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Fernsteuerung für insbesondere mit Schiebersteuerung ausgerüstete
Antriebsmaschinen von Dampffahrzeugen Es ist bei Antriebsmaschinenanlagen von Fahrzeugen
bekannt, mit Druckluft oder Drucköl als Impulsträger betriebene Fernsteuerungen
anzuwenden, bei denen durch einen z. B. als Druckregler ausgebildeten Geber ein
bestimmter Druck in der Steuerleitung eingestellt wird, der einen z. B. als federbelasteten
Kolben ausgebildeten Empfänger in eine bestimmte Stellung bewegt. Dieser Stellung
des Empfängers ist wiederum - entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
eines Verstärkers (Servomotors) -eine bestimmte Stellung des zu steuernden Regelgliedes
zugeordnet. Es ist weiter eine besondere Ausbildung des Empfängers für derartige
Steuerungen vorgeschlagen worden, die es erlaubt, das Regelglied aus der Ruhestellung
heraus wahlweise nach zwei entgegengesetzten Richtungen hin zu bewegen. Solche Regelglieder
eignen sich besonders für das -Umsteuern der Antriebsmaschinen, die bei Schienenfahrzeugenmeist
in den Drehgestellen des Wagens untergebracht sind.
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Die Erfindung bringt in Anlehnung an diese Vorschläge eine Anpassung
der Fernsteuerung an die Verhältnisse; bei insbesondere mit Schiebersteuerung (Stephenson
- Steuerung) ausgerüsteten Dampffahrzeugen.
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Die einfache Schiebersteuerung, die hohe und mittlere Leistungen durch
Änderung der Füllung .der Maschine einstellt, hat den Vorteil, daß sie eine hohe
Umlaufzahl und damit eine leichte Bauart der Maschine zuläßt. Diese Steuerung hat
aber den Nachteil, daß die Füllung des Zylinders eine untere Grenze nicht unterschreiten
darf, da sonst das Druckvolumendiagramm unerwünschte Störungen zeigt (Schleifenhildung).
Man ist bei derartigen Steuerungen gezwungen, bei kleinen Leistungen den Druck vor
der Maschine herabzusetzen. Bei großer Zugkraft muß man also mit Füllungsregelung,
bei kleiner Zugkraft dagegen mit Drosselregelung arbeiten.
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Die Erfindung ermöglicht die selbsttätige Einstellung der für die
Dampfmaschinensteuerung günstigsten Verhältnisse. Dies geschieht in der Hauptsache
dadurch, daß mit ein und demselben Impulsgeber Drossel- und Füllungsregelung eingestellt
werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. i zeigt schematisch die Gesamtanordnung; Abb.2 veranschaulicht
eine Einzelheit (den Empfänger) in größerem Maßstabe, Abb. 3 einen Teil des Empfängers
in etwas abgeänderter Form in einer Darstellung gemäß Abb.2; Abb.4 erläutert den
Steuervorgang schematisch.
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Ein Schnelldampferzeuger i (Abb. i) steht über eine Leitung 2 mit
einem Hauptabsperrglied 3 in Verbindung, von dem eine Leitung 4 zur Antriebsmaschine
5 des Fahrzeuges führt. Das Hauptabsperrglied 3 steht mit einem Kolben 6 in fester
Verbindung, der in einem Zylinder 7 gleitet und unter der Wirkung einer Feder 8
steht. Die Antriebsmaschine 5
des Fahrzeuges ist mit einer Stephenson-Steuerung
ausgerüstet und arbeitet beim Regelbetrieb als Verbundmaschine, beim Anfahren als
Zwillingsmaschine; sie besteht aus einem, Hochdruckzylinder und zwei parallel gf@
schalteten -N#iederdruckzyliiiderii. Die auf d, Kurbelwelle der Maschine ; :uzenden
E@'-t zenter 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 eine gasförmige oder
tropfbare Flüssigkeit. zweckmäßig Preßluft, als Impulsträger. Die Druckluft ist
in einem Sammelbehälter i i aufgespeichert, von dem sie über eine Leitung i= einem
Druckregler 13 (Geber) zugeführt wird. Der Druckregler 13 erlaubt, den Druck in
der Steuerleistung i.1 stufenweise zu erhöhen oder abzusenken oder auf unveränderlicher
Höhe zu halten. Zur Einstellung des Druckes von Hand dient ein Schalthebel 15. Von
der Steuerleitung i.1 zweigt eine Leitung 16 ab, die zwischen dem Ventil 3 und dem
Kolben 6 in .den Zylinder 7 mündet. In die Steuerleitung 14 ist ein Umschalthahn
1611 zur Wahl der Fahrtrichtung eingeschaltet, der eine Leitung 17 mit dem vom Druckregler
13 kommenden Stück der Steuerleitung 14 zu verbinden vermag. Beide Leitungen 14
und 17 sind an einen Zylinder 18 angeschlossen, in ,lern ein Kolben i9 gleitet (Empfänger).
