DE72651C - Aeufsere Schiebersteuerung für Kraftmaschinen - Google Patents

Description

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PATENTAMT.

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Um mit einem einzigen zwangläufigen Schieber kleine Füllungen geben zu können, ohne übermäfsige Compression und Voraustritt, kann man das- sonst allgemein zu Grunde gelegte Bewegungsgesetz eines Excenters mit unendlich langer Stange bezw. einer Kurbelschleife, welche im Zeuner'schen Diagramm durch einen Kreis, Fig. i, dargestellt wird, so ändern, dafs die Polarcoordinatencurve eine Gestalt wie in Fig. 2 annimmt. In Fig. 1 fängt der Eintritt kurz vor dem Todtpunkt in der Kurbelstellung A₁ an. In der Kurbelstellung B₁ wird der Eintritt geschlossen, die Expansion fängt an. In der Stellung D₁ beginnt der Austritt und in der Kurbelstellung C₁ die Compression. In Fig. 2 fängt der Eintritt in derselben Kurbelstellung kurz vor dem Todtpunkte, in A₂, an. Die Curve ist ferner so angenommen, dafs der Anfang der Expansion bei B.₂ an derselben Stelle erfolgt wie in Fig. 1. Wie ersichtlich, hat nun die Curvengestalt in Fig. 2 vor derjenigen in Fig. ι folgende Vortheile: 1. Die Compression fängt erst bei C₂, also später als bei C₁ an. 2. Der Austritt erfolgt bei D₂ später als bei D₁. 3. Bei demselben Gesammtschieberweg aus der Mittelstellung nach der äufsersten Aufsenstellung, also O₁ E₁ — O₂ E₂ ist die Kanaleröffnung E₂ F₂ gröfser als E₁ F₁.

In der Praxis werden zwar gewöhnlich keine Kurbelschleifen zur Steuerung benutzt, sondern Excenter oder Kurbeln mit endlicher Stangenlänge, sogar mit verhältnifsmäfsig sehr kleiner Stangenlänge, wie bei den Steuerungen, die ihre Bewegung von Kreuzkopf oder Pleuelstange ableiten. Die dadurch entstehenden Abweichungen der Polarcurve von der Kreisgestalt machen die Schieberbewegung nicht günstiger für kleine Füllungen, wie in Fig. 3 gezeigt, für eine Heusinger von Waldegg-Steuerung mit einer Pleuelstangenlänge gleich fünf Kurbellängen. In diese Figur sind diejenigen Kreise hineinpunktirt, welche denselben Eintritt und denselben Füllungsgrad geben wie die wirklichen Curven. Wie man sieht, ist die Abweichung der Curven von der Kreisgestalt unbedeutend. Die Curve α giebt fast genau dieselbe Compression wie der Kreis (C_a), aber einen gröfseren Voraustritt (D_a). Die Curve β giebt fast genau denselben Voraustritt wie der Kreis (DnJ₁, aber eine gröfsere Compression (Cn). Die Abweichung von der Kreisgestalt ist also gering und auch nicht eine für kleinere Füllungen günstige, da Compression und Voraustritt gerade vergröfsert sind.

Die zu erstrebende unsymmetrische Curve (Fig. 2) kann nun, geometrisch betrachtet, durch Combination von zwei symmetrischen. Curven gebildet werden, wie in Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Stellen in Fig. 4 die Curven L und M die Polardiagramme zweier Schieberbewegungen dar, die so mit einander in Verbindung gebracht sind, dafs bei jeder Kurbelstellung der Schieberausschub (von der Mittelstellung gerechnet) des einen Diagrammes mit dem Schieberausschub des anderen Diagrammes algebraisch summirt wird, dafs man z. B. bei der Kurbelstellung OA (Fig. 4) den Ausschub OB₁ des Diagrammes L zu dem Ausschube O B₂ des Diagrammes M addirt und einen resultirenden Ausschub O B hervorruft, so stellt die Curve N die dadurch resultirende Bewegung dar. Ebenso sind auch in Fig. 5 und 6 die

