DE66573C - Schwingschiebersteuerung mit elliptischer Schieberbahn - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 11. August 1891 ab.

Die Aufgabe, für Dampf- oder ähnliche Maschinen die Steuerung durch einen einfachen Schieber so zu bewirken, 'dafs -eine Füllung von beliebig bestimmtem oder veränderlichem Grade gegeben werden kann, ohne die übrigen Verhältnisse der Steuerung.zu beeinflussen, ist schon in verschiedener Weise zu lösen versucht worden.

Trapezförmige Schieber mit schräg gegen einander gestellten Eintrittskanten ermöglichen die Lösung nur so weit, dafs sie, von der Schieberstange hin- und hergeschoben, zugleich mit dem Abschlufs der Eintrittskanäle auch die Oeffnung derselben ändern, also veränderliches Voröffnen geben, oder dafs sie, immer in gleicher Stellung öffnend, während jeder Oeffnung eine plötzliche Querverschiebung erleiden, wobei Stöfse und Abnutzung der äufseren Stellung unvermeidlich sind. Ferner hat man versucht, um das Voröffnen von der Gröfse der Füllung unabhängig zu halten, dem Schieber verschiedene, rechtwinklig zu einander gerichtete Kanten je für die Oeffnung und den Abschlufs des Eintrittskanales zu geben, wobei der Schieber bei der Längsbewegung öffnen, bei einer Querbewegung abschliefsen soll; doch läfst sich dabei ein übereinstimmender Abschlufs beider Kanten kaum erzielen.

Die vorliegende Steuerung soll die eingangs gestellte Aufgabe in der Weise lösen, dafs sie einen in der Grundform rhombischen Schieber in elliptischen Curven bewegt, wobei die Ausströmung im wesentlichen nur durch die Längsverschiebung von unveränderlicher Phase gesteuert wird, während der Abschlufs des Eintrittskanales von der veränderlichen Phase der Querbewegung beeinflufst und dadurch regulirt wird, doch so, dafs die Oeffnung des Eintrittskanales immer in der gleichen Schieberstellung erfolgt. Die Phasenverschiebung der Querbewegung gegenüber der Längsbewegung ergiebt als jeweilige Schieberbahn Ellipsen von veränderlicher Lage, welche sich sämmtlich in zwei diametral gegenüber liegenden Punkten schneiden sollen. Diese Punkte bestimmen die Voröffnungsstellungen des Schiebers für alle Füllungen.

Wie die Schieberbahn, so ist auch die Schieberform polar symmetrisch, also mit parallelen Eintrittskanten an beiden Seiten versehen. Die Schieberform richtet sich im einzelnen nach den Schiebercurven, und diese sind wieder abhängig von der Art der äufseren Steuerung.

Auf Blatt I und II sind die Schieber für zwei verschiedene Ausführungsformen der äufseren Steuerung gezeichnet und auf Blatt III ist ein getheilter Schieber, wieder mit anderer Steuerungsform dargestellt.

In Fig. 8, Blatt I, ist der Schieber ■— als Planschieber, oder als Abwickelung der in der Consiructionszeichnung Fig. 1 bis 4 dargestellten Rundschieberform — mitten über den strichpunktirt angegebenen Spiegel gezeichnet. Er bewegt sich, stets parallel bleibend, nach den Curven Fig. 7, von denen auch die gerade Linie 0,7 als eine Ellipse aufzufassen ist. Sie gilt für die gröfste Füllung von 0,7. Die mit 0,0 bezeichnete Ellipse giebt keine Füllung, indem dabei die Eintrittskante des Schiebers die Eintrittskante des Kanales nur tangirt, ohne sie zu überschreiten. Die in p¹ und p¹ an die Curve gelegten Tangenten geben· die Richtung der Einlafskanten e, Fig. 8, an. Dazwischen liegende Curven gelten für mittlere Füllungen. Sie haben alle bei gleichem Hub in der Richtung η die Punktep¹ undp'² gemeinsam. Diesen entsprechen die beiderseitigen Voröffnungs-

Stellungen. Die für den gewöhnlichen Betriebszustand der Maschine nöthige Füllung, z. B. 0,25, wird man am besten durch die mit der grofsen Achse in die Schubrichtung η gelegte Ellipse geben lassen.

