Steuerungseinrichtung für Dampfmaschinen mit durch eine in der Steuerwelle
drehbeweglich gelagerte Hilfswelle in seiner Hubhöhe veränderlichem Kurbelzapfen
Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtnug für Dampfmaschinen mit durch eine
in der Steuerwelle drehbeweglich gelagerte Hilfswelle in seiner Hubhöhe veränderlichem.
Kurbelzapfen, um den Füllungsgrad verändern zu können. Bisher wurde zu diesem Zweck
auf dem -Grundexzenter der Steuerwelle ein sogenannter Expansionsexzenter drehbar
gelagert, der seinerseits. mittels eines Ver,.stellhebels betätigt werden konnte
. Lind dabei den Hub der Steuerschieber veränderte. In Anbetracht der zu einer Dampfmaschinensteuerung
erforderlichen Hubhöhe ergaben sich bei einer solchen Bauart naturgemäß sehr große
Abmessungen und überdies große exzentrisch liegende Massen. Diese wiederum verhindern
.die Anwendung einer solchen Steuerung bei rasch laufenden Maschinen da auch die
Lagerung der Pleuelstange zum Schieberantrieb auf dem großen Exzenter ein hohes
Baugewicht bedingt. BAannt ist ferner eine Hubhöhenverstellbarkeit, wobei der Schieberantrieb
durch einen Kurbelzapfern von der Steuerwelle aus angetrieben wurde und, dieser
Kurbelzapfen in einer radialen Nut der Steuerwelle verstellbar angeordnet war. In
Anbetracht der großen auftretenden Kräfte ist jedoch eine solche verschiebbare Lagerung
niemals so auszuführen, daß auch auf längere Betriebszeit das Entstehen eines Spieles
dieser Führung verhindert werden kann.
Somit maßte sich bei dieser
bekannten. Ausführung nach einer gewissen Betriebszeit ein Führungsspiel des Zapfens
einstellen, so daß der Zapfen im Lager der Pleuelstange des Schieberantriebes sich
verkantete, wodurch ein überaus starker Verschleiß im Lager hervorgerufen, wurde;
eine sehr bald eintretende Laufunruhe war somit unvermeidlich. Eine starre Kurbel
zum Antrieb der Steuerung -läßt demgegenüber keine Füllungsregelung zu und verschlechtert
somit die Wirtschaftlichkeit einer derart ausgebildeten Maschine. Man hat weiterhin
auch schon, um die Hubhöhe des Kurbelzapfens zu verändern, in der Steuerwelle, und
zwar mittig zu dieser, eine Hilfswelle gelagert. Hierbei hatte die Steuerwelle selbst
einen Kurbelzapfen, auf welchem ein Gleitstein gelagert war. Dieser wiederum griff
in ein Gelenkstück ein, das mit einem Kurbelzapfen der Hilfswelle in Verbindung
stand: und seinerseits den Kurbelzapfen der Schiebersteuerung trug. Umgekehrt wurde
auch schon so vorgegangen, daß die Steuerwelle eine Gleitführung besaß und daß in
einem Exzenter der mittvg in der Steuerwelle gelagerten Hilfswelle eine drehbare
Exzenterscheibe mit zwei Kurbelzapfen angeordnet war. Der eine dieser Kurbelzapfen
griff in die Gleitführung der Steuerwelle ein, während der andere Kurbelzapfen dieser
Exzentersc'heibe den Angriffspunkt der Schiebersteuerung darstellte. Der Nachteil
dieser Vorrichtung bestand in der großen Vielzahl der Einzelteile, woraus sich nicht
narr höhere Herstell:ungskosten ergaben, .sondern audh vor allem eine Vielzahl von
Lagerstellen. Es war 'hierbei ebenfalls unvermeidlich, daß nach einiger Betriebszeit
ein entsprechendes Lagerspiel an vielen Lagerstellen und somit eine fühlbare Laufunruhe
sich einstellten.Control device for steam engines with one in the control shaft
rotatably mounted auxiliary shaft with variable crank pin in its stroke height
The invention relates to a control device for steam engines with a
Auxiliary shaft rotatably mounted in the control shaft with variable lift height.
Crank pin to be able to change the degree of filling. So far this has been done
a so-called expansion eccentric rotatable on the basic eccentric of the control shaft
stored, in turn. could be operated by means of an adjustment lever
. Lind changed the stroke of the control slide. In view of the need to control a steam engine
The required lifting height naturally resulted in such a design being very large
Dimensions and, moreover, large eccentric masses. Prevent this in turn
. the use of such a control in fast running machines as well as the
Storage of the connecting rod for the slide drive on the large eccentric a high
Due to the construction weight. BAannt is also a lift height adjustability, whereby the slide drive
was driven by a crank pin from the control shaft and, this
The crank pin was adjustable in a radial groove of the control shaft. In
In view of the large forces occurring, however, such a displaceable mounting is
never to be carried out in such a way that a game arises even over a longer period of operation
this leadership can be prevented.