resultirenden Curven N gezeichnet. In Fig. 4 ist ein Kreis L mit dem Mittelpunkte auf der Y- Achse mit einer ellipsenähnlichen, langgestreckten Curve M, deren grofse Achse mit der X-Achse zusammenfällt, combinirt. In Fig. 5 ist eine nierenförmige, Curve L, deren kleine Achse mit der Y- Achse zusammenfällt, mit einer ellipsenähnlichen, langgestreckten Curve M, deren grofse Achse mit der X-Achse zusammenfällt, combinirt. In Fig. 6 endlich ist eine nierenförmige Curve L, deren kleine Achse mit der Y-Achse zusammenfällt, mit einem Kreise M, dessen Mittelpunkt auf der X-Achse liegt, combinirt. Die Curve N in Fig. 4 ist identisch mit der Curve Fig. 2 und oben schon näher besprochen. In den Fig. 5 und 6 ist strichpunktirt ein Kreis hineingezeichnet, welcher Eintritt A, Compression C und Austritt -D mit der Curve N gemeinschaftlich hat, während der Anfang der Expansion für die Curve N bei der Kurbelstellung B₂ früher erfolgt als für den Kreis P bei B₁.

Die Bewegungen, welche die Einzelcurven L und M (Fig. 4, 5 und 6) darstellen, lassen sich leicht erzeugen. Der Kreis stellt die bekannte Sinus - Bewegung dar, welche genau oder (wie in Fig. 3) angenähert von einem Excenter, einer Pleuelstange, einem Kreuzkopfe oder einem oscillirenden Cylinder abgeleitet werden kann. Die Bewegung der langgestreckten Curve M (Fig. 4 und 5) kann aus einer solchen Bewegung abgeleitet werden, indem man diese durch einen Mechanismus führt, dessen Uebersetzung in das Schnelle um so gröfser wird, je weiter er aus seiner Mittellage kommt. Denn übersetzt ein Mechanismus die betreffende Bewegung in jeder Stellung in einem constanten Verhältnifs, so werden im Kreisdiagramm die radii vectores sämmtlich proportional vergröfsert oder verkleinert, und die resultirende Curve ist wieder ein Kreis. Uebersetzt er dagegen um so stärker, je weiter der Schieber aus seiner Mittellage kommt, je gröfser also die radii vectores werden, so nimmt die Curve die erwünschte langgestreckte, ellipsenähnliche Form an. Die Bewegung der nierenförmigen Curve L (Fig. 5 und 6) kann ebenfalls aus derselben Bewegung abgeleitet werden, indem man diese durch einen Mechanismus führt, dessen Uebersetzung in das Schnelle um so kleiner wird, je weiter er aus seiner Mittellage kommt. Denn vergröfsert man die gröfseren radii vectores verhältnifsmäfsig weniger als die kleineren, so ändert sich der Kreis in eine zusammengedrückte Curve, welche die nierenartige Einsenkung in der Mitte dann erhält, wenn die Uebersetzung des Mechanismus sogar unter ο sinkt, negativ wird, mit anderen Worten den Bewegungssinn umkehrt, so. dafs sich der Schieber der Mittelstellung nähert, anstatt sich davon zu entfernen.

Läfst man die Uebersetzung des Mechanismus nie unter ο sinken, so fällt die Einschnürung der Curve weg und die nierenförmige Curve geht in eine ellipsenähnliche Curve mit der kurzen Achse längs .der Y-Achse über, wie später eingehender behandelt.

Es giebt nun viele Mechanismen, welche diese Uebersetzungseigenschaften haben; aber alle diejenigen, welche an kleine Excenterbewegungen anschliefsen, haben wegen der nothwendig werdenden grofsen Uebersetzungen grofse Gelenkdrucke. Es empfiehlt sich daher, diesen Mechanismus an einen Maschinentheil mit gröfser Bewegung anzuschliefsen, z. B. an den Kreuzkopf. Ein Mechanismus, der sich hierzu eignet, ist der in Fig. 7 dargestellte schwingende Hebel a, welcher an einem Ende drehbar am Kreuzkopf befestigt ist und am anderen Ende durch eine drehbare Kulisse b gleitet. Ein beliebiger Punkt A zwischen B und dem Kulissendrehpunkt D giebt parallel zur Kolbenstange eine Bewegung, wie durch die Curve M (Fig. 4 und 5) dargestellt. Ein beliebiger Punkt A¹ aufserhalb des Kulissendrehpunktes D giebt eine Bewegung, wie durch die Curve L (Fig. 5 und 6) dargestellt, indem diese Curven M und L diesem Mechanismus entnommen sind.

