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Schieber für Dampfsteuerungen Die Erfindung bezieht sich auf einen
Schieber für Dampfsteuerungen, der einen Ring mit mehreren in Umfangsrichtung auf
Abstand voneinander stehenden radialen Kanälen aufweist, die die Verbindung zwischen
der Innenseite und Außenseite des Ringes herstellen, und bei dem ein Hülsenventil
vorgesehen ist, das in Längsrichtung in b#ezug auf den Ring gleitet, um die Kanäle
zu öffnen und zu schließen.
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Bei den üblichen Schiebern für Dampfsteuerungen, z. B. für Lokomotiven,
wird für jede aus Zylinder und Schieber bestehende Einheit der Aufbau festgelegt,
und die Expansvons- und Auspuffzeiten werden bestimmt. Wenn beispielsweise in einem
Kolbenschieber der Kopfring verhältnismäßig breit ist, damit eine verhältnismäßig
weitgehende Ausnutzung der Expansionszeit erreicht wird, müssen Zylinder und Schieber
so ausgeführt sein, daß sie dem durch hohe Kompression verursachten starken Verschleiß
widerstehen.. Wenn andererseits der Kopfring verhältnismäßig schmal ist, um eine
hohe Kompression zu vermeiden, werden die Expansionsmöglichkeiten des Dampfes nur
unvollständig ausgenutzt, und der Wirkungsgrad fällt entsprechend.
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Um diese Nachteile zu beheben und die Leistung zu verbessern, wird
bei einem bekannten Schieber das Hülsenventil von einem Exzenter betätigt. Es sind
daher Gestänge, Führungen usw. notwendig, die den Aufbau komplizieren und das einwand:
freie
Arbeiten des Kolbenschiebers in Frage stellen.
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Mit der Erfindung soll nun der Aufbau so vereinfacht werden, daß ein
Antrieb über ein außerhalb des Schiebers gelegenes Exzenterg@etriebe nicht zu erfolgen
braucht.
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Dies wird .erfindungsgemäß durch eine Federeinrichtung erreicht, die
das im 'Schieber vorhandene Hülsenventil zum öffnen der Kanäle verdrängt. In Weiterbildung
der Erfindung ist das Hülsenventil in .einer Ringnut des Schieb.erringes gleitend
gelagert. In Längsrichtung zwischen Einlaßkante und Auslaßkante des Ringes ist dabei
eine auf Druck ansprechende Einrichtung zum Schließen der Kanäle gelagert, die einen
Kanal aufweist, der zwischen den Kanälen und der Einlaßkante liegt und von einer
Stirnseite des Hülsenventils zum äußeren Umfang des Ringes reicht. Nachdeze. die
Kanäle zur Erhöhurlg der Auspuffüberlappung gedient haben, wirkt die Kompression
in dem von dem Schieber gesteuerten Zylinder dahin, das Hülsenventil gegen die Wirkung
der Feder zu verlagern und die Kanäle vor dem Einlasseen von Frischdampf zu schließen.
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Andere Kennzeichen und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen. In den Zeichnungen ist Fig. i eine Seitenansicht, teilweise
weggebrochen, der wesentlichsten Elemente eines erfindungsgemäßen Kolbenschiebers,
wie er zusammen mit dem Hochdruckkolben einer Lokomotive verwendet wird.
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Fig.2 ein vergrößerter Teilschnitt einer Stirnseite des in Fig. i
dargestellten Kolbenschiebers, Fig.3 eine Stirnansicht des in Fig.2 dargestellten
Kolbenschiebers mit Teilen im Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2 und Fig. q. ein
der Fig. 2 ähnlicher Schnitt, wobei die Schieberteile eine abweichende gegenseitige
Lage einnehmen, um die Wirkungsweise der Erfindung zu erläutern.
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Kurz ausgeführt handelt es sich um einen Dampfschieber, bei dem sein
innerhalb des 'Schiebers liegendes Hilfsventil das öffnen und 'Schließen der die
Innenseite und die Außenseite des 'Schiebers verbindenden Kanäle selbsttätig regelt.
Die dargestellte Ausführungsform ist ein Kolbenschieber, zier an beiden Stirnenden
Kopfringe aufweist. Durch jeden dieser Ringe gehen Kanäle hindurch, die die Innenseite
und die Außenseite dies Schiebers verbinden, wobei die diese Kanäle steuernden Hilfsventile
von jedem dieser Ringe getragen werden.
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Die Anwendung der Erfindung ist bei einem mit Inneneinlaß arbeitenden
Kolbenschieber 5 dargestellt, wie er bei .der Steuerung der Einlaß- und Auslaßkanäle
eines doppelt wirkenden Hochdruckkolbens 6 für Lokomotiven verwendet wird. Dex Dampfeinlaß
erfolgt durch den Kanal 7 zu denn. den Körper 8 des Schiebers 5 umgebenden