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Nockensteuerungseinrichtung für Dampfmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Nockensteuerungseinrichtung für Dampfmaschinen, insbesondere für Lokomotiven,
bei der die die Steuerbewegung auf die Ventile übertragenden Hebel parallel zu den
umlaufenden, aber nicht längs- beweglichen Nocken in einem Nockengehäuse verschiebbar
sind.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, bei der 'die Nocken fest
auf ihren Wellen sitzen und keine Längsverschiebung ausführen können, steuern die
Nocken die Ventile unter Vermittlung von mit dem Nocken zusammenarbeitenden Übertragungshebeln,
die auf einer zur Nockenwelle parallelen Zwischenwelle längs verschiebbar angeordnet
sind, auf deren Enden sich die Ventile bewegende Hebelarme unverschiebbar befinden.
Die Steuerung der Ventile erfolgt durch Änderung der Lage der Übertragungshebel
zum Nocken bzw. durch Verschieben der Übertragungshebel auf der Zwischenwelle. Infolge
dieser Anordnung kann das so ausgebildete Nockengehäuse nur für ganz bestimmte Fälle
verwendet werden. Der gegenseitige Abstand der Ventilstößel muß mindestens gleich
der Nockenlänge sein, wenn die Übertragungshebel die erforderliche Verschiebemöglichkeit
haben sollen. Der Abstand der Ventilstößel ist bestimmt durch die Länge des Nockens
und durch den Sitz der die Ventile bewegenden Hebelarme auf den Enden der Zwischenwelle,
auf welcher der Übertragungshebel verschiebbar ist. Daraus ergibt sich der Nachteil,
daß jeder Übertragungshebel höchstens zwei Ventile durch auf den Enden der Zwischenwelle,
auf der er verschiebbar ist, sitzende Hebelarme antreiben kann.
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Dieser Nachteil soll gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden,
daß die Übertragungshebel auf Zapfen drehbar gelagert sind, die von die Nockenwelle
umgebenden gleitbaren
Schlitten getragen werden -und auf schwingbare
Flügel wirken, die zwischen den Übertragungshebeln und den Stößeln der entsprechenden
Ventile liegen. Infolgedessen können von ein und demselben Flügel mehrere Ventilstößel
angetrieben werden, und für die Steuerung von Ventilen, deren Stößel verschiedenen
Abstand voneinander haben, ist nur ein einziges Modell des Nockengehäuses erforderlich.
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Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung steuert erfindungsgemäß jeder
Übertragungshebel, der seinen Antrieb von dem Nocken erhält, vor dem er gleiten
kann, das Ventil oder deren mehrere mittels eines schwingbaren Flügels. Daraus ergibt
sich, daß die Ventilstößel, die durch die Flügel angetrieben werden sollen, an jeder
beliebigen Stelle mit der Fläche des Flügels in Berührung stehen können.
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Die Erfindung ermöglicht ferner, unter Verwendung von Schlitten, Gruppen
von Ventilen unabhängig voneinander zu verstellen oder nach Bedarf die genannten
Verstellungen mit beliebigem Verstellungsausschlag zu verbinden. Dies bietet die
wichtige Möglichkeit, auf schnelle und einfache Weise das günstigste Verhältnis
zwischen den Einlaß-und Auslaßphasen zu bestimmen.
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Auf der "Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
Ventilsteuerung mit stetig geformten Nocken für eine Lokomotivdampfmaschine dargestellt.
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Es zeigt Fig. i im Längsschnitt das Nockengehäuse und die Nocken mit
den Übertragungsgliedern auf einen Lokomotivzylinder, der auf jeder Seite zwei Einlaß-
und zwei Auslaßventile aufweist. Der Zylinder und die Ventile sind aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Fig.2 zeigt einen Querschnitt nach Linie 11-II der Fig. i und Fig.
3 bis 6 Abänderungsformen der Steuerung nach Fig. i.
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Im Innern des Nockengehäuses i, das zylindrisch und fest mit dem nicht
dargestellten Dampfzylinder verbunden ist, liegt drehbar, aber nicht längs verschiebbar,
eine Nockenwelle 2 in Lagern .4, 5, die ihre Drehung durch eine geeignete Übertragungseinrichtung
erhält, z. B. von einem Schraubenrad 6, das durch eine Schnecke 7 angetrieben wird.
Diese Schnecke empfängt ihre Bewegung von den nicht dargestellten Treibrädern der
Lokomotive mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Übertragungseinrichtung.
Auf die Nocken 3 legen sich Rollen 8, g, die von Hebeln io, ii getragen werden,
die auf Zapfen 12, 13 (Fig.2) eines gemeinschaftlichen Schlittens i.i drehbar gelagert
sind, welch letzterer im Innern des Nockengehäuses i verschiebbar ist Die verschiedenen
Nocken 3 besitzen geeignete Formen, wie sie die gewünschten Abschnitte der Steuerung
erfordern; sie können entweder stetige oder auch stufenförmige Erhebungen haben.