In Fig. 6 sind dieselben Curven in gröi'serem Mafsstabe gezeichnet und dazu noch die Curve für 0,4 Füllung, welcher die in Fig. r bis 4 angegebene Regulirstellung entspricht. Man verfolge diese Curven o,* von p¹ aus rechts herum. In p¹ steht die linke Eintrittskante e des Schiebers gerade über der Oeffnungskante des Spiegels (s. Fig. 1 und 4). Der' Schieber ist um den Abstand des Punktes p^[ von der Linie m aus seiner Mittelstellung nach rechts ausgeschlagen; überträgt man dieses Mais durch Verticalprojection nach q auf einen um den Mittelpunkt ο der Figur geschlagenen Kreis, welcher, entsprechend dem Müller'schen Schieberdiagramm, die Kolbenweglinie t^l t² enthält, so giebt q t^l das Winkelmafs der Voröffnung an. Bei der weiteren Bewegung öffnet die Schieberkante in dem Mafse der senkrecht zu e gezogenen Schraffirlinien. Bei χ findet der Abschlufs statt; die Projection von χ auf den Kreis giebt den Punkty, und die Normale y \ von y auf die Kolbenweglinie zeigt das Füllungsverhältnifs t^l ι : t¹ f² = 0,4 an. Die Ausströmung beginnt bei Ueberschreitung der Linie a, welche wie die Austrittskante des Schiebers und Spiegels senkrecht zur Schubrichtung η steht. Die Projection auf den Kreis giebt für sämmtliche Curven denselben Punkt r, also unveränderliches Vorausströmen r t². Die Ausströmung endet bei dem Rücktritt der Curve über die Kante α, also immer bei demselben Punkt s mit unveränderlicher Compression sq.

Die Veränderung der Curvenrichtung und damit die Verlegung der Punkte xy \ ändert das Füllungsverhältnifs, wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist.

Die Cufvenbewegung des Schiebers bewirkt nach der Construction Fig. 1 bis 5 ein schief auf der Welle sitzendes Excenter, welches — aufser der gewöhnlichen Schubbewegung — der Excenterstange zugleich eine schwingende Bewegung ertheilt, die sich auf den Schieber als Querbewegung überträgt.

Maschinen, welche mit unveränderlicher, aber beliebig gewählter Füllung arbeiten sollen, erhalten einfach ein in schiefer Lage fest aufgekeiltes Excenter.

Zum Zweck der Veränderung der Füllung ist die Phase der Querverschiebung durch Veränderung der Neigung der Excenterebene zur Achse so zu reguliren, dafs in der Voröffnungsstellung die Neigung unverändert bleibt. Gerade in dieser für die Zeichnung gewählten Stellung geben die mit der Welle fest verbundenen Zapfen u, in Fig. 1 senkrecht stehend, die unveränderliche Neigung an, die aus Fig. 2 zu ersehen ist. Im übrigen kann aber der Excenterring an seinem Arm ν, ζ. Β. durch einen Schwungradregulator, nach vorwärts oder rückwärts ausgelegt werden, wodurch die gröfste Neigung eine andere Richtung und damit eine andere Phase zur Schubrichtung annimmt. Wird z. B. der Arm ν in Fig. 4 so weit nach links gedreht, dafs die gröfste Neigung des Excenterringes zur Achse, welche jedenfalls gröfser wird als die Neigung der Zapfen u in Fig. 2 zur Achse, gerade in die Richtung des Excenterradius fällt, so wird der gröfste Ausschlag der Querbewegüng zusammenfallen mit der Verticalstellung des Excenterradius, d. i. mit der Mittelstellung in der Längsverschiebung. Der Schieber beschreibt dabei die in Fig. 6 und 7 mit 0,25 bezeichnete Curve u. s. w.