Dafs die Kreuzkopf bewegung nicht genau dem Kreisdiagramm entspricht, ändert im Princip nichts, und praktisch verbessert es nur das Diagramm, so dafs die Füllungen auf beiden Seiten des Kolbens annähernder gleich gemacht werden können, als wenn die Schieberbewegung von einer genauen Kreisdiagramm bewegung abgeleitet würde, so dafs der Schieber genau symmetrisch beide Kolbenseiten steuerte, wie es auch die Specialdiagramme der einzelnen Anordnungen (Fig. 8 a, 9 a u. s. w.) zeigen.

Dieser Hebel oder die Schwinge ist sehr verschieden von demjenigen, welcher bei der Heusinger von Waldegg'schen Steuerung vorkommt, und welcher daselbst bestimmt ist, möglichst constantes Uebersetzungsverhältnifs zu geben, während das Charakteristische der obigen Schwinge gerade die starke Aenderung der Uebersetzung während einer Kurbelumdrehung ist.

Die Combination zweier solcher Schwingenbewegungen unter sich, wie in Fig. 5, oder einer Schwingenbewegung mit einer Kreisdiagrammbewegung, wie in Fig. 4 und 6, läfst sich nun in mannigfaltiger Weise ausführen, wie folgende Beispiele zeigen.

In Fig. 8 ist die Querbewegung der Pleuelstange mit der Verticalbewegung des Punktes A der Schwinge α combinirt. Die Stangen e und c bilden mit der Pleuelstange d und der Schwinge a ein Parallelogramm, so dafs e genau dieselben Winkelbewegungen ausführt wie die Pleuelstange. Die Schieberstange 5 erhält also die

algebraische Summe aus der Verticalbewegung des Schwingenpunktes A und der Querbewegung der Pleuelstange im Abstande A C vom Kreuzkopfzapfen, indem A C dieselben Winkelanschläge macht wie die Pleuelstange. In Fig. 8 a ist das Polardiagramm einer solchen Steuerung dargestellt. Es entspricht genau der schematischen Fig. 4, da die Querbewegung der Pleuelstangenpunkte genau dem Kreisdiagramm entsprechen. Die Hauptstellungen des Kolbens, sind in Fig. 8 a wie auch in den folgenden Diagrammen, und zwar für eine Pleuelstangenlänge von fünf Kurbellängen, markirt mit denselben Buchstabenbezeichnungen wie die Hauptstellungen der Kurbel im Polardiagramm. A ist Eintritt, B Anfang der Expansion, D Austritt und C Anfang der Compression. Dafs das Polardiagramm nicht absolut identisch ist mit Fig. 4, kommt daher, dafs in der schematischen Fig. 4 im Interesse der Deutlichkeit nur die eine Hälfte des Diagrammes gezeichnet ist, als eine in' sich geschlossene Curve, was nur für diejenigen Theile der Curve richtig ist, die in den beiden rechten Quadranten liegen, während derjenige Curventheil, welcher nach links in den dritten Quadranten hineingeht, in der Wirklichkeit nicht aus der gezeichneten Hälfte der Curve M, sondern aus der etwas abweichenden anderen Curvenhälfte entsteht.

In Fig. 9 wird der Drehpunkt D derSchwingenkuli'sse b durch ein Excenter E mittelst des Hebels D F G vertical bewegt, so dafs wieder die Schieberstange S angenähert die algebraische Summe aus der Excenterbewegung und der Schwingenbewegung erhält. Das Schieberdiagramm einer solchen Steuerung ist in Fig. 9 a dargestellt; es entspricht fast genau der schematischen Fig. 4.

