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Druckausgleich-Kolbenschieber Bei Dampflokomotiven sind Druckausgleich-Kolbenschieber
bekannt, die im Leerlauf der Lokomotiven, z. B. Talfahrten, selbsttätig eine Stellung
einnehmen, bei der die Räume im Dampfzylinder vor und hinter dem Treibkolben über
die Ausströmkanäle Verbindung haben, so daß in diesen Räumen ein Druckausgleich
besteht.
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Diese Wirkung wird dadurch erzielt, daß die auf jeder Schieberstange
angeordneten beiden Schieberkörper in je zwei besondere Kolbenkörper, die äußeren
und die inneren, unterteilt sind. Die Scheiben der äußeren Kolbenkörper haben Dampfdurchlaßöffnungen,
während die Scheiben der inneren Kolbenkörper geschlossen sind. Die äußeren Kolbenkörper
sitzen fest auf der Schieberstange. Sie besitzen einseitige nach dem inneren Kolbenkörper
gerichtete Nabenvorsprünge, in denen sich offene, ringförmige Kammern zur Lagerung
von Schraubenfedern befinden. Auf der äußeren Wandung dieser Kammern gleiten die
inneren Kolbenkörper auf Hohlnaben, die gleichzeitig als Federteller ausgebildet
sind und die die bereits im äußeren Kolbenkörper vorhandenen offenen Federkammern
abschließen. Die dort eingelagerten gespannten Schraubenfedern drücken bei abgestelltem
Dämpf den beweglich angeordneten inneren Kolbenkörper an die als Begrenzanschläge
ausgebildeten Bunde der Schieberstange, wodurch die Ausströmkanäle beiderseitig
des Treibkolbens freigegeben werden, so daß der Zylinderinhalt über diese durch
den Treibkolben von einer Zylinderseite in die andere geschoben werden kann.
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Durch den einströmenden Dampf bildet sich zwischen den beiden beweglichen
inneren Kolbenkörpern Dampfdruck. Dieser schiebt nach Überwindung der Federspannungen
die inneren gegen die
äußeren Kolbenkörper. Durch diese Vereinigung
entstehen auf der Schieberstange zwei durch Dichtflächen geschlossene Schieberkörper,
deren Grenzabmessungen und Arbeitsweisen mit den Kolbenschiebern der ursprünglichen
Bauart, die für den Druckausgleich besondere Vorrichtungen erfordern, in dieser
Stellung übereinstimmen und in gleicher Weise arbeiten.
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Die bisher bekannten Druckausgleich-Kolbenschieber zeigen bestimmte
Nachteile, die zum überwiegenden Teil auf die im Lokomotivbau herrschenden Grenzabmessungen
der ursprünglichen Bauart der Kolbenschieber ohne selbsttätigen Druckausgleich,
Regelschieber genannt, zurückzuführen sind. Der inländische Lokomotivbau hat durch
umfangreichen Export internationale Bedeutung erlangt. Es ist technisch und wirtschaftlich
nicht tragbar, den Rahmen, der durch die Grenzabmessungen für die Kolbenschieber
der Regelbauart gegeben ist, zu verlassen. Eine Vielzahl von Lokomotiven alter und
neuer Bauart des In- und Auslandes könnten dann mit den fortschrittlichen Druckausgleich-Kolbenschiebern
nicht ausgerüstet werden. Die notwendige Beschränkung auf einmal festgelegte Grenzabmessungen
für Kolbenschieber beeinflußt, wie vorstehend begründet ist, jede Neuentwicklung
auf diesem Gebiet, weil hierdurch die Gestaltung von schwierig geformten Einzelteilen
auf engstem Raum bedingt ist. Die Nachteile bisher bekannter Druckausgleich-Kolbenschieber
bestehen in folgendem: i. Der einteilig ausgebildete äußere Kolbenkörper sitzt unmittelbar
auf der dem überhitzten Frischdampf ausgesetzten Schieberstange. Der Nabenteil des
Kolbenkörpers erwärmt sich hierdurch auf eine Temperatur, die über 4oo° C betragen
kann. Der dem Kolbenkranz nahehegende Teil wird dagegen von dem wesentlich abgekühlten
Abdampf bestrichen. Durch diese besonders beim Anfahren nach längerer Betriebsruhe
in kalter Jahreszeit auftretenden Temperaturunterschiede, die oft ioo° C weit überschreiten,
erzeugen im Werkstoff des einteiligen äußeren Kolbenkörpers Spannungen, die sich
in Form von Rißbildungen und Brüchen auslösen.
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2. Der Kolbenkranz des äußeren Kolbenkörpers unterliegt durch Reibung
an der Wandung des Kolhenschiebergehäuses infolge der Eigenschwere oft einem vorzeitigen
Verschleiß. Der hochwertige Kolbenkörper muß deshalb auf Grund seiner einteiligen
Ausführungsform ausgemustert werden, obwohl er in seinen übrigen Teilen noch brauchbar
ist.