Aus den Fig. 1 bis 5 sind die Einzelheiten der Construction ersichtlich.

Auf Blatt II ist für die äufsere Steuerung ein normal zur Welle sitzendes Excenter in Verbindung mit einer Kulissenführung für den Endpunkt der Excenterstange angegeben. Jeder andere Punkt der Excenterstange beschreibt eine ellipsenähnliche Curve, deren Neigung zur' Schubrichtung von der Stellung der Kulisse abhängt. Die Kulissee, Fig. 9, 10 und 12, ist als eine zweitheilige, in einem Gehäuse g drehbare Scheibe mit innerer, geradlinig durchgehobelter Führung gezeichnet. Die Drehung kann durch einen Regulator, ein Handrad mit Schnecke u. s. w. in beliebiger, nicht näher angegebener Weise erfolgen. Ein mittlerer Punkt .der Excenterstange erfafst mittelst Kreuzgelenkes k einen seitwärts an der Schieberstange sitzenden Arm w. Das Gelenk gestattet sowohl eine Drehung um die Achse der Excenterstange . zwischen den eingesetzten Spitzen, als auch' eine Drehung um den Arm »>, und drittens eine Verschiebung desselben in der Büchse, entsprechend dem veränderlichen Abstande der bei f gerade geführten Schieberstange von dem in verticaler Ebene schwingenden Excenterstangenpunkt. Indem der Arm der elliptischen Bewegung von k folgt, überträgt er dieselbe in ähnlicher Form auf den Schieber.

Der Schieber ist in Fig. 15, eben oder abgewickelt, mitten über den Spiegel gezeichnet; obwohl er .diese Lage niemals einnehmen kann, wenn er sich nach den Curven Fig. 14 bewegt. Fig. 13 zeigt die Curven in gröfserem Mafsstabe. Die allen Curven gemeinsamen Schnittpunkte p^lp² der Voröffnungsstellungen liegen bei dieser Steuerung vertical über einander, von der Mittellinie m nur so viel abweichend, als die endliche Länge der Excenterstange bedingt. Das Schieberdiagramm für diesen Fall unterscheidet sich deshalb von Fig. 6 besonders dadurch, dafs die Austrittskante a, um zwischen den Punkten ρ^λ ρ'² hindurchgehen zu können, um nämlich die Oeffnung und. den Abschlufs der Ausströmung jedesmal vor dem Zeitpunkt des

Dampfeintrittes zu ermöglichen, statt parallel zu m, schief gelegt werden mufs. ' Die Austrittskante α an Schieber und Spiegel erhält die hierdurch bestimmte Schrägstellung. Die Folge davon ist eine geringe Veränderlichkeit im Beginn und Abschlufs der Ausströmung für verschiedene Füllungsgrade, welche um so mehr hervortritt, je gröfser die Vorausströmung r t'² und die Compression s q an sich gewählt werden.

Die Anordnung läfst sich der Maschine so anpassen, dafs der Schieberspiegel beliebig nahe am Cylinder liegt. Der führende Punkt der Excenterstange kann auch aufserhalb der Strecke vom Excenter bis zur Kulisse liegen. An Stelle der Kulisse kann eine Gelenkführung, an Stelle des Excenters eine Ablenkung von der Pleuelstange oder einem anderen Maschinentheil gewählt werden. Ferner läfst sich die Längs- und die Querbewegung je einzeln durch besondere Getriebe auf die Schieberstange oder den Schieber übertragen. Dabei ist die Bedingung constanten Voröffnens immer in mehr oder weniger engen Grenzen zu halten.