Thus measured with this
known. Execution of a guide clearance of the pin after a certain operating time
adjust so that the pin in the bearing of the connecting rod of the slide drive is
tilted, which caused extremely heavy wear in the bearing;
uneven running that soon occurred was therefore inevitable. A rigid crank
To drive the control system, on the other hand, does not allow any filling control and worsens it
thus the profitability of a machine designed in this way. One still has
also already to change the stroke height of the crank pin, in the control shaft, and
although in the middle of this, an auxiliary shaft is supported. Here the steering shaft itself had
a crank pin on which a sliding block was mounted. This in turn took hold
into a joint piece that is connected to a crank pin of the auxiliary shaft
stood: and in turn carried the crank pin of the slide control. It was reversed
already proceeded so that the control shaft had a sliding guide and that in
an eccentric of the auxiliary shaft mounted in the middle of the control shaft, a rotatable one
Eccentric was arranged with two crank pins. One of those crank pins
engaged in the sliding guide of the control shaft, while the other crank pin this
Eccentric disk represented the point of application of the slide control. The disadvantage
this device consisted in the great multitude of individual parts, from which it is not possible
There were foolishly higher manufacturing costs, but above all a large number of
Storage locations. It was also inevitable that after some operating time
a corresponding bearing play at many bearing points and thus a noticeable uneven running
set in.
Diese Nachteile sämtlicher bekannten Einrichtungen werden nach der
Erfindung dadurch vermieden, daß die den Kurbelzapfen tragende Hilfswelle in der
Steuerwelle außermittig parallel zu deren Längsachse drehbar einstellbar gelagert
ist. Zugleich wird es vermieden, daß ein Kurbelzapfen der Hilfswelle zwischen der
Lagerung des Gelenkstückes auf dem Gleitstein und dem eigentlichen Steuerkurbelzapfen
angreift, was. höhere Verstellkräfte erfordern würde. Die Anordnung der Erfindung
erlaubt einen Angriff der Verstel:lkräfte an. einem längeren Hebelarm, als .ihn.
der Steuerzapfen des Schieberantriebes besitzt. Sie erfordert also eine geringere
Versteilkraft .und läßt einen baulich kleineren Servomotor zu. Dieser kann in Weiterbildiung
der Erfindung mittig zur Steuerwelle auf dieser angeordnet sein und die Verstellkräfte
vermittels eines radial beweglichen, mit einem Verstellhebel der Hilfswelle zusammenarbeitenden
Gleitsteines; auf diese Hilfswelle übertragen.These disadvantages of all known devices are after
Invention avoided in that the auxiliary shaft carrying the crank pin in the
Control shaft rotatably mounted eccentrically parallel to its longitudinal axis
is. At the same time it is avoided that a crank pin of the auxiliary shaft between the
Storage of the joint piece on the sliding block and the actual control crank pin
attacks what. would require higher adjustment forces. The arrangement of the invention
allows the adjustment forces to attack. a longer lever arm than him.
the control pin of the slide actuator has. So it requires a lower one
Adjustment force .and allows a structurally smaller servo motor. This can be done in further training
the invention be arranged centrally to the control shaft on this and the adjustment forces
by means of a radially movable, cooperating with an adjusting lever of the auxiliary shaft
Sliding block; transferred to this auxiliary shaft.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in schematischer Darstellung
beispielsweise. veranschaullicht. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt, F.ig.2 einen
Querschnitt durch den Drehservomotor in A.usichf von der Kurbelzapfenseite der Steuerwelle,
Fig. 3 eine Ansicht der Stirnseite der Steuerwelle mit Einstellung der Kurbel auf
maximalen Hub, Fig. 4 ebenfalls eine Ansicht der Stirnseite mit Einstellung- der
Kurbel auf Mindesthub, Fig. 5 die durch die Steuerung vermittelte Scheitelkurve.The subject of the invention is shown schematically in the drawing
for example. visualized. It shows Fig. I a longitudinal section, F.ig.2 a
Cross section through the rotary servo motor in A.usichf from the crank pin side of the control shaft,
Fig. 3 is a view of the end face of the control shaft with the setting of the crank
maximum stroke, FIG. 4 also shows a view of the end face with the setting
Crank to minimum stroke, FIG. 5 shows the apex curve conveyed by the control.