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3. Ein ähnlicher Vorgang, wie unter 2 geschildert, tritt auf der äußeren
Wandung der Federkammer ein. Diese Wandung ist aus dem Nabenvorsprung des einteiligen
äußeren Kolbenkörpers gebildet. Sie unterliegt durch das Hinundhergleiten des inneren
Kolbenkörpers dem Verschleiß. Sobald dieser einen bestimmten Grad erreicht hat,
muß der hochwertige äußere Kolbenkörper verworfen werden, weil er einteilig ausgebildet
ist, obwohl seine übrigen Teile noch verwendbar sind.
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4. Der äußere Kolbenkörper muß infolge eingetretener Schäden (Federbrüche,
Nachschleifen der Dichtflächen, Erneuerung der Kolbenringe usw.) des öfteren von
der Schieberstange abgepreßt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Vorgang
infolge Verkrustung des Nabenteils auf der Schieberstange dieser meist so verformt
wird, daß eine Ausmusterung des hochwertigen äußeren Kolbenkörpers notwendig wird,
weil er einteilig ausgebildet ist.
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5. Ein besonders schwerwiegender Übelstand der durch die Enge des
zur Verfügung stehenden Gestaltungsraumes entstandenen einteiligen Ausführungsform
zeigt sich bei der Herstellung des äußeren Kolbenkörpers, dessen Werkstoff infolge
hoher Beanspruchung hochwertig sein muß. Die Zerspanungsarbeit vom Rohteil zum fertigen
Stück beträgt bis zu 8o %. Die Federkammern z. B. lassen sich zudem nur mit
Spezialwerkzeugen, die die anfallenden Späne ableiten, ausarbeiten.
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Die vorstehend aufgezeigten Nachteile des Druckausgleich-Kolbenschiebers
werden durch vorliegende Erfindung beseitigt.
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Der erfinderische Gedanke liegt darin, daß der äußere Kolbenkörper
im Rahmen der bestehenden Grenzabmessungen je nach den auftretenden Beanspruchungen
durch Temperaturunterschiede, Belastungen und Verschleißmöglichkeiten unterteilt
wird und daß hierbei neuschöpferisch eine wesentlich vereinfachte fortschrittliche
Ausführungsform mit einem wirtschaftlich tragbaren Zerspanungsverhältnis zwischen
Rohteil und fertigem Stück geschaffen ist.
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In der Zeichnung stellen Mb. i und 2 ein Beispiel der neuen Ausführungsform
des Druckausgleich-Kolbenschiebers in der Leerlaufstellung dar. Darin ist Abb. i
ein Längsschnitt in den Ebenen B-C-D der Abb. 2, und Abb. 2 ist ein Querschnitt
in der Ebene A-A der Abb. i. Die darin eingezeichneten Pfeile bezeichnen die Einströmung
bzw. Ausströmung des Dampfes. Der äußere Kolbenkörper ist unterteilt in die Kolbenscheibe
a mit den Dampfdurchlaßöffnungen a1 und a2, der nachfolgend als Stangenbuchse bezeichneten
Hülse b mit Bundflansch b1 und der nachfolgend als Führungsbuchse bezeichneten Hülse
c mit Innenflansch cl und Außenflansch c2. Die Stangenbuchse b sitzt fest auf der
Schieberstange d und bildet die innere Wandung der Federkammer e. Die Führungsbuchse
c bildet die äußere Wandung dieser Federkammer und umschließt mit dem Innenflansch
c1 den Bundflansch b1. Der Außenflansch c2 lagert in einer Eindrehung der Kolbenscheibe
a und wird durch die Verschraubungen f gesichert. Gegebenenfalls kann auch die Kolbenscheibe
a aus mehreren konzentrischen Drehkörpern zusammengesetzt sein. -Der bewegliche
innere Kolbenkörper führt sich einmal mit dem federtellerartig ausgebildeten Flansch
g auf der Buchse b und gleitet zum anderen mit der Hohlbuchse i auf der äußeren
Wandung der Führungsbuchse c. In der durch Flansch g und Hohlbuchse i abgeschlossenen
Federkammer e ist die Schraubenfeder k unter Spannung eingelagert.
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Wird bei einströmendem Dampf der innere Kolbenkörper an den äußeren
Kolbenkörper herangeschoben,
so treffen die ringförmigen Dichtungsflächen
l und l' aufeinander. Die ringförmigen Dichtungsflächen l liegen außerhalb
der Dampfdurchgangsöffilungen a1 und a='. Der Dampf kann mithin in der geschlossenen
Stellung der Kolbenkörper nur dann aus (lern Zylinder entweichen, wenn, wie beim
Regelschieber, die Ausströmkanäle freigegeben werden.
