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Steuerungseinrichtung für Kolbenmotoren Die- Erfindung betrifft eine
Steuerungseinrichtung für Kolbenmotoren,insbesondere für Dampfmaschinen. Bei diesen
besteht der Wunsch, möglichst hochgespannten Dampf anzuwenden. Dabei entstehen Schwierigkeiten
wegen der Steuerungseinrichtung. Die gewöhnliche Schiebersteuerungseinrichtung gestattet
keine weitgehende Entspannung des Dampfes im Zylinder, und außerdem können keine
sehr hohen Drehzahlen erzielt werden. Gerade wenn es sich um eine rasch laufende
Maschine handelt, die hochgespannten Dampf unter günstigen Bedingungen ausnutzen
soll, muß der Dampf durch eine möglichst weite Öffnung während eines kleinen Bruchteils
des Kolbenhubes einströmen. Der Dampf muß nämlich sehr rasch den kleinen Raum innerhalb
des Zylinders ausfüllen.
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Die Steuerungseinrichtung nach der Erfindung ist geeignet, diese Voraussetzungen
zu erfüllen. Es wird dabei von einer bekannten Steuerungseinrichtung ausgegangen,
bei der der Eintritt des Treibmittels zum Zylinder durch übereinander angeordnete
Schieber geregelt wird, die in abwechselnde geradlinige Bewegung versetzt werden
und wobei die Schieber Öffnungen aufweisen und derart bewegt werden, daß sich die
Öffnungen der beiden Schieber überdecken, wenn sie sich an einem Durchlaß für das
Treibmittel nach dem Zylinder befinden.
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Erfindungsgemäß wird diese bekannte Steuerung so ausgebildet, daß
die beiden Verteilungsschieber bei Normalgang der Maschine in dem Augenblick mit
höchster Geschwindigkeit verschöben werden, in dem sie den Dampfeinlaß freigeben.
Dadurch wird also erreicht, daß die Einlaßöffnung in kürzester Zeit ganz geöffnet
wird.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß noch
ein dritter Schieber vorgesehen ist, der mit den beiden Verteilungsschiebern zusammenarbeitet.
Hierdurch wird erreicht, daß bei Regelung der Dampfeinströmung die Öffnung des Einlasses
immer zu einem konstanten Zeitpunkt erfolgt. Mit Hilfe des erwähnten Regelschiebers
ist auch ein vollständiges Schließen des Dampfeinlasses möglich.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
Fig. r zeigt im Querschnitt einen Motor mit den Merkmalen gemäß der Erfindung. Fig.2
zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen solchen Motor für den Fall, daß
dieser mehrere Zylinder aufweist.
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Fig. 3 stellt in vergrößertem Maßstab eine vereinfachte Einzelheit
der Fig. t dar und
zeigt die Lage der Buchsenöffnungen, der Pleuelstangen
und der Kurbeln für die Stellung der sogenannten vollen Einströmung.
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' Fig. d. und 5 zeigen die dem Beginn des Einströmens und dein Ende
des E inströmens entsprechenden Stellungen.
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Fig.6 zeigt die Lage der Steuerbuchsen eine halbe Umdrehung nach der
vollen Einströmung.
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Der Zylinder i trägt die Kurbelwelle 2 mit Hilfe von Lagern, die auf
seiner Unterseite befestigt sind. Ein Gehäuse 3 schließt den unteren Teil und fängt
das Schmieröl auf.
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Der Zylinder i ist oben durch einen Kopf .4 geschlossen, der in der
Zylinderbohrung "zentriert ist und die Lenkstangen 5 der Steuerbuchsen hindurchläßt.
Diese Stangen 5 werden auf diese Weise geführt und gehen durch Stopfbüchsen hindurch,
welche zu dem Zylinderkopf gehören. Der Boden des Kopfes trägt ein Sicherheitsventil
6, das durch eine Feder ausgewogen ist und zur Verhütung jeglichen Überdrucks
dient, insbesondere um Brüche unter der, Einwirkung von Wasserschlägen zu verhindern.
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Auf jeder Seite des Zylinders sind Sammelkanäle oder Mäntel für den
Einlaß und Auspuff des Dampfes -angebracht. Diese Sammler 7, 8 sind einerseits mit
dem Zylinder durch Öffnungen verbunden und andererseits mit dem Kessel. oder mit
den Kondensatoren bzw. sogar mit den benachbarten Zylindern, falls es sich um einen
znelirzylindrigen Motor handelt.