Die Welle :2 und die von ihr getragenen Nocken 3 sind mit Führungsstutzen 3' versehen,
die in eine innere Führung 30 eingreifen, die in dem Schlitten 14 angeordnet
ist. Der Schlitten 1q. besitzt an einer Stelle seines Umfanges eine Zahnstange 15,
in die ein auf einer Achse 17 sitzendes Zahnrad 16 eingreift. Dieses wird von dem
Maschinenführer entweder unmittelbar oder mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung,
sei es mit oder ohne Hilfsmotor, angetrieben.
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Jeder der Hebel io, ii (Fig.2) treibt den Schaft des zugehörigen Ventils
i8, i9 mittel. Stößel 2o, 21 an, auf welche die Hebel io, i i mittels schwingbarer
Flügel 22, 23 einwirken. Die schwingbaren Flügel sind an Achsen 2.i, 25 aufgehängt
und so ausgebildet, daß sie den Antrieb des Schaftes des entsprechenden Ventils
bei jeder Stellung des Schlittens 14 und somit des Antriebshebels ermöglichen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform dienen die Hebel io, i i zum
Antrieb je zweier Ventilschäfte. Wie Fig. i erkennen läßt, dient z. B. -der Hebel
i i zum Antrieb der Schäfte i9 und i j . Die schwingbaren Flügel 22, 23 sind so
breit gewählt, daß die Hebel io, i i bei jeder Lage innerhalb des Nockengehäuses
auf diese einwirken können. Das Ende der Hebel io, i i gleitet dabei auf den Flügeln
22, 23, deren Länge dem Ausschlag der Schlittenführung angepaßt ist.
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Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, weisen die Hebel io und ii an ihren
mit den Fliigelll 22, 23 in Berührung kommenden Enden ein zahnförmiges Profil 26
,auf, das bei Drehung der Nocken an der Berührungsstelle ein Abwälzen ergibt. Die
Flügel 22, 23 sitzen fest auf ihren Achsen 24., 25, z. B. wie aus Fig. 2 ersichtlich
ist, mittels einer Nutverbindung. Die Achsen 2d., 25 drehen sich mit ihren freien
Enden in Erweiterungen des Gehäuses i.
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Wenn die Ventile, z. B. die von den Hebeln io, t i gesteuerten Einlaßv
entile, in der Offenlage gehalten werden sollen, können Finger 22a und
23Q mittels eines von Hand oder mechanisch angetriebenen Stellhebels 27 bewegt
werden, wodurch dem Lokomotivführer die Möglichkeit gegeben ist, die betreffenden
Ventile in dauernd geöffneter Stellung zll halten. Die Finger 22a und 23a können
sich um glatte Teile der Achsen 24 und 25 drehen. Der Finger 23a wird durch den
Hebel 27 bewegt und ist mit einem Zahnsektor 28 verbunden, der mit einem ähnlichen
Zahnsektor
2o des Fingers 22, in Eingriff steht. Auf diese Weise
werden durch den Hebel 27 die zu den Schäften 18, ig gehörenden Ventile dauernd
in geöffneter Stellung gehalten. Der Schlitten 14 ist mit Führungen versehen, die
während seiner Längsverschiebung eine Verstellung der Flügel 22, 23 und der Finger
22, 23Q verhüten.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Steuereinrichtung ist folgende:
Bei normalem Gang wird die Welle 2 mit ihren Nocken von der Schnecke 7 durch das
Schneckenrad 6 angetrieben, und zwar mit einer der Geschwindigkeit der Lokomotive
entsprechenden Geschwindigkeit. Dadurch werden die Einlaß- und Auslaßv entile mittels
der Hebel io, ii gesteuert, deren Drehzapfen entweder innerhalb des Schlittens liegen,
z. B. für die Steuerhebel der Ventile 18 und ig, oder außerhalb des Schlittens,
wie bei 34 32 (Fig. i). Zwecks Änderung der Fahrgeschwindigkeit verstellt der Lokomotivführer
die Achse 17 und erzeugt dadurch mittels des Rades 16 und Zahnstange 15 eine
Längsverschiebung des Schlittens 14 im Innern des Nockengehäuses i. Dadurch werden
die Rollen 8, 9 der Ventilsteuerhebel in Berührung mit verschiedenen Erhebungen
des entsprechenden Steuernockens gebracht und der Hub der Ventile durch Vermittlung
der Flügel 2:2,23 und der Stößel 2o, 21 geändert. Die Nocken 3 und ihre Welle
behalten dabei ständig die gleiche Längslage im Innern des NTockengehäuses i.