Die Steuerwelle i einer Dampfmaschine ist in üblicher Weise bei 2
und 3 gelagert. Sie empfängt ihren Antrieb über ein Zahnrad 4. In der Steuerwelle
ist exzentrisch, jedoch achsparallel zu ihrer Längsachse, eine weitere Hilfswelle
5 drehbar gelagert, die ihrerseits an der Stirnseite der Steuerwelle einenKurbelzapfen6
aufweist. DieserKurbelzapfen steht in bekannter Weise mit der Pleuelstange 7 einer
aus den Schiebern 8 bestehenden Steuerung in Verbindung. Die Hilfswelle 5 ist, wie
die Zeichnung erkennen läßt, auf einer großen Länge gelagert, so daß die am Kurbelzapfen
6 angreifenden Kräfte diese Lagerung nicht nachteilig beeinflussen können. Ein Verkanten
dies Kurbelzapfens 6 gegenüber der Kurbelwelle i ist daher mit Sicherheit vermieden.
Auf der Hilfswelle 5 ist ferner ein Verstellhebel9 fest angeordnet, durch dessen
Bewegung eine Drehverstellung der Welle 5 und damit auch eine Veränderung des Achsabstandes
zwischen dem Kurbelzapfen 6 und der Längsachse der Steuerwelle i bewirkt werden
kann. Um diese Schwenkbewegung des Verstellhebels durchzuführen, ist auf der Steuerwelle
i ein Dreh-' servomotor angebracht. Dieser besteht aus einem auf die Steuerwelle
i fest aufgekeilten Körper io, der mit festen Flügeln i i verbunden ist. Ferner
ist auf der Steuerwelle ein aus den Stirnwänden 12, 13 und einer Hülse 14
bestehender Drehkörper angeordnet, der ebenfalls mit Rippen 15 versehen ist. Die
Stirnwand i2 besitzt eine radial angeordnete Nut 16, in der ein Gleitstein
17 geführt ist. Dieser wiederum ist auf einen mit dem Schwenkhebel 9 fest verbundenen
Zapfen 18 aufgeschoben. Die Steuerwelle i besitzt zwei Bohrungen i9, 2o, die den
Körper io durchdringen und jeweils zwischen einem Rippenpaar i i, 15 münden.
Den Bohrungen i9, 2o wird Druckflüssigkeit über eine Muffe 2 1 aus den Leitungen
22,23 zugeführt, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerschiebers
eines Reglers an sich bekannter, beliebiger Bauart (in der Zeichnung nicht veranschaulicht).
Soll z. B. der Füllungsgrad beim Absinken der Drehzahl erhöht werden, so ist die
Verbindung der Leitungen 22, 23 mit dem Steuerschieber des Reglers so getroffen,
daß Druckflüssigkeit über die Leitung 22 und die Bohrung 2o in die Räume 24 zwischen
den Flügeln 1i, 15 eintritt. Die Räume 25 dagegen stehen über die Bohrung i9 und
die Leitung 23 mit dem Steuerschieber des Reglers so in Verbindung, daß die in den
Räumen 25 enthaltene Flüssigkeit zurückfließen kann.The control shaft i of a steam engine is mounted in the usual way at 2 and 3. It receives its drive via a gear 4. Another auxiliary shaft 5 is rotatably mounted in the control shaft eccentrically, but axially parallel to its longitudinal axis, which in turn has a crank pin 6 on the end face of the control shaft. This crank pin is connected in a known manner to the connecting rod 7 of a control system consisting of the slides 8. As the drawing shows, the auxiliary shaft 5 is mounted over a great length so that the forces acting on the crank pin 6 cannot adversely affect this mounting. Canting of this crank pin 6 with respect to the crankshaft i is therefore definitely avoided. An adjusting lever 9 is also fixedly arranged on the auxiliary shaft 5, by the movement of which a rotational adjustment of the shaft 5 and thus also a change in the axial distance between the crank pin 6 and the longitudinal axis of the control shaft i can be effected. In order to carry out this pivoting movement of the adjusting lever, a rotary servo motor is attached to the control shaft i. This consists of a body io which is firmly keyed onto the control shaft i and which is connected to fixed vanes ii. Furthermore, a rotating body consisting of the end walls 12, 13 and a sleeve 14, which is also provided with ribs 15, is arranged on the control shaft. The end wall i2 has a radially arranged groove 16 in which a sliding block 17 is guided. This in turn is pushed onto a pin 18 firmly connected to the pivot lever 9. The control shaft i has two bores i9, 2o, which penetrate the body io and each open out between a pair of ribs ii, 1. 5 The bores i9, 2o pressure fluid is supplied via a sleeve 2 1 from the conduits 22,23, depending on the position of the control slide of a regulator known per se, of any type (in the drawing not illustrated). Should z. If, for example, the degree of filling is increased when the speed drops, the connection of the lines 22, 23 to the control slide of the regulator is made so that hydraulic fluid enters the spaces 24 between the blades 1i, 15 via the line 22 and the bore 2o. The spaces 25, on the other hand, are connected to the control slide of the regulator via the bore 19 and the line 23 in such a way that the liquid contained in the spaces 25 can flow back.