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Der Dampf tritt durch den oder die Sammler 7 ein und entweicht nach
Arbeit im Zylinder durch den oder die Sammler B.
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Der Kolben 9 ist durch eine Pleuelstange io mit der Kurbelwelle 2
verbunden. Er ist stufenförmig ausgebildet und enthält zwei Gruppen von Kolbenringen.
Der obere Teil des Kolbens gleitet in der inneren Steuerbuchse 15 wie ein normaler
Kolben, der sich in einem Zylinder bewegt. Der untere Kolbenteil gleitet in dein
Zylinder und enthält ebenfalls eine Gruppe von Kolbenringen, die namentlich dazu
dienen, das Kondenswasser aufzuhalten. Das obere Segment dieser unteren Kolbenringgruppe
erreicht am oberen Totpunkt den unteren Rand der sogenannten Entleerungsöffnungen
22, durch welche das Kondenswasser und der Clberschuß an Schmieröl beim Hochgehen
des Kolbens ausgetrieben werden.
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Die Verschiebung der beiden Steuerbuchsen wird durch zwei Kurbelwellen
i i bewirkt, die sich niit derselben Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle 2 drehen
und deren Antrieb über einen Satz loser Zahnräder mit paralleler Achsen oder irgendein
anderes geeignetes Antriebssystem erfolgt. Auf Fig. i nimmt die linke Welle i i
mit ihrer Kurbel 12 die äußere Steuerbuchse i3 und die rechte Welle mit ihrer Kurbel
14 die innere Steuerbuchse 15 mit. Auf den Kurbeln 12 und 14 dieser Wellen sind
Pleuelstangen 16 angelenkt, welche an den Enden der Lenkstangen 5 der Steuerbuchsen
angreifen.
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Teleskopartig aufschiebbare Scheiden 17 verbinden die Gehäuse 21 der
Kurbelwellen i i und den Zylinderkopf, um die Schmierung der bewegten Organe, wie
Pleuelstangen, Spindeln usw., sowie den Rücklauf des Öls in den unteren Teil des
Motors zu gewährleisten.
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Die äußere Buchse 18 dient zur Regelung der Maschine und kann senkrecht
ohne Drehung um sich selbst durch den Maschinenführer von Hand verschoben werden.
Sie kann sich in ihrer unteren Grenzstellung auf eine ringförmige, im Zylinder i
angebrachte Fläche auflegen, wofür auf der Innenseite des Zylinders eine abgestufte
Bohrung vorgesehen ist. Man erhält so die Abschließung des Dampfeinlaßmantels 7.
Den verschiedenen Stellungen dieser Buchse 18, deren unterer Rand die C)ffnungenr
i9 des oder der Sammelleitungen freilegt, entsprechen ebensoviel mögliche Einstellungen
der Einströmung.
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Die beiden anderen Buchsen 13 und 15, die sogenannten Steuerbuchsen,
sind von entsprechend angeordneten Öffnungen durchbohrt und liegen innerhalb der
Reglerbuchse 18. Sie gleiten einerseits ineinander, und außerdem gleitet die innere
Buchse 15 auf dem Zylinderkopf 4 und auf dein Kolben 9, wäh--. rend die äußere
Buchse 13 in dem Zylinder i und in der Reglerbuchse 18 gleitet.
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Die unteren Ränder der Öffnungen der Steuerbuchsen fallen in der Stellung
der sogenannten vollen Einströmung (Fig. 3) zusammen. Bei dieser Lade befinden sich
der untere Rand der Öffnurgen i 9 der Sammler 7 und der obere Rand des Kolbens 9
in einer i Linie mit den unteren Rändern der Öffnungen der Buchsen 13 und
i s.
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Der Beginn der Dampfeinströmung erfolgt (Fig. .),wenn der untere Rand
der Öffnung der inneren Buchse 15, die sich für den betrachteten Drehungssinn nach
unten bewegt, vor den unteren Rand des Zylinderkopfes 4 zu liegen kommt. Diese Öffnungsstelle
bleibt konstant und hängt von der Einstellung der Kurbel 1d. in bezug auf den Zapfen
der Kurbelwelle 2 ab.
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Das Ende der Dampfeinströmung wird dadurch bestimmt, daß der untere
Rand der Öffnung der äußeren Buchse 13, die sich für den betrachteten Drehungssinn
nach oben bewegt, vor den unteren Rand der Reglerbuchse 18 zu liegen kommt (Fig.
5).