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Soll die Fahrt ohne Steuerung bor sich gehen, z. B. wenn die Lokomotive
auf abschüssiger Bahn fährt, so wird der-Hebel27 bedient, um mittels der Finger
22Q, 23Q und der Flügel 22, 23 die zugehörigen Ventile offen zu halten.
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Die Schmierung des Ganzen kann durch Eingießen des Öles, oder vorteilhafter,
wie in Fig. i angegeben, durch eine Schmierpumpe geschehen, z. B. durch eine Zahnradpumpe
33, die am Ende der Welle 2 angebracht ist und das Schmieröl in einen Kanal 34 dieser
Welle fördert und von da auf die einzelnen Schmierstellen durch Kanäle verteilt.
Diese Anordnung vermeidet Ölverluste. Die Schmierpumpe kann von jeder geeigneten
Bauform und jeder gewünschten Leistung sein.
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Diese Anordnung gestattet eine leichte und schnelle Zugänglichkeit
der verschiedenen Teile. Es genügt hierzu, die Deckel 35, 36 abzunehmen und den
Antrieb des Zahnrades 16 zu lösen, um den Schlitten 14 samt allen mit ihm
verbundenen Teilen und der Nockenwelle 2 herauszuziehen, wenn das Ende der Nockenwelle
einfach in einer Ausnehmung des Triebrades der Ölpumpe sitzt. Die Anzahl und die
Anordnung der Einlaß-oder Auslaßventile, die durch ein und dieselbe in einem gemeinsamen
Nockengehäuse untergebrachte Vorrichtung gesteuert werden, kann beliebig sein und
insbesondere auch auf ein Ventil jeder Art für jedes Zylinderende beschränkt werden.
Die Ventilschäfte können waagerecht oder senkrecht angeordnet sein. Desgleichen
kann die Anzahl der stetig verlaufenden oder abgestuften Nocken in jedem Gehäuse
nach der Anzahl oder der Anordnung der Ventile wechseln. Die Nockenbewegung kann
sich auf die eine oder andere der Gruppen der Eimaß- und. Auslaßventile auswirken
oder auch auf beide Gruppen zugleich, und die Steuerhebel der Ventile, die durch
die Schlitten getragen werden, können entgegengesetzt oder .gleichgerichtet sein
und mit Rollen versehen sein oder nicht. Die mittleren Träger der Nockenwellen können
auch statt auf den Schlitten, auf besonderen Lagern gestützt werden, wie 37 in Fig.
3.
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Die Nocken für die Einlaßsteuerung können eine von den Nocken der
Auslaßsteuerung verschiedene Länge haben, und die Verschiebungen der Glieder, welche
den Antrieb der Nocken auf die Ventile übertragen, weisen dann verschiedene Werte
für diese Glieder auf. Zu diesem Zweck sind, wie Fig. 4 zeigt, getrennte Schlitten
38, 39 vorgesehen, die die Antriebshebel der Ventilgruppen tragen. Diese Einzelschlitten
können axial durch eine gemeinsame Schraubspindel 40 verschoben werden, die mit
den einzelnen Schlitten durch Rechts- und Linksgewinde 44 42 in Eingriff steht und
mittels eines einzigen Gliedes die gegenseitige Verstellung ermöglicht.
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Die Anordnung der einzelnen Schlitten ermöglicht auch, z. B. durch
Versuche, das günstigste Verhältnis zwischen den Einlaß-und den Auslaßzeiten festzulegen,
und zwar durch Einstellung eines bestimmten gegenseitigen Abstandes der beiden Einzelschlitten.
Dies kann z. B. gemäß Fig. 5 erreicht werden, indem jeder der beiden Schlitten 43,
44 mit einer Stange 45 bzw. 46 versehen wird, deren äußere Enden miteinander entgegengesetzte
Gewinde haben und die durch eine mit Rechts-und Linksgewinde versehene Muffe 47
zusammengehalten werden. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue Regelung der gegenseitigen
Lage der beiden Einzelschlitten sowohl beim Zusammenbau der Steuerung als auch bei
der Besichtigung.
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Die beiden Einzelschlitten können auch getrennt angetrieben werden,
wodurch eine günstigste Unabhängigkeit der Einlaß- und Auslaßzeiten ermöglicht ist.
In Fig. 3 ist eine derartige Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Die Einzelschlitten
43, 44 sind
durch gezähnte Antriebsräder So, 51 in Verbindung mit
ihren Zahnstangen vollständig unabhängig voneinander, während in der Ausführungsform
nach Fig.6 die Einzelschlitten 43, 44 zylindrisch konzentrische Träger 54, 55 haben,
die eine ergänzende Führung für die Einzelschlitten und zugleich eine Führung für
die Stütze 56 der Nockenwelle bilden. In den verschiedenen Ausführungsformen kann
die Verschiebung der Schlitten oder der Einzelschlitten mit einer Längsverschiebung
der umlaufenden Nocken vereinigt werden.