Aus Gründen der Einfachheit ist in der Fig.2 jeweils nur ein Zweig
der in die Räume 24 mündenden Bohrung 2o und der in die Räume 25 mündenden Bohrung
i9 eingetragen.For the sake of simplicity, only one branch is shown in FIG
the bore 2o opening into the spaces 24 and the bore opening into the spaces 25
i9 registered.
Bei Eintreten von Druckflüssigkeit in die Räume 24 wird somit die
Hülse 14 .in diesem Fall nach
Fig. 2 nach rechts verdreht und damit
auch über den Gleitstein 17 und den Verstellhebel 9 die in der Steuerwelle i gelagerte
Hilfswelle 5. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß bei einer solchen Verstellung der Achsabstand
zwischen der Steuerwelle i und dem Kurbelzapfen 6 größer wird und damit auch der
Hub der Steuerschieber 8 und der Füllungsgrad der Maschine.When pressure fluid enters the spaces 24, the
Sleeve 14 .in this case after
Fig. 2 rotated to the right and thus
also via the sliding block 17 and the adjusting lever 9, the one mounted in the control shaft i
Auxiliary shaft 5. From Fig. 3 it can be seen that with such an adjustment the center distance
between the control shaft i and the crank pin 6 becomes larger and thus also the
Stroke of the control slide 8 and the degree of filling of the machine.
Beine Artsteigen -der Maschinendrehzahl erfolgt die Zufuhr von Druckflüssigkeit
in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerschiebers des Reglers nunmehr über die
Leitung 23 und die Bohrung i9 in die Räume 25, während die Räume 24 über' die Bohrung
2o entlastet werden. Es wird daher in einem solchen Fall eine Verdrehung der Hülse
14 nach links bewirkt, so daß entsprechend Fig. 4 eine Verringerung des Achsabstandes
zwischen Kurbelzapfen 6 und Längsachse der Steuerwelle i und damit eine Verringerung
des Füllungsgrades der Maschine eintritt.As the machine speed increases, hydraulic fluid is supplied
depending on the position of the control spool of the regulator now via the
Line 23 and the bore i9 into the spaces 25, while the spaces 24 via 'the bore
2o be relieved. In such a case, there is therefore a twisting of the sleeve
14 caused to the left, so that, as shown in FIG. 4, a reduction in the center distance
between the crank pin 6 and the longitudinal axis of the control shaft i and thus a reduction
the filling level of the machine occurs.
Bei dieser Art der Steuerung ergibt sich ganz ähnlich wie bei der
eingangs erwähnten Steuerung vermittels Drehexzenter nach Fig. 5 eine gekrümmte
Scheitelkurve. In Fig. 5 ist die Achsmitte der Steuerwelle i mit ia, die Mittelachse
der Hilfswelle 5 mit 5" bezeichnet. 6" bezeichnet den Maximalabstand des Kurbelzapfens
6 von der Längsachse i" der Steuerwelle i, 6b dessen Minimalabstand.This type of control is very similar to that of the
The control mentioned at the beginning by means of the rotary eccentric according to FIG. 5 is a curved control
Apex curve. In Fig. 5, the center of the axis of the control shaft i with ia is the central axis
of the auxiliary shaft 5 is denoted by 5 ". 6" denotes the maximum distance of the crank pin
6 from the longitudinal axis i ″ of the control shaft i, 6b its minimum distance.
Selbstverständlich könnte an Stelle eines hydraulischen Servomotors
auch jede mechanische Verstellvorrichtung Anwendung finden, oder es könnte auch
der Verstellhebel9 mit einem sogenannten Achsregler gekuppelt werden. Wesentlich
in allen Fällen ist, daß die exzentrische Anordnung der den Kurbelzapfen 6 tragenden
Hilfswelle 5 in der Steuerwelle bei völlig einwandfreier Führung des Kurbelzapfens
es erlaubt, mit geringsten außermittig liegenden Massen auszukommen, so daß die
Anwendung der erfindungsgemäßen Steuerung auch bei Dampfmaschinen hoher Drehzahl
erfolgen kann, ohne daß Erschütterungen im Lauf auftreten.Of course, a hydraulic servo motor could be used instead
any mechanical adjustment device can also be used, or it could
the adjusting lever9 can be coupled with a so-called axis controller. Essential
in all cases is that the eccentric arrangement of the crank pin 6 supporting
Auxiliary shaft 5 in the control shaft with completely perfect guidance of the crank pin
it allows to get by with the smallest eccentric masses, so that the
Application of the control according to the invention also to high-speed steam engines
can be done without vibrations occurring in the barrel.