Die in Abb. i rechte Seite des Kolbens i9 vermag bei der gezeichneten Stellung des
Umschalthahnes 16a unter den Druck der Steuerleitung 14 gesetzt zu werden. Die linke
Seite des Kolbens i9 steht über die Leitung 17 und einen Kanal 20 des Umschalthahnes
i6a mit cler Atmosphäre in Verbindung. Zur übertragung der Bewegungen des Kolbens
i9 des Empfängers 18 auf das Gestänge io dient ein Hebel 21 unter Zwischenschaltung
eines Verstärkers (Servomotor) 22. Eine durch einen 1lotor 23 angetriebene Pumpe
-24, die beide ebenso wie die Dampfmaschine 5 in einem Drehgestell des Fahrzeuges
(nicht dargestellt) untergebracht sind, sorgt für das vom Verstärker 22 benötigte
Drucköl; 25 ist die Druckleitung, 26 die Saugleitung.
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Beiderseits des Kolbens i9 des Empfängers (Abb. 2) sind je zwei Schraubenfedern
27, 28 bzw. 29, 3o angeordnet, von denen jede in einer Hülse 31, 32 bzw. 33# 34
liegt, die aus ineinanderschiebbaren Teilen besteht. Mit ihrem einen Ende stützen
sich die Federn 27, =8 gegen einen dem Kolben i9 zugekehrten und an diesem ohne
Druck anliegenden Rand 35 bzw. 36 der Hülse 31 bzw. 32, mit ihrem anderen Ende gegen
den Deckel 37 bzw. 38 des Zylinders 18, an dem die Hülse 31 bzw. 32 befestigt ist.
Die Federn 29 bzw. 30, die härter sind als die Federn 27 bzw. 28, stützen sich mit
ihrem einen Ende gegen einen Rand 39
bzw. 40 der Hülse 33 bzw. 34, während
sie sich mit ihrem anderen Ende gleichfalls gegen den Deckel 37 bzw. 38 des Zylinders
18 stützen, an dem auch die Hülsen 33 bzw. 34 fest sitzen. 73ie Ränder 39 bzw. 4o
der Hülsen 33 bzw. 34 'haben von dem Kolben i9 einen bestimmten Abstand. Die einander
zugekehrten Teile der Hülse 31 und 33 bzw. 32 und 34 besitzen Schultern, die bei
der in Abb. 2 dargestellten Mittellage aneinander anliegen. Die Schultern gestatten,
daß die Federn 27 bis 30 mit Vorspannung in den Hülsen 31 bis 34 liegen,
und verhindern, daß sich die Hülsenteile weiter voneinander entfernen. Bewegungen
des Kolbens i9 aus der in Abb. 2 dargestellten Mittellage haben also nur zur Folge,
daß die in der Kolbenbahn liegenden Federn gespannt werden, und zwar zunächst die
härtere innere, dann die weichere äußere, daß aber die anderen Federn ihre Spannung
nicht ändern.
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Der Druckregler möge in der in Abb. i gezeichneten Stellung stehen.
Durch Umlegen des Hebels 15 nach links in Abb. i kann die
rechte Seite des
Empfängerkolbens i9 über die Steuerleitung 14 unter Druck gesetzt werden; die linke
Seite des Kolbens i9 ist dann über die Leitung 17 und den Stutzen 20 des Umstellhahnes
16a druckentlastet. Wird nunmehr durch den Geber 13 Druck auf die Steuerleitung
14 gegeben, so bewegt sich der Kolben iy nach links (s. auch Abb. 2). Die Feder
27 wird hierbei zunächst allein zusammengedrückt, bis sich der Kolben 1g gegen den
Rand 39 der Hülse 33 legt, in der die
starke vorgespannte Feder 29 liegt.
Die beiden Federn 28 und 30 sind ohne Wirkung, da sie durch die Schultern
der Hülsen 32 und 34 an
einer Entspannung gehindert werden. Infolge der Bewegung
des Kolbens i9 nach links (Abb.2) dreht sich der Hebel 21 um das Gelenk 41 und zieht
den Steuerschieber 42 des
Verstärkers 22 nach links. Dadurch gehen die Steuerkanten
43 und 44 des Schiebers 42 die
Kanäle 45 und 46 des Verstärkers 22 frei, so
daß über die Leitung 25 und den Kanal 45
Drucköl zu-, über den Kanal 46 und
die
Leitung 26 Öl abströmt. Infolgedessen wird
der Arbeitskolben .t7
des Verstärkers 22 so weit nach rechts bewegt, bis der sich jetzt um (las Gelenk
48a drehende Hebel 21 den an ihn angelenkten Schieber .:12 wieder so weit nach rechts
bewegt, daß dessen Steuerkanten 43
und 44 die Kanäle 45._ und 46 wieder abschließen.
Die Rechtsbewegung des Arbeitskolbens 47 ist über das Gestänge io auf
die
Kulisse 9 übertragen worden und hat die kleinste zulässige Füllung der Dampfmaschine
5 eingestellt.