Um passende Verhältnisse zu gewinnen, kann man die Schwinge, anstatt direct an den Kreuzkopf, auch an einen schwingenden Hebel anhängen (Fig. 10.) Der Hebel ist hier über den Anhängepunkt N hinaus verlängert, damit man z. B. bei Cylindern mit grofsem Durchmesser im Verhältnifs zum Hub mit dem Schieber S weiter hinaus von der Cylinderachse kommt. Fig. ioa zeigt das Diagramm einer Steuerung, bei der die Verhältnisse etwas anders gewählt sind als bei der Steuerung Fig. 9.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung für Verbundmaschinen oder Zwillingsmaschinen, deren Kurbeln um go° versetzt sind, entsprechend dem Diagramme (Fig. 5), indem die langgestreckte , ellipsenförmige Polarcurve des Punktes A mit der nierenförmigen Curve des Punktes A¹ mittelst des Hebels B C combinirt und die resultirende Bewegung auf die Schieberstange S übertragen wird. Das Schieberdiagramm einer solchen Steuerung ist in Fig. 1 ia dargestellt.

Fig. 12 und 13 zeigen Anordnungen für oscillirende Cylinder. In beiden Anordnungen wird wieder die eine Bewegung durch die Schwinge α geliefert, welche in der drehbaren Kulisse b gleitet. In Fig. 12 ist die Schwinge an der Kolbenstange befestigt und die zweite Bewegung von der Oscillation des Cylinders abgeleitet, indem der festgehaltene Punkt H mittelst des Hebels k den Kulissendrehpunkt D zu einer Relativbewegung gegen den Cylinder, und zwar parallel zur Cylinderachse zwingt. Das Schieberdiagramm entspricht also demjenigen, in Fig. 4, mit Berücksichtigung der Abweichung der Cylinderschwingung und der Kolbenbewegung von einer genauen Kreisdiagrammbewegung. Das Diagramm einer solchen Steuerung ist in Fig. 12a dargestellt. In Fig. 13 ist der Endpunkt B der Schwinge am Gestell befestigt. Die Bewegung eines Punktes O, aufserhalb des Kulissendrehpunktes D, wird mit der verkleinerten Kolbenstangenbewegung combinirt, also entsprechend dem Diagramm Fig. 6, indem die Relativbewegung von O gegen den Cylinder angenähert der Curve L und die verkleinerte Kolbenbewegung angenähert dem Kreise M entsprechen. Das thatsächliche Diagramm einer solchen Steuerung ist in Fig. 1 3 a dargestellt.

Die in Fig. 5 dargestellte Curve L hat, wie schon erwähnt, eine Einschnürung, daher herrührend, dafs die Uebersetzung des Mechanismus an der Stelle kleiner als o, negativ, ist. Durch Wahl des Aufhängepunktes A\ Fig. 7, , in gröfserem Abstande von D kann man erreichen, dafs die Uebersetzung nie unter ο heruntersinkt, dafs also die Curve L ohne Einschnürung mehr ellipsenförmig verläuft, wie es für gewisse Füllungsgrade erwünscht ist. Dasselbe läfst sich auch dadurch erreichen, dafs der Anhängepunkt A¹ auf die schwingende Kulisse b verlegt wird. Fig. 14 zeigt die Anordnung Fig. 11 mit der Abänderung, dafs die beiden Aufhängepunkte A¹ auf die schwingende Kulisse verlegt sind. Fig. 14a zeigt das Diagramm einer solchen Steuerung.

Der hier überall benutzte Mechanismus, die Schwinge a, Fig. 7, kann auch in einer kinematischen Umkehrung benutzt werden (Fig. 1 5), indem die drehbare Kulisse b direct an der Schieberstange S gelagert ist und der Punkt A durch einen Lenker m geführt wird. Das Schieberbewegungsgesetz wird ein ähnliches wie bei der ersten Anordnung, wie aus dem Diagramm Fig. 15a ersichtlich (s. Fig. 4, Curve M). Die Combination mit einer anderen Bewegung kann wieder in ebenso mannigfaltiger Weise erfolgen, wie bei der ersten Anordnung. Eine Anordnung, welche derjenigen in Fig. 8 ähnlich ist, ist in Fig. 16 dargestellt. Fig. 16a zeigt das Diagramm einer solchen Steuerung.

Alle angeführten Anordnungen lassen sich auch als Umsteuerungen verwenden. Wie in Fig. 17 gezeigt, ist es zur Umsteuerung nur nothwendig, dafs die eine der beiden combinirten Bewegungen ihren Sinn ändert. . Denn läfst man die Curve M unverändert, klappt die Curve L um i8o° um nach L¹ und combinirt die beiden Curven M und L\ so wie in Fig. 4 die Combination von M und L dargestellt ist, so erhält man eine resultirende Curve 2V¹, die. einfach die um i8o° umgeklappte Curve TV ist, so dafs jetzt für eine Fahrstrahlbewegung nach rechts sich alles identisch gestaltet wie für eine Fahrstrahlbewegung nach links bei der Curve N. Läfst man die Curve M unverändert und verkleinert oder vergröfsert die Curve L, so verkleinert oder vergröfsert sich die Füllung, wie in Fig. 18 gezeigt, wo N die resultirende Curve von M und L und TV¹ die resultirende Curve von Mund L¹ ist.

Als Beispiel ist für die Steuerung (Fig. 9) eine Anordnung für Umsteuerung und veränderliche Füllung gezeichnet (Fig. 19). Die Excenterstange ist hier nicht mehr wie in Fig. 9 direct mit dem Hebel GFD verbunden, sondern durch die um ihren Mittelpunkt J schwingende Kulisse H. Mittelst des Handhebels K kann man den Drehpunkt J relativ zum Endpunkt G des Hebels GFD verlegen, so dafs die Excenterbewegung entweder direct in voller Gröfse oder verkleinert auf den Gleitstein G übertragen wird, oder, wie in der Figur gezeichnet, umgekehrt, wie von einem um i8o° gegen das erste aufgekeilte Excenter, und zwar wieder in voller Gröfse oder verkleinert. Dadurch ist es also möglich, sowohl für Vorwärts- wie für Rückwärtsgang die Füllung zu ändern, wie bei den meisten anderen Umsteuerungen.

In den Fig. 8a bis 14a und 16a sind unterhalb der Diagramme an zwei Doppellinien die Hauptkolbenstellungen für eine Pleuelstangenlänge von fünf Kurbellängen bezeichnet und mit denselben Buchstabenbezeichnungen versehen, wie die entsprechenden Kurbelstellungen im Polardiagramm. Damit man direct die zurückgelegten Kolbenwege vergleichen kann, ist der Rückgang des Kolbens umgeklappt gezeichnet, so dafs an beiden Doppellinien die Bewegung von rechts nach links erfolgt. Die innere und äufsere Schieberüberdeckung ist in allen Diagrammen für die beiden Kolbenseiten verschieden gewählt, so dafs Füllung und Compression gleich ist für beide Seiten.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Aeufsere Steuerung für Kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dafs zur Erzielung einer für kleine Füllungen günstigen Bewegung des Schiebers diese von einem Punkte eines Hebels abgeleitet wird, dessen eines Ende drehbar an der Kolbenstange oder am Kreuzkopf befestigt ist und dessen anderes Ende sich durch eine um einen festen Punkt drehbare Hülse schiebt, während gleichzeitig eine vollständige Umänderung des Bewegungsgesetzes des Schiebers dadurch erzielt wird, dafs entweder dieser Hebel (bezw. die Hülse bezw. das Uebertragungsglied zwischen Hebel oder Hülse und Schieber) gleichzeitig Theil nimmt an der Bewegung eines Punktes einer Excenterstange (Fig. 9 und 19) bezw. der Querbewegung einer Pleuelstange (Fig. 8 und 16) bezw. der Bewegung eines oscillirenden Cylinders (Fig. 12), oder dafs statt dessen die Schieberbewegung gleichzeitig abhängig ist von der Bewegung eines Punktes eines zweiten, ebenso wie oben bewegten Hebels bezw. einer Hülse (Fig. 11 und 14).

2. Aeufsere Steuerung nach Anspruch 1., bei welcher der Hebel anstatt direct an Kolbenstange oder Kreuzkopf indirect an einem Hebel, der von Kolbenstange oder Kreuzkopf bewegt wird, befestigt ist (Fig. 10).

3. Aeufsere Steuerung nach Anspruch i.für oscillirende Cylinder, bei welcher der Hülsendrehpunkt am Cylinder und das andere Ende des Hebels drehbar am festen Gestell befestigt ist (Fig. 1.3).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.