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Abb. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Halterung der Führungsbuchse
c durch die eingepreßte oder eingeschraubte Stangenbuchse b erfolgt.
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In Abb.-t wird die Halterung der Führungsbuchse c unmittelbar durch
Einpressen oder Einschrauben in die Kolbenscheibe a hergestellt.
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Abb. 5 zeigt eine Halterung der Führungsbuchse c durch Verschraubung
zwischen Bundflansch b1 und Innenflansch cl.
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In Abb. 6 sitzt der Innenflansch cl auf dem Rundflansch b1 ähnlich
wie in Abb. i, jedoch erfolgt die Halterung durch Verschraubung der Führungsbuchse
c unmittelbar mit der Kolbenscheibe a.
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Im einzelnen wird auf die unter i bis 5 angeführten Nachteile und
deren Beseitigung durch die vorliegende Erfindung wie folgt eingegangen: Zu i. Durch
die Unterteilung des bisher einteiligen äußeren Kolbenkörpers in Kolbenscheibe a,
Stangenbuchse b und Führungsbuchse c werden die durch die Temperaturunterschiede
entstehenden Spannungen im Werkstoff abgefangen. Für die drei Teile kann der Werkstoff
gewählt werden, der den jeweiligen Beanspruchungen entspricht, z. B. für die Kolbenscheibe
ein hochwertiger Stahl mit hoher Festigkeit und geringer Dehnung, für die Stangenbuchse
ein Stahl mit geringerer Festigkeit und hoher Dehnung und für die l@ iihrungsbuchse
ein verschleißfester Werkstoff.
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Zu 2 und 3. Die Unterteilung ermöglicht die Auswechslung schadhaft
gewordener Einzelteile in einfacher Weise. Es hat sich z. B. gezeigt, daß der Nabenteil
am einteiligen äußeren Kolbenkörper, der bei der neuen Ausführungsform durch die
Führungsbuchse c ersetzt wird, nach einer bestimmten Betriebsdauer wegen Verschleiß
die Ausmusterung des äußeren Kolbenkörpers bedingt. Die neue Ausführungsform ermöglicht
an dieser Stelle zunächst den Einsatz eines Werkstoffes, der gegen Verschleiß widerstandsfähiger
ist als der bisherige, denn der Werkstoff für die abgeteilte Führungsbuchse kann
nunmehr unabhängig von den Erfordernissen der übrigen Einzelteile gewählt werden.
Diese Verbesserung wirkt sich günstig auf die Lebensdauer des gesamten Schieberkörpers
aus. Die neue Ausführungsform gewährt jedoch noch einen weiteren Vorteil dadurch,
daß die hochwertige Kolbenscheibe a und die Stangenluchse b erhalten bleiben.
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Zu 4. Das Abziehen des einteiligen äußeren Kolbenkörpers wird durch
die ilti Betrieb eingetretene unvermeidliche Verkrustung des auf der Schieberstange
festsitzenden N abenteils besonders erschwert, weil dieser infolge der einteiligen
Bauart eine ungewöhnlich lange .Auflage auf der Schieberstange haben muß. Diese
Baulänge hat die abgeteilte Stangenbuchse b auch, aber sie braucht bei der Auswechslung
schadhafter Einzelteile nicht abgezogen zu werden. Die auf Gleitsitz gearbeitete
Kolbenscheibe läßt sich dagegen leicht entfernen, weil ihre Laibung für diesen Fall
vorteilhaft geringer ist. Muß die Stangenbuchse b aus bestimmten Gründen entfernt
werden, dann kann sie mittels Stichflamme in einfachster Weise angewärmt und im
Gegensatz zur alten einteiligen Ausführungsform unbeschädigt abgezogen werden.
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Zu 5. Die Unterteilung des äußeren Kolbenkörpers in Kolbenscheibe
a, Stangenbuchse b und Führungsbuchse c ermöglicht im Gegensatz zur
einteiligen Ausführungsform die Herstellung aus einfachen Rohteilen, die für die
Fertigbearbeitung eine tragbare Zerspanung bis zu 20 % des Rohgewichts ergibt. Die
unterteilten Fertigstücke stellen einfache Drehteile dar, die mit normalen Maschinen
und Werkzeugen hergestellt werden können, was bei der einteiligen Bauart nicht möglich
ist.
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Es wird noch auf einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil hingewiesen,
den die Erfindung bietet. Die ausgemusterten Kolbenkörper bekannter Druckausgleich-Kolbenschieber
können durch Entfernung des die Ausmusterung verursachenden Teils und Einsatz eines
passenden Bestandteils der unterteilten neuen Ausführungsform wieder brauchbar gemacht
werden, weil die Grenzabmessungen der einzelnen Bautypen untereinander übereinstimmen.