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Wird nunmehr der Druck in der Steuerleitung 14 «eitererhöht, bleibt
der Steuerkolben
i9 in seiner Stellung stehen, bis der Druck ausreicht,
um die Vorspannung der Feder 29 zu überwinden. Während dieser Druckerhöhung ist
der federbelastete Kolben (Abb. i) verschoben und damit das Ventil 3 allmählich
vollständig geöffnet worden.
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Während bis zu diesem Zeitpunkte die Regelung der Hauptmaschine bei
kleinster zulässiger Füllung durch Drosselung des Frischdampfes erfolgte und bei
dem fraglichen Zeitpunkte der Druck in der Steuerleitung 14 so weit gestiegen ist,
daß das Ventil 3 ganz offen ist, gibt bei .weiterer Druckerhöhung in der Steuerleitung
i.i durch Schwenken des Handliebels 15 nach links (Abb. i) die Feder 29 des Empfängers
nach (s. bes. Abb.2). Der Kolben ig verschiebt sich dann weiter nach links und verstellt
in der schon beschriebenen Weise die Kulisse 9 der Dampfmaschine 5. Von nun an wird
also die Erhöhung der Zugkraft durch reine Füllungsregelung der Dampfmaschine erreicht.
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Eine entsprechende Wirkung läßt sich mit nur zwei Federn 27 und 28
erzielen, wenn sich diese gemäß Abb.3 mit ihren voneinander abgewandten Enden gegen
Büchsen 48 bzw. 49 stützen, deren Flanschen 5o bzw. 51 in der Ruhestellung an den
Deckeln 3,~# bzw. 38 des Gehäuses 18 anliegen und deren freie Enden mit Abstand
von Bunden 52 bzw. 53 angeordnet sind, die auf der Stange 54 des Kolbens i9 befestigt
sind. Die Kolbenstange 54 ist hierbei gegenüber den Büchsen 48, 49 verschiebbar.
Sobald die Feder 27 um ein größeres Stück zusammengedrückt ist, als dem Abstand
des Bundes 53 von der Büchse 49 entspricht, drückt der Bund die Feder 28 zusammen,
da die Hülsen 31 bzw. 32 der Federn 27 bzw. 28 an den Deckeln 37 bzw. 38 befestigt
sind.
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Der entsprechend umgekehrte Vorgang findet statt, wenn bei Fahrtrichtungswechsel
des Fahrzeuges derUmschalthahn 16a (Abb. i) umgelegt worden ist, so daß die Leitung
i7 unter dem Steuerdruck und die Leitung 14 unter dem Atmosphärendruck steht. Statt
der Atmosphäre kann auch eine andere untere Druckhaltung vorgesehen werden.
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In Abb. 4 ist der Regelvorgang nochmals an einem Schaubild dargestellt.
Auf der Abszisse ist der Druck in der Steuerleitung aufgetragen. Für den Linienzug
H ist auf der Ordinate der Hub des Hauptabsperrgliedes 3 und für den Linienzug F
die Füllung der Dampfmaschine aufgetragen.
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Wird der Druck in der Steuerleitung von 0 auf A erhöht, so
erfolgt zunächst weder eine Beeinflussung der Steuerung noch eine Beeinflussung
des Hauptabsperrgliedes 3. Dieser Druckbereich ist dem Bereich des wirksamen Steuerdruckes
aus Sicherheitsgründen vorgeschaltet. Wird der Druck weiter von A auf B erhöht,
so wird die Füllung derart eingestellt, daß in B die kleinste zulässige Füllung
erreicht ist. Das Hauptabsperrglied 3 ist hierbei noch unbeeinflußt geblieben. Wenn
der Druck in der Steuerleitung über B hinaus erhöht wird, bleibt die Steuerung der
Maschine auf der kleinsten Füllung stehen, solange der Druck kleiner als bei C ist.
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In diesem Bereich B, C wird das Hauptabsperrventil unter gleichzeitiger
Drosselung des Dampfes allmählich geöffnet. In C ist das Ventil 3 ganz geöffnet
und schlägt gegen einen Anschlag, so daß weitere Druckerhöhung über C hinaus auf
das Hauptabsperrventil 3 ohne Wirkung bleibt. Die Druckerhöhung in der Steuerleitung
über C hinaus hat aber zur Folge, daß die Füllung der Maschine vergrößert wird.
Bei D ist die größte mögliche Füllung erreicht.
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Dem Punkt A entspricht der Augenblick, in dem die Feder 27 bzw. 28
gerade beginnt, zusammengedrückt zu werden (Abb. 2). Der Punkt B veranschaulicht
den Zeitpunkt, in dem der Kolben ig den Rand 39 bzw. 4o getroffen hat. Der Punkt
C stellt den Augenblick, dar, in dem die Vorspannung der Feder 29 bzw.
30 überwunden ist und das Zusammendrücken der Feder 29 bzw. 3o beginnt. Die
Strecke h-C stellt also den Druckbereich in der Steuerleitung 14 dar, innerhalb
dessen die Vorspannung der Feder 29 bzw. 30 überwunden wird. Während dieses
Bereiches öffnet das Hauptabsperrventil 3.
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Das Vorstehende gilt für die Ausführung nach Abb. 3 sinngemäß.