Der Schieber selbst kann als Plan-, Rundoder Kolbenschieber ausgeführt werden, auch getheilte Lappen mit mehreren parallelen Kanten an jeder Seite nach Art der Gitterschieber erhalten. Man kann ihn in zwei einseitige Muschelschieber für beide Cylinderseiten theilen oder sogar in vier Theile zerlegen, zwei Einlafsschieber mit elliptischer Bahn und zwei beliebige Auslafsschieber.

Auf Blatt III ist ein getheilter Schieber für eine gröfsere Maschine dargestellt. Von der dem Cylinder parallel laufenden Excenterwelle wird der Einlafsschieber, mit vertical neben dem Cylinder stehender Achse (in ähnlicher Weise, wie auf Blatt II gezeigt wurde), von einem mittleren Punkt der Excenterstange mittelst Kreuzgelenkes k an einem seitwärts stehenden Arm w der Schieberstange in elliptischen Curven bewegt. Der Arm sitzt an dem cylindrischen Kreuzkopf h der Schieberstange und reicht durch das Fenster der Geradführung f in die daneben vorbeigehende Excenterstange. Die Kulissen c beider Cylinderseiten bestehen hier je aus einem einzigen Gufsstück mit gebohrter Führung für die cylindrischen, unten aufgeschlitzten Steine (Fig. 17 und 21). Sie werden vom Regulator eingestellt und drehen sich dabei um den aufsen angegossenen hohlen Stirnzapfen i in Lagern /, Fig. 16 und 21. Letztere sind mit der Geradführung/ je durch einen Bajonnetarm verbunden, wie auch die Lager der Excenterwelle damit zusammenhängen.

Die Excenterstange geht schräg, windschief, an der Schieberstange vorbei, und zwar unter einem solchen Winkel, dafs die Richtung der Eintrittskante e des Schiebers Fig. 19, welche die 0,0-Curve Fig. 20 berühren mufs, gerade der Schieberachse parallel wird. Die Curven Fig. 20 gleichen denen von Fig. 14 mit einer Verdrehung der Richtung η gegen die Schieberstangenachse um den Winkel von 30°, welchen nach Fig. 14 und 15 die Eintrittskanten e mit der Schubrichtung ti bilden.

Der Auslafsschieber ist ein gewöhnlicher Cοrlifs-Schieber. Er wird von einem besonderen Excenter oder, wie gezeichnet, von dem Einlafsexcenter mit entsprechend gewählter Voreilungsrichtung gesteuert. Durch die an dem Bajonnetarm angehängte Ablenkung kann man auch hier in einfacher Weise erzielen, dafs der Ausschlag des Auslafsschiebers während der Oeffnung gröfser wird als sein Weg während der Abschlufsperiode.

Dureh die Verschränkung der Excenter- und Schieberstange bei dieser Steuerungsform ist die Ausführung des Schiebers und der Kanäle mit normalen Kanten (Fig. 19) wesentlich erleichtert. Man erkennt zugleich, dafs ein Schieber für Schwingschiebersteuerung nicht nothwendig schräge Kanten aufweisen mufs.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Eine Schwingschiebersteuerung mit elliptischer Schieberbahn, gekennzeichnet dadurch, dafs die Ueberdeckung des Eintrittskanales durch den Schieber zugleich von einer Längsverschiebung und einer in beliebiger Phase damit zusammengesetzten Querverschiebung abhängt, während die Ueberdeckung des Austrittskanales hauptsächlich nur von der Längsverschiebung abhängt oder ganz davon getrennt ist, zum Zweck, durch willkürliche Einstellung der Bewegungsphasen zu einander die Füllung feststellen und regeln zu können, ohne die übrigen Verhältnisse der Steuerung wesentlich zu beeinflussen.

2. Eine Schwingschiebefsteuerung nach Anspruch i. mit einfachem oder getheiltem Schieber, dessen Eintrittskanten schräg zu den Austrittskanten stehen, welche letztere bei getheiltem Schieber ohne Muschel sinngemäfs zu ergänzen sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.