Die der Schließung entsprechende Stellung ist-also mit der von
der Reglerbuchse 18 eingenommenen Lage veränderlich, wobei die Einströmdauer zunimmt,
wenn der Maschinenführer diese Buchse 18 nach oben verschiebt.
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Die der vollen Einströmung entsprechende Stellung stimmt mit dem Zeitpunkt
überein, wo die Kurbeln 12 und 1q. der beiden Steuerbuchsen 13 und 1 5 mit -ihren
Achsen senkrecht` zu den Achsen der Pleuelstangen 16 stehen (Fig. 3). Die VerschiebungsgeschNüindigkeiten
der Buchsen sind dabei gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, und zwar sind
diese Geschwindigkeiten der beiden Buchsen die maximalen für eine bestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit
der entsprechenden Kurbeln.
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Für eine Umdrehung der Kurbelwelle 2 und folglich auch eine Umdrehung
jeder der beiden Kurbelwellen i i gibt es zwei Stellungen, in denen die unteren
Ränder der beiden Steuerbuchsen zusammenfallen. . Die erste Stellung, die der vollen
Einströmung, ist soeben besprochen worden. Die zweite Stellung tritt eine halbe
Umdrehung später (Fig. 6) auf, wenn die Kurbeln 12 und 14, welche die Buchsen 13
" und 15 betätigen, wieder auf gleicher Höhe liegen. Es ist ersichtlich,
daß in dieser Stellung die öffnungen der Steuerbuchsen vollkommen von dem Zylinderkopf
4. verdeckt sind.
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Die Umkehrung der Laufrichtung wird durch eine winkelmäßige Verstellung
der Kurbelwellen i i zueinander erhalten. Zu diesem Zweck werden die in Frage stehenden
Wellen i i mit der Kurbelwelle 2 durch eine Vorichtung verbunden, die diese Verstellung
gestattet, wie z. B. ein Schneckenradgetriebe, dessen eines Rad axial durch ein
in Reichweite des Maschinenführers befindliches geeignetes Steuerorgan verschoben
wird, wobei diese axiale Verschiebung die Drehung des entsprechenden Schneckenrades
bestimmt; . dabei muß natürlich das andere Rad dick genug sein, damit die beiden
Räder in Eingriff bleiben.
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Die Dauer der Einströmung, die für den normalen Lauf beliebig herabgesetzt
werden kann, kann andererseits zur Erleichterung des Anlassens vergrößert werden:
Wenn dies nicht möglich wäre, so bestände bei einem mehrzylindrigen Motor die Gefahr,
daß alle Zylinder von der Dampfzufuhrleitung abgesperrt sind. Durch Verschiebung
der Reglerbuchse nach oben wird- daher das Ende des Einströmtaltes, wie man oben
sah, verzögert. Wenn mehrere Zylinder angeordnet sind, deren entsprechende Kurbelzapfen
im Winkel von 9o° gegeneinander versetzt sind, ist es auch möglich, die Einströmdauer
eines Zylinders über 9o° zu verlängern. Dann steht in allen Fällen ein Zylinder
mit dem Dampfeinlaß in Verbindung.
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"Der Auspuff wird durch eine zweite Gruppe von Öffnungen gesteuert,
die in den Buchsen 13 und 15 unterhalb der Einlaßöffnungen angeordnet sind und bei
der Verschiebung der Buchsen Öffnungen 20 freilegen, die den Zylinder mit dem oder
den Auspuffkanälen 8 in Verbindung setzen, die unter den Einströmleitungen 7 angebracht
sind. Es sei darauf hingewiesen, daß wie bei der Einströmung zwei Stellungen, in
denen sich die Öffnungen der Buchsen überdecken, vorhanden sind, wobei aber die
eine Stellung unwirksam ist, .da die Öffnungen durch den Kolben verdeckt werden:
Es kann also in dieser Lage, .die dem oberen Totpunkt benachbart ist, kein Auspuff
erfolgen; Fig. 2 zeigt, wie praktisch ein mehrzylindriger Motor ausgebildet werden
kann. Auf dieser Figur, die nur eine beispielsweise Ausführungsform darstellt, ist
angenommen, daß die Zylinder zu einem gemeinsamen Motorblock 23 gehören, daß dagegen
die Zylinderköpfe q., a' , . . getrennt sind und auf den entsprechenden Zylindern,
beispielsweise durch Einpassen ihres Randes in den Oberteil der Zylinder, zentriert
werden, wobei die Zylinderköpfe gegebenenfalls nach und nach zusammen verbunden
werden.