-
Gestängelose Schiebersteuerung für doppelt wirkende Kolbenkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht s -ich auf eine gestän@geilose Schiebersteuerung für doppelt
wirkende schwungradlose Kolbenkraftmaschinen mit einem als Differentialkolben- ausgebildeten
Haupt;s,chieiber und einem Hi,l@fssteuersoh:ieber, der an dem einen Ende des Hauptsteuerschie(bers
angeordnet ist und von diesem durch Anschlag mitgenommen wird.
-
Bei einer bekannten., für einen Luftverdichter ausgeführten Steuerung
dieser Bauart (Patentschrift 591 730), bei der der Hauptschieber vier miteinander
verbundene Kalben gleicher Größe, einen Kolben mit größerer Fläche und: einen: Kolben
enthält, dessen Größe zwischen der der vier Kolben und des Kolbens größerer Fläche
liegt, erfolgt die Umsteuerung des Kolbensohiebers zunächst durch Frischdampf und
dann weiter durch Abdampf des Hochdruckzylindere. Die Verwendung von Ab-
dampf
zur Beendigung der Schieberbewegung bringt eine Unzuverlässigkeit in der Umsteuerung
mit sich, so daß diese Steuerung sich nicht durchsetzen konnte. Der bei dieser Steuerung
vorgesehene Hüfsschielber nimmt auch nicht an der ganzen Schieberbewegung des Hauptschiebers
teil und wird nur zum Teil durch den Hauptschieber verschoben. Die Steuerung ist
auch nur für Verbunddampfmaschinen, also nicht für Einizylindecmaschinen anwendbar.
-
Die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine größere Hubzahl der
Kraftmaschine zu ermöglichen, ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, bei der
grundsätzlich die Umsteuerung des als Differentialkolben ausgebildeten Hauptschiebers
in
beiden Richtungen durch aus - dem Arbeitszylinder eingeleitet
und durch frisches Treibmittel beendet wird.
-
Die Steuerung nach der Erfindung bietet insofern eine generelle Lösung,
als. sie sowohl für Einzylindervalldruakmasichinen wie auch für Verbundmaschinen
mit hintereinander oder nebeneinander angeordneten Hochdruck- und Niederd@ruckkolben
anwendbar ist. Gegenüber bekannten derartigen Steuerungen mit zwei Hilfsschiebern
(Patentschrifit 597 d52), die an den Enden des Hauptschiebers: rdliativ zu ihm beweglich
sind, is.tedlt die Erfindung, die mit einem einzigem Hilfsschieber auskommt, eine
erhebliche Vereinfachung dar.
-
Bei; einer dieser bekannten: Steuerungen. mit. einem Hauptschieber
durchweg gleichen, Durchmessers (Patentschrift 597 6S2) erfolgt die Beaufschlaggung
der arbeitenden Steuerdcan=e@r durch den liegengebliebenen Hilnfsschieber und die
Entlüftung der nicht arbeitenden Kammer durch den geschobenen Hilfsschieber. Die
Umsteuerung des Hauptschiebers erfolgt in beiden Richtungen in der Weise, daß die
beiden großen Umisiteuerräume durch die beiden Hildsischieber abwechselnd bearafschlagt
und entlüftet werden.
-
Die Steuerung nach der vorliegenden Erfindung besitzt als Hauptstenerorgan
einen Differentialkolbenschieber und nur einen an dessen einem Ende angeordneten
Hilfsschieber. Es Bind nur drei Umsteuerräume vorhanden.
-
Die Steuerung ist in der Zeichnung in Ausführungsibeispielen für .drei
verschiedene Anwendungszwecke mit jeweils mehreren Stellungen der Schieber dargestenl:lt,
und zwar zeigen Abb. i bis 4 und 5 je eine Aus£.übrung der Steuerung für eine doppelt
wirkende Einzylin@derkolbenkraffimaschine, Abb.6 bis lo eine Ausführung der Steuerung
für eine. mit Tandemanordnung der Zylinder und Abb. ii bis 13 eine Ausführung der
Steuerung für eine Verbundmaschine mit neibeneinanderliegendem Hoch- und Niederdnuakzyliinder.
-
Der Hauptschieber d bewegt ,sich in dem Schiebergehäuse c. Er besteht
unter anderen aus dem großen Triebkolben e1 und dem Triebkolben e2 von kleinerem
Durchmesser. Die Verteilung des Treibmittels, also .des Dampfes :bei einer Dampfmaschine,
nach dem Arbeitszylinder a überwachen die beiden Verteilungskolben dl und d2, zwischen
die das Treibmittel durch den Schlitz p 'eintreten kann. Oberhalb des Verteilungskolbens
dl ist ein Entlastungskolben d3 von gleichem Durchmesser angeordnet. Durch diese
drei genannten Kolben werden die Kanvmern y, r1, r2, r3 am Hauptschieber gebildet.
Der InnenTaüm-k des hehlen Schiebers d dient über die Schlitze k1 bzw. k2 zur Ableitung
des verbrauchten Treibmittels aus dem Arbeitszylinder d. Die nach dem. Arbeitszylinder
führenden Kanäle dl bzw. cal sind in dem Schiebergehäuse an die Schlitze p1 und
p2 angeschlossen, die von den Verteilungskolbendl und, d2 abwechselnd überlaufen
erden. An den Kanal a1 ist ein Steuerkanal n1 angeschlossen, der narh.dem Steuerraum:
f auf die Stitrnfläche des Hilfsschiebers e führt. Ein ähnlicher Kanal n2 führt
von dem unteren Zylinderkanal a2 nach dem oberen Umsteuerraum f2. Durch den
Haupt- und Hilfsschieber werden die drei Umsteuerräume f, f1 und f2 gebildet. Die
beiden Umsteuerräume f1 und f2 dienen zur Aufnahme .des Treibmittels aus. dem Arbeitszylinder
und stehen mit diesem über .die Entniahmeleitungen ml bzw. m= in Verbindung.
-
Der unterhalb des Hauptschiebers angeordnete Hilfsschieber e ist als
Schleppschieber ausgebildet und wird durch die Sehlepp.schieberspindel e3 mit dem
Anschlag e4 nach Überschreiten der Schiebermittell.age von dem Hauptschieber reitgenommen.
Der hohl, .ausgebildete - Hilfs:schieberbesitzt die Bohrungen hl und h2, über die
das Treibmittel aus der Entnafhfeleitung mal vom Arbeitszylinder nach der großen
Umsteuerkammer f l gelangen kann.
-
Zur Entlüftung ,der großen Umsteuerkammer f l dient eine vom Hilfss
hieber gesteuerte Entlüftungs:leitung o1, die an die Abdampfri.ngkammer r2 des Hauptschiebers
d angeschlossen ist.
-
Die Wirkungsweise der in Abb. i bis 4 für eine Einzylinderm.aschine
dargestellten Steuerung ist folgende: In A66. i befindet sieh der Hauptstener.schieber
d mit dem Hilfsschieber e in der unteren Endlage, in .der der Hauptschieber durch,
frisches Treibmittel, das über die Leitung n2 nach .der Steuerkammer f2 gelangt,
festgehalten wird. Der Arbeitskolben b erhält bei dieser Lage des Hauptschiebers
Treibmittel von unten und bewegt sich - nach, oben.. In der oberen Lage angekommen,
gibt der Arbeitskolben b die Entnahmeleitung @n' frei, über welche Druckmittel .aus
dem Arbeitszylinder ca nach dem Hilfsschieber e strömt und über .dessen Ringnut
g sowie die Bohrungen lag und hl im Hilfsschieiber in den großen Um.steuerraum
f1 gelangt. Da die zwischen dem Triebkolben e2 und dem Entlastungskolben d3 Liegende
Schieberkammer y3 unter Auspuffdruck steht, wird ,der Hauptschieber nach Beaufschl.agung
der großen Steuerkammer f1 mit Treibmittel aus dem Arbeitszylinder nach oben geschleudert.
Der Hilfsschieber bleibt bei dieser Bewegung liegen, bis er nach Überschreiten der
Mittellage des Hauptschiebers von diesem. durch den Anschlag e4 mitgenommen wird
(A66. 2). Der Hilfsschieber e steuert außerdem nach Überschreiten der Mittelhage
des Hauptsrahiebers unter der Einwirkung des durch den Kanal n1 strömenden frischen
Treilbmittels an den Hauptschieber --heran und beendet die Schieberbewegung.
-
Hat der Hauptschieber die in Abb. 3 dargestellte Lage erreicht und
befindet sich der Hil:fsschieber bereits an dem Hauptschitiber, so findet-eine Entlüftung
der großen Steuerkammer f1 über die Leitung o1 statt. Da diese Leitung o1 an die
Ringkammer r2 des Hauptschiebers in der Weise an.-geschlossen ist, daß der Druck
des aus dem Arbeitszylinder abströmenden Treibmittels sich dem Umsteuerraum
f
l mitteilt, kann eine Rücksteuerung des Hauptschiebers d durch den im Umsteuerraum
f2 herrschenden Druck nicht stattfinden. Vielmehr wird das aus dem Arbeitszylinder
unter Druck abströmende Treibmittel die Bewegung des Hauptschieibers nach oben unterstützen.
Um die Rücksteuerung des Hauptschiebers zu verhindern, muß angestrebt werden, daß
.in der Schieberlage nach Abb.3 die jeweiligen Drücke in den Steuerkammern f2 und
f1 annähernd gleich sind. Ein Mittel hierzu ist die Bemessung der Schlitze k2, die
den Druckzustand in der großen Steuerkammer f1 beeinfluß.t.
-
Wie aus Abb. 3 zu ersehen ist, findet in dieser Phase der Schieberbewegung
praktisch nur ein Schiebendes. Steueraggregats durch Beaufschlagen; des Hilfsschiebers
mit frischem Treibmittel statt. Die Umsteuerkräfte werden hierdurch herabgemindert,
und damit wird ein Schlagen des Schiebers verhindert, während andererseits diese
unter dem Einfluß frischen Treibmittels entstehenden. Steuerkräfte die Schieberbewegung
mit Sicherheit vollenden. Die Bewegung des Hauptschiebers in der entgegengesetzten
Richtung, also von. der oberen Endlage in die untere, erfolgt in der Weise, daß
der Arbeitskolben b in der unteren Lage die Entnahmebohrung m2 freigibt (Abb. q.).
Das Treibmittel tritt über die Entnahmebohrung m2, die am Hauptschieber befinid#fiiche
Ringnut was und ferner über die Bohrungen m4 in den Umsteuerraum f2 ein. Da der
Hilfsschieber durch den auf ihm lastenden Druck des frischen Treibmittels am Hauptschieber
liegt und die Hauptsteuerkammer f1 über den Hilfsschieber, dessen Bohrungen hl und
h2 und dessen Ringnut g nach dem Auspuff A entlastet ist, wird: der Hauptschieber
nach Beaufschlagung des Umsteuerraumes f2 seine Bewegung nach unten antreten. Ist
er in der Mittellage angekommen, so findet eine Abdeckung der Entnahmebohrung nag
durch die Triebkolben e2 statt, während gleichzeitig frisches Treibmittel über die
Leitung n2 in den Umsteuerraum f2 gelangen kann. Der Rest der Bewegung des Hauptschiebers
nach: unten erfolgt demnach wiederum durch frisches Treibmittel, wodurch Zuverlässigkeit
in der Umsteuerung erzielt wird.
-
Es hat sich gezeigt, daß die Anordnung des Entlastungskolbens d3 erforderlich
ist, um den Haupts,chie@ber von jeglichen Drücken, die beim Ausströmen ödes Treibmittels
aus dem Arbeitszylinder eintreten, zu entlasten.
-
Bei .der in Abb. 5 ,dargestellten Ausführung des Schiebers wird das
frische Treibmittel durch das Innere des Hauptschiabers geführt. Das Treibmittel
tritt wiederum durch den Schlitz p in das Schieberge'häuse ein und gelangt in der
darigestellten Lage durch den Innenraum k des Hauptschiebers, d und die Schlitze
k2 nachdem Kanal rat unterhalb des Arbeitskolbens b. Die Umsteuerung des Hauptschiebers
erfolgt in der vorher beschriebenen Weise. Dämpfungskolben sind nicht erforderlich,
da die Räume r1 und f l über die Leitung o1 gleichgeschaltet sind. Außerdem ergibt
sich bei dieser Schieberausführung eine bessere Schmierung des Triebkolbens e2.
Das im frischen Treibmittel befindliche und durch eine Ölpresse hineingedrückte
Zylinderöl wird in der oberen Stellung des Hauptschiebers d (Abb. 5) durch ,den
ziwis chen dem Treibmitteleintritt und dem Umsteuerraum f2 herrschenden Überdruck
nach dem e2 gedrückt.
-
Der Hauptschieber für die Verlbundkodbenkraftm.aschinen nach den Abb.
6 bis 13 führt gleichfalls in seinem Innern frisches Treibmittel und arbeitet
demnach mit Außevkanteneinströmung. In Abb. 6 befinden sich der Hauptschieber und
der Hilfsschieber in der unteren Lage, in der der Hochdruckkolben bh über den Kanal
a1 von. oben Treibmittel erhält. Das unterhalb des Hochdrursdcolbens bi' verbrauchte
Treibmittel strömt über den Kanal a2 in die Ringkammer 77 des Hauptschiebers
und dann weiter durch den Schlitz p5 sowie in den Zylinderkanal ab über den Niederdruckkolben
bn. Das verbrauchte Treibmittel unterhalb .des Niederdruckkolbens bn gelangt durch
den Zylinderkanal a5 und den Ringkanal r6 des Hauptschiebers, nach dem Auspuff A.
-
Das Schieheraggr äat wird in der unteren Lage durch das über dem Triebkolben
e2 wirkende frische Treibmittel festgehalten, weliahes über die an den Eintrittskanal
a1 angeschlossene Leitung n1 in den Steuerraum f2 gelangt. Sobald die untere Entnahmebohrung
m2 vom Hochdruckkolben bh freigelegt ist (Abb. 7), tritt das Treibmittel aus dem
Arbeitszylinder ah über den Hilfsschieber e in die große Steuerkammer f1
und drückt den Hauptschieber d nach oben.
-
In der Mittellage des Hauptschiebers gelangt frisches Treibmittel
über die Leitung vag unter den Hilfsschieiber e, der beim Weitersteuern des Hauptschiebers
durch den Anschlag e4 der Mitnehmerspindel e3 mitgenommen wird. Nach Freilegung
der Entlüftungsleitung o2 durch den Hilfsschieber e und Herstellung der damit eintretenden
Verbindung der großen Steuerkammer f1 mit dem Einlaßkanal a5,des Niederdruckzylinders,
treibt frisches Treibmittel den Hilfsschieber e an den Hauptschieber d heran und
beendet schließlich die Be-@veigung des Hauptschiebers nach oben (Abb.8). Die Verbindung
der großen Steuerkammer f1 mit dem Niederdruckzylinder an ergibt, wie bei der Steuerung
für die Einzylinderkraftmaschine nach Abb.3, eine Herabminderung der Umsteuerkraft
und damit ein schlagfreies Umsteuern des Hauptschiebers d.
-
Die Bewegung des Hauptschiebers aus der oberen Endlage geht in der
gleichen Weise vor sich wie bei den Steuerungen nach Abb. r bis 5. Zu Beginn der
Umsteuerung befindet sich die Schieberkammer y7 zwischen den Verteilungskolben d5
und d6 unter Auspuffdruck (Ab!b. 8 und. 9), an dessen Stelle jedoch nach Überschreiten
der Mittellage des- Hauptschiebers d (Ab!b. zo) das aus dem Hochdruckzylinder nach
dem Niederdruckzyl.inder überströmende Treibmittel von höherem Druck tritt.
Wie
Abb. io erkennen läßt, legt der Hiilfsschieber e kurz vor Erreichen der unteren:
Endliege und mach Abdeckung der Entlüftungsleitung o2 die Entnahmeleitung m2 frei
und stellt damit eine Verbindung der großen. Steuerkammer f1 mit dein Raum unterhalb,
(des Hochdruckkolbens, bh sowie damit auch eine Verbindung der großen Steuerkammer
f1 über den Kanal c,2 mit der Schieberringkammer r7 :her. Das aus dem: Hochdruckzylinder
ausströmende Treibmittel von abnehmendem Druck winkt daher ,auch; in gleicher Stärke
in der großen Steuerkammer f1. Die Gleichschaltung,dieser beiden Räume auf gleichen
Druck vermeidet ein Ansteigen der Triebkraft zum Schluß der Bewegurig des Schiebers,
der durch das auf :den T.riebkälben. e2 wirkende Treibmittel in seine untere Endlage
geschoben wird.
-
In Abb. i i Ibis. 13 ist die gleiche Steuerungsausführung für eine
Ver!bun@dkolbenmvas@chine mit nebeneinander angeordnetem Hochdruck- und Niederdruckzylinder
dargestellt. Die Wirkungsweise ist :die gleiche wie in den vorhergehenden Abbildungen.
-
Durch das Vorhandensein nur eines Hilfsschiebers gestaltet sich das
Anspringen der Steuerung einfacher :und sicherer als bei der .bekannten Steuerung
mit zwei Hilfsschiebern. Inder Mittellage des Hauptschiebers d gibt es nur zwei
grundsätzliche Hil.fsschieberl.agen;, und zwar eine anliegende und eine ausgezogene
gegenüber einer größeren Anzahl von Sahieberlagen .bei der Steuerung mit zwei Hilfsschiebern.
-
Die überdeckungen am Hauptschieber sind so gewählt, .d.aß in der Mittelstellung
des, Hauptschiebers d beide Schlitze p1 und p2 von. den Verteilungskolben dl und
d2 geöffnet sind, so daß frisches Treibmittel oberhalb und unterhalb des Ar#beitskolbens
b :bzw. bjt gelangen kann (Abb. 2, 7, 9, 12" 13).
-
Bei ausgezogenem. Hilfsschieber e (Abb. 2, 7, 12) erhält .die große
Steuerkammer f1 über die nach dem Arbeitszylinder führende Entnahmeleitung in' bzw.
m2 frisches Treibmittel, wodurch der Hauptschieber nach oben gedrückt wird.
-
Bei anliegendem Hilfsschieber findet grundsätzlich über .die mit dem
Auspuff und: bei Verbundmaschinen mit dem Niederdruckzylinder in Verbindung stehende
Entlüftungsleitung o1 bzw. o2 eine Entlastung der großen Steuerkammer f1 statt.
Das auf den Triebkolben wirkende Treibmittel treibt .das Schieberaggregat in die
untere Endlage (Abb. 9, 13).
-
Bei der Steuerung für die Verbundkolbenmaschine ist der den Treiibmittelaus@lasß
steuernde Kolben d5 des Hauptschiebers. d in der Stärke geringer bemessen a1 , der
Trevbmittedauslaßschlitz p6, so @daß in der Mittels-tellunig des Hauptschiebers
und bei ,anliegendem Hilfsschieber e (Abb. 9, 13) die große Steuerkammer f1 mit
dem- Auspuff A in Verbindung gebracht wird.
-
Die schmale Bemessung des Kolbens d5 des Hauptschiebers wirkt sich
.auch dann günstig aus., wenn sich der Hilfsschieber e in der ausgezogenen Lage
(Abb. 7, 12) und der Hauptschieber in der Mittellage befindet. In dieser Lage des
Hauptschiebers findet über den schmalen Kalben d5 eine Entlastung der Schieberkammer
y7 statt, wodurch die Triebkraft zum Herauss.teuern des Hauptschiebers aus- der
Mittellage nach oben, wesentlich erhöht wird.
-
Hiernach ist das Anspringender Steuerung .aus allen. Lagen einfacher
als bei der bekannten Steuerung mit zwei Hilfsschiebern, für welche' eine Anl.aßschaltung
bekannt wurde. (Patentschrift 626924).
-
An Pumpen, die beispielsweise auf Lokomotiven starkem Frost ausgesetzt
-sind, hat sich gezeigt, däß eine einwandfreie Entvässerung des. Dampfzylinders
für die Betriebssicherheit der Hilfsmaschine von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Um diese Schwierigkeiten zu beheben, versucht man durch eine liegende Bauart insbesondere
der Brennsluftpumpe die Entfernung des Kondensationswassers aus dem Dampfzylinder
zu erreichen.
-
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden. der
Haupt- und der Hilfsschieber mittels eines. Stößels in einer Lage festgehalten,
in der die Dampfzufuhr unterhalb des. Hochdruckkolbens erfolgt. Wie aus Abb. 5 .beispielsweise
ersichtlich ist, wird nach dem Abstellen der Pumpe das Schieberaggregat bei Außenkanteneinströmung
mittels des unten angebrachten Schieberstößels s in die obere Endlage gedrückt und
in dieser festgehalten, indem der Schieberstößel einen Haltestift t besitzt, der
beiderseits aus dem Stößelschaft heraus.r.agt und in zwei sich gegenüberliegenden
Längsnuten u der Stößelführungsbuchse v gleiten kann, jedoch bei Verdrehen
des Stößels in :der oberen Endlage um 9o° sich auf den, oberen Rand der Buchse v
legt und dadurch den Stößel festhält. Der oben .am Stößel sitzende Teller w deckt
in der unteren Außengebrauchsilage des. Stößels die Nuten u nach außen ab.
-
Bei geschlossenem, aber undichtem Absperrventil kann Lässigkeitsdampf
nur unterhalb des Arbeitskolbens b gelangen und über das Hilfsschiebergehause nach
außen. entweichen. Es braucht auch nur der untere Entwüsserunigshahn am. Dampfzylinder
geöffnet zu werden, um eine einwandfreie Entwässerung des Zylinders zu erzielen,
;da, dank der festgelegten Schieberstellung Lässigkeitsd.ampf nur unterhalb des,
Kolbens strömen kann.. Ein Ansammeln von Wasser im Dampfzylinder oberhalb des Dampfkolbens
wird hierdurch auch bei längere Zeit .abgestellten Pumpen verhindert und ein rasches
Anlaufen dieser Pumpen auch aus dem kalten Zustand heraus sichergestellt. Infolge
der Vermeidung stehenden Wassers. können an den Zyl.inderlaufflächenkeine Rostansätze
auftreten.