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Einrichtung zum Umschalten von Zwillings- auf Verbundbetrieb und umgekehrt
bei Mehrzylinderdampfmaschinen von Fahrzeugen Von einem neuzeitlichen Dampftriebwagen
verlangt man zur Erzielung einer hohen Reisegeschwindigkeit eine große Anfahrbeschleunigung.
Zu diesem .Zwecke ist vorgeschlagen worden, die für den Regelbetrieb ausgelegten
und hierbei mit Verbundwirkung arbeitenden Antriebsmaschinen beim Anfahren mit Frischdampffüllung
in allen Zylindern (Drillings-bzw. Zwillingswirkung) zu betreiben.
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Will man auch während des Anfahrens beim Arbeiten mit Zwillingswirkung
eine einigermaßen wirtschaftliche Ausnutzung des Dampfes erzielen, so muß man mit
kleiner Füllung arbeiten, um den Verlust infolge unvollständiger Dampfdehnung auf
ein Mindestmaß zu beschränken. Andererseits muß aber die Maschine sofort nach dem
Umschalten auf den Regelbetrieb mit seiner Verbundwirkung mit größter Füllung arbeiten,
damit die Anlage gut ausgenutzt wird und beim Übergang der Abfall in der Zugkraft
nicht zu stark ist.
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Die beim Übergang von Zwillings- auf Verbundwirkung notwendige Füllungsverstellung
von Hand vorzunehmen, bereitet Schwierigkeiten. Denn die beim Anfahren- mit hoher
Beschleunigung für das Umschalten zur Verfügung stehende Zeit ist nur gering, und
außerdem muß der Fahrzeugführer beim Ausfahren aus dem Bahnhof seine volle Aufmerksamkeit
der Strecke und ihren Signalen widmen, darf also möglichst nicht durch Beobachtung
von Instrumenten u. dgl. abgelenkt werden. Das gilt besonders für Fahrzeuge mit
Einmannbedienung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
bei welcher der Führer des Fahrzeuges beim Anfahren nur einen Fahrschalter (Geber)
ganz auszulegen braucht und sich die rechtzeitige Umschaltung von Zwillings- .auf
Verbundbetrieb sowie die Füllungsverstellung selbsttätig abspielt.
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An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigt Abb. i die schematische Darstellung der Maschinenanlage des Fahrzeuges
mit der Steuerung der Antriebsmaschine und der Umschaltvorrichtung, Abb. 2 in größerem
Maßstabe schematisch die dampfmäßige Schaltung der Antriebsmaschine.
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Ein Schnelldampferzeuger i (Abb. i) steht über eine Leitung 2 mit
einem Aauptabsperrglied 3 in Verbindung, von dem eine Leitung 4 zur Antriebsmaschine
5 des Fahrzeuges führt. Das Hauptabsperrglied 3 steht mit einem Kolben 59 in fester
Verbindung, der in einem Zylinder 6o gleitet und unter der Wirkung einer Feder 61
steht. Die Antriebsmaschine 5 des Fahrzeuges arbeitet beim Regelbetrieb als Verbundmaschine
und besteht aus einem Hochdruckzylinder 6 und zwei parallel geschalteten Niederdruckzylindern
7 (Abb. 2). Die Dampfmaschine 5 ist mit einer Stephenson-Steuerung ausgerüstet (Abb.
i). Die auf der Kurbelwelle 8 der Maschine 5 sitzenden Exzenter
greifen
an einer Kulisse 9 an, die -von einer noch zu erläuternden Steuereinrichtung über
ein Gestänge io verstellt wird.
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Für die Steuereinrichtung der Maschine dient Preßluft als Impulsträger.
Diese ist:.h@ einem Sammelbehälter i i aufgespeichert, ge, dein sie über eine Leitung
12 einem Druck regler 13 (,Geber) zugeführt wird. Der Druckregler
13 erlaubt, den Druck in der Steuerleitung 14 stufenlos zii erhöhen oder
abzusenken oder auf unveränderlicher Höhe zu halten. Zur Einstellung des Druckes
dient ein Schalthebel 15. Von der Steuerleitung 14 zweigt eine Leitung 62
ab, die zwischen dem Ventil 3 und dem Kolben 59 in den Zylinder 6o mündet. In die
Steuerleitung 14 ist ein Umschalthahn 16 zur Wahl der Fahrtrichtung eingeschaltet,
der eine Leitung 17 mit dem vom Druckregler 13 kommenden Stück der Steuerleitung
1.4 zii verbinden vermag. Beide Leitungen 14 und 17 sind an einen Zylinder
18 angeschlossen, in dein ein Kolben ig gleitet (Empfänger). Die in Abb. i rechte
Seite des Kolbens i9 vermag bei der gezeichneten Stellung des Umschalthahnes 16
unter den Druck der Steuerleitung 14 gesetzt zu werden. Die linke Seite des Kolbens
i9 steht Tiber die Leitung 17 und einen Kanal 20 des Umschalthahnes 16 mit
der Atmosphäre in Verbindung. Zur übertragung der Bewegungen des Kolben-, i 9 des
Empfängers 18 auf das Gestänge io dient ein Hebel 21 unter Zwischenschaltung eines
Verstärkers (Servomotor) 22. Mine durch einen lfotor 23 angetriebene Pumpe 24 sorgt
für das vom Verstärker 22 benötigte Drucköl; 25 ist die Druckleitung. 26 die Saugleitung.
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Die Dampfmaschine 5 ist in Abb. 2 aus Gründen der Einfachheit als
eine Anlage mit einem Hochdruckzylinder 6 und einem Niederdruckzylinder 7 dargestellt.
(Es kann natürlich auch eine Maschine mit mindestens dreifacher Dampfdehnung im
Regelbetrieb Verwendung finden.) Der Zuführung des Dampfes dient die schon erwähnte
Frisclidampfleitung 4. Beim Regelbetrieb gelangt der Dampf von dort zunächst in
den Schieberkasten 27 des Hochdruckzylinders 6. Nach seiner Arbeitsleistung im Hochdruckzylinder
6 strömt er über eine Leitung 28 zu einem Aufnehmer 29 und gelangt weiter über ein
gückschlagventil 30 und eine Leitung 31 in den Schieberkasten 32 des
Niederdruckzylinders 7. -Nach Entspannung in diesem geht der Dampf schließlich über
eine Abdampf leitung33 in einen nicht dargestellten Kondensator oder ins Freie.
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Damit beim Anfahren mit Zwillingswirkung gearbeitet werden kann, ist
eine Umgehungsleitung 34 vorgesehen, die eine Verbindung der Frischdampfleitung
4 mit dein Schieberkasten 32 des Niederdruckzylinders 7 erlaubt. In diese Umgehungsleitung
34 ist ein federbelastetes Ventil 35 eingebaut. Außerdem ist Fein Kanal
36 vorgesehen, der die Verbindung äts Aufnehmers 29 mit der Abdampfleitung33
*eeinöglicht. In den Kanal 36 ist ein Zylinder 37 eingeschaltet, in dem ein Schieber
38 gleitet, der auf einer Seite durch eine Feder 39 belastet ist. Der Zylinder 37
besitzt zwei Reihen Schlitze 40 und 41, und sein einer Endraum 42 ist über eine
Leitung 43 mit dem Aufnehmer 29, sein anderer Endraum 44 über eine Leitung 45 mit
dem Kanal 31 verbunden, der vom Aufnehmer 29 zu dem Schieberkasten 32 des
Niederdruckzylinders 7 führt.
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Beiderseits des Kolbens i9 des Empfängers (Abb. i) sind Schraubenfedern
46, 47 angeordnet, von denen jede in einer Hülse 48, 49 liegt, die aus ineinanderschiebbaren
Teilen besteht. Mit ihrem einen Ende stützen sich die
Federn 46, 47 gegen
einen dem Kolben i9 zugekehrten Rand der Hülse 48, 49, mit ihrem anderen Ende gegen
den Deckel 5o, 51 des Zylinders i g, an dem die Hülse 48 bzw. 49 befestigt ist.
Bewegungen des Kolbens i9 aus
der in Abb. i dargestellten Mittellage haben
zur Folge, daß lediglich die in der Kolbenbahn liegende Feder gespannt wird, die
andere jedoch ihre Spannung nicht ändert. In der,
Mittelstellung (Ruhestellung)
ist der Kolben i9 durch die Feder 46, 47 nicht belastet. Von der Mitte des Zylinders
18 geht ein Kanal 52 aus, der über ein Ventil 53 und Öffnungen 54 eine Verbindung
des Inneren des Zylinders 18 mit der Atmosphäre gestattet. Zur Steuerung des Ventils
53 dient eine Regeleinrichtung, die aus einem Zylinder 55 besteht; in dem ein mit
dem Ventil 53 fest verbundener und unter der Wirkung einer Feder 56 stehender Kolben
57 gleitet. An den Zylinder 55 schließt unterhalb des Kolbens 57 eine Leitung 58
an, die den unteren Teil des Zylinders 55 mit der Umgehungsleitung 34
ver-
bindet.
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In der dem Anfahren vorangegangenen Zeit ist der Verdampfer i auf
hohen Druck, z. B. auf das Doppelte des Regeldruckes, aufgeladen worden (Aufladedruck).
Zunächst wird das Hauptabsperrventil 3 geöffnet, damit der Antriebsmaschine 5 des
Fahrzeuges Frischdampf zuströmen kann. Die Betätigung des Ventiles 3 kann gesondert,
z. B. durch einen be-
sonderen Geber 13, oder auch mit demselben Geber
13 erfolgen, mit dem die Maschinensteuerung (Füllung) bewirkt wird. Die Leitung
4 zur Maschine 5 steht dann unter dem hohen Aufladedruck. Dadurch wird das Ventil
35 (Abb. 2) entgegen der Kraft der das Ventil 35 belastenden Feder geöffnet,
so daB außer dem Schieberkasten 27 des Hochdruckzylinders 6 Tiber die Leitung
34 auch der
Schieberkasten 32 des Niederdruckzylinders 7 unter diesem
Druck steht. Der hohe Frischdampfdruck pflanzt sich auch über die Leitung 58 in
den Zylinder 55 (Abb. i) fort und schiebt den Kolben 57 entgegen der Kraft der Feder
56 nach oben, so daß sich das Ventil 53 von seinem Sitz abhebt und den Kanal 52
über die Öffnungen 5.4 mit der Atmosphäre verbindet.
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Zum Anfahren betätigt der Führer des Fahrzeuges durch Drehen des Schalthebels
15 den Geber 13 und stellt dadurch, daß er den Hebel 15 soweit wie möglich gegen
den Uhrzeigersinn dreht, den größtmöglichen Luftdruck in der Steuerleitung 1.1 ein.
Unter diesem Druck würde die Füllung der Maschine den höchstzulässigen Wert annehmen,
und es würde der Kolben i9 des Empfängers in seine äußerste Stellung nach links
in Abb. i verschoben werden, falls das Ventil 53 geschlossen wäre. Da dies aber
nicht der Fall ist, strömt die Druckluft durch den Kanal 52 ab, sobald die rechte
Kante des Kolbens 19 den Kanal 52 freigibt. Der Kolben ig kann also dann
nicht weiter nach links in Abb. i geschoben werden. Die Höhe des Kolbens ig ist
so gewählt, daß die sich beim Überströmen einstellende Lage des Kolbens ig über
das Gestänge 21, io und den Verstärker 22 gerade die gewünschte kleine Füllung der
Maschine einstellt.
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Der beim Anfahren in der Leitung 34 herrschende Aufladedruck bewirkt
ferner, daß das Rückschlagventil 30 (Abb. 2) geschlossen wird, da im Aufnehmer 29
ein tieferer Druck als in der Leitung 34 herrscht. Aus dem gleichen Grunde bewegt
sich der Schieber 38 nach links in die in Abb. 2 gezeichnete Lage und gestattet
somit, daß der Abdampf des Hochdruckzylinders 6 über die Leitung 28, den Aufnehmer
29, den Kanal 36 und die frei liegenden Schlitze 40, .41 des Zylinders 37 in die
Abdampfleitung 33 des Niederdruckzylinders 7 überströmen kann.
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Wenn nunmehr infolge der beim Anfahren erfolgenden hohen Dampfentnabme
aus der Speicherung des Verdampfers i der Frischdampfdruck absinkt, beginnt das
Ventil 35 allmählich zu schließen, und der Druck in der Leitung 34 sinkt infolge
der Drosselung stärker ab als der FrischdampfdruclZ so daß die Kraft der Feder
39 im Verein mit dem zwar tiefen Druck im Aufnehmer 29 bald ausreicht, um
den Kolbenschieber 38 nach rechts in Abb. 2 zu bewegen, und das Rückschlagventil
30 öffnet. Damit wird die Verbindungsleitung 36 zwischen dem Aufnehmer
25 und der Abdampfleitung 33 geschlossen. Der Dampf aus dem Hochdruckzylinder
6 muß deshalb nunmehr über das Rückschlagventil 30 in den Schieberkasten
32 des Niederdruckzylinders 7 strömen. Infolgedessen arbeitet die Maschine 5 in
Verbundwirkung, allerdings zunächst noch mit geringem Zusatz von gedrosseltem- Frischdampf,
da die Umsteuerung schon erfolgt, bevor das Ventil 35 ganz geschlossen ist.
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Beim Einstellen der Verbundwirkung herrscht in der Umgehungsleitung
34 etwa der Aufnehmerdruck. Dieser Druck, der über die Leitung 58 auf den Kolben
57 (Abb. i) des Regelgliedes übertragen wird, sinkt also auch ab und reicht nicht
mehr aus, den Kolben 57 entgegen der Kraft der Feder 56 in der bisherigen Lage zu
halten. Das Ventil 53 wird vielmehr allmählich geschlossen, und der hohe, unveränderlich
gebliebene Luftdruck in der Steuerleitung 14 verschiebt jetzt den Kolben ig in seine
äußerste Lage nach links in Abb. i. Diese Kolbenbewegung stellt über das Gestänge
21, io und die Verstärkereinrichtung 22 selbsttätig die größte Füllung bei der jetzt
herrschenden Verbundwirkung ein.
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Bei entgegengesetzter Fahrtrichtung des Fahrzeuges wird lediglich
der Hahn 16 umgeschaltet, so daß das vom Geber 13 kommende Stück der Steuerleitung
14 nunmehr mit der Leitung 17 verbunden ist und das zwischen dem Hahn 16 und dem
Zylinder 18 befindliche Stück der Leitung 14 unter Atmosphärendruck steht; im übrigen
bleibt die Wirkungsweise der Anlage unverändert.
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Im vorstehenden wurde davon ausgegangen, daß zuerst das Hauptabsperrventil
3 geöffnet wird und daß erst dann die Steuerung der Maschine durch den Geber 13
beeinflußt wird. Es ist aber auch die umgekehrte Reihenfodgeoder, wie beimAusführun:gsbeispiele
der Erfindung, die gleichzeitige Betätigung möglich. Dabei wird die Steuerung der
Maschine 5 durch weitest mögliches Schwenken des Hebels 15 voll ausgelegt und dadurch
das Hauptabsperrventil 3 über die Leitung 62 geöffnet. Durch Verringerung des Schwenkwinkels
des Hebels 15 wird hierbei eine Drosselung des Hauptabsperrv entiles 3 und eine
Verkleinerung der Füllung der Maschine 5 erzielt.
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Statt Luft als Impulsträger für den Geber 13 kann auch eine tropfbare
Flüssigkeit dienen.