorgang so klein zu halten, daß auch bei langem Dauerbetrieb
praktisch eine Abnutzung des DauMens nicht stattfindet.
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Die drehbare Ausbildung des mit dem Steuernocken zusammenwirkenden
Steuergliedes, beispielsweise in Form eines. drehbaren Pilzesergibt
fernerhin
die Möglichkeit, die Ventil: spindeln iä än sich belkannter Weise von jedem seitlichen.
Druck zu ,entlasten.
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Als riusfühiüngsbeispiel'der Erfindung sindauf- der Zeichnung mehrere
Ausführungsformen der neuen Steuerung dargestellt., Es zeigt Fig. i.einen waagerechten
Schnitt durch das Steuerwellengehäuse in der Ebene, in der die Ventilspindeln liegen,
Fig. 2 einen - Querschnitt zach Linie II-II der Fg. i.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausbildung des.-Einläßsteuernockens in Draufsicht
und größerem Maßstabe, während das Steuergehäuse und :die übrigen Teile im Schnitt
dargestellt sind: Fig. q. ist ein Sclinitt nach Linie IV-IV der Fig. 3. . _ . Bei
der in Fig. i und 2 gezeigten Steuerung liegt das Steuerwellengehäuse z quer zur
Längsachse der Maschine, und. bildet -eine abgeschlossene Kammer 2, in der die Steüerwelle3
längs vetschieblich eingebaut ist.- Auf dieser sind nebeneinander, zwei Steuernöcken
q. und 5 befestigt; von denen der Nocken 4- die Einlaß-. ventilspindeln 6 und der
Nocken 5 die Auslaßventilspindeln 7 betätigt. Jeder Steuernocken besteht aus ,einem
Doppelnocken, von denen der eine für Vorwärtsfahrt, der andere für Rückwärtsfahrt
dient.
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Mit den Steuerflächen .der Nocken wirkt ein pilzartiges Steuerglied
8 zusammen, das. um eine senkrecht zur -Steuerwelle 3 .liegende Achse frei drehbar
ist. Bei der Ausführungsförzn nach Fig. i und Z ist dieses .Glied in einer Bohrung9
der Ventilspindelführung ro drehbar gelagert und topfartig ausgebildet. Die Ventilspindeln
6 und 7 stützen sich in der Mitte der Topfböden ab. Es können daher beirrt- Anhub
der Ventilspindeln auf diese- nur axial gerichtete Kräfte übertragen werden, und
ist das Auftreten von seitlichen Kräften unmöglich: Die Einlaßnocken- sind so ausgebildet,
daß das erste Abheben des Ventils von seinen Sitzflächen und die Überwindung.der
Beschleunigungskräfte durch eine schwach gekrümmte Fläche ä bewerkstelligt wird;
die praktisch wie ein: Wälzhebel"mit dem.Pilz. zusammenarbeitet. Diese Fläche, deren
Erzeugende parallel zur Steuerwellenachse liegen, ._ bestimmt- das - Voreinströmen
des Dampfes in den Zylinder. Sie bleibt für alle Füllungen gleich; erstreckt sich
also über die ganze Länge des -Nockens. Au diese Anhubfläche a schließt sich -eine
zylmdrische Fläche b an, die aber. dann in eine Steilgewindefläche c übergeht; die
in der Fig. 2 durch -Schichtlinien angedeutet ist.
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Das Eröffnen des. Ventils erfolgt durch die wälzhebelartige Wirkung
der Steuerteile ohne Stoß und. ohne Abnutzung der sich abwälzenden Flächen, wobei-
während der ganzen Eröffnungs-. und Füllungsperiode -die, ganze - Stirnfläche
des Pilzes. mit den Steuernocken zusammenarbeitet. Es findet also gerade dann, wenn
die Anhubkräfte der Ventile zu überwinden sind; eine Zinienbeiührung, auf der ganzen
Daumenbreite statt, die - infolge der abwälzenden Bewegung der Steuerflächen ein
sanftes und stoßfreies Anheben ,der-Ventile ergibt.
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Die Füllung ist - beendet, - sobald der abgerundete Rand mit :der
abfallenden Schraubenfläöhe c zur Anlage kommt.. Beim Entlanglaufen an dieser Fläche
wird er daher in Drehung versetzt und rollt an dieser Fläche bis zum Schluß des
Ventils ab. Der Schließdruck des Ventils braucht hierbei nur so groß zu sein, um
die Berührung der Steuerteile aufrechtzuerhalten. Er kann durch eine Schließfeder,
durch Dampf qder Druckluft erzeugt werden.
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Auch der Aüslaßnockeri 5 ist in ähnlicher Weise ausgebildet, nur mit
dem Unterschiede, daß ädie .Steilgewämdefläche. durch eine. zylindrische Fläche
ersetzt ist. Er könnte aber zwecks ,Änderung rdes- Kompressionsbeginns ebenfalls
mit einer abfallenden Fläche versehen sein.
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Die Ein- und Auslaßnocken sind in der üblichen Weise als Doppelnocken
ausgebildet, von denen die einen q. und 5 -für Vorwärtsfahrt und die - anderen q.'
und 5' -für Rückwärtsfahrt bestimmt sind.
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Der Doppelnocken läßt sichweiterhin dadurch vereinfachen, ' daß man
die kleinste Fülleng, bei der die Maschine läuft: und das. Ventil voll öffnet, gleich
dem Vorausströmen macht. Der Einlaßsteuerdaumen erhält dann die in Fig. 3 in Vordeiansieht
gezeigte Ausbildung, :bei der die Steuerfläche b; die den ,vollen Ventilhub einstellt,
beiderseits durch parallel zur Achse liegende Kanten f und g begrenzt wird, die.an,den
Enden nach entgegengesetzten Seiten -hin abbiegen, wobei diese Abbiegungen in -derselben
Zylinderfläche liegen. An .diese abgebogenen Kanten schließt sich dann die schraubenförmige
Ablauf-. flache e an, die in die das Voreinatrömen bestimmende Fläche ä übergeht:
Mit diesem Steuerdaumen arbeitet -der Pilz 8 zusammen, der auf . ganzer Breite während
.des Voreinströmens und während der Füllperiode auf den entsprechenden Steuerflächen
aufruht und nur beim Schduß der Ventile auf den Ablaufflächen c abrollt.
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Bei der, in Fig-: -3 gezeigten Ausführungsform der Steuerung ist der
Pilz-8 in einem zwischen dem Steuernocken und -dem Ventilspindelende angeordneten,
ain !Gehäuse :i schwingbar gelagerten Zwischenhebel m eingebaut; der als Übersetzungshebel
dient und verhindert, .daß seitliche ,Kräfte auf.die Ventilspindeln einwirken können.
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-- Die Steuerwelle 3 dreht -sich -bei -der Vorwärtsfahrt in der einen
Richtung, beider Rückwärtsfahrt
in der anderen Richtung, wobei
je nach der Größe der axialen Verstellung des Steuernockens, die in der Drehrichtung
nacheilende abgebogene Begrenzungskante der Fläche b das Ende der Füllung bestimmt.
Bei dieser Ausbildung des Steuerdaumens, die besonders für Lokomotivdampfmaschinen
zweckdienlich ist, die oft umgesteuert werden, wird der Verstellweg der Steuerung
klein. Die Verstellung der Steuerwelle 3 und damit der Steuernocken erfolgt durch
einen im Steuergehäuse i gelagerten Stellhebel 12, der mit Zapfen 13 zwischen zwei
Bunde 3' der Steuerwelle 3 eingreift. Der Stellhebel 13 kann von dem Führerstand
aus verstellt werden, wobei die Steuerwelle mit dem Steuernocken zusammen mit dem
Lager in der Achsrichtung verschoben werden. Selbstverständlich kann die Stelleinrichtung
auch anders ausgebildet sein. Insbesondere kann die Verstellung auch durch ein auf
einen Kolben einwirkendes Druckmittel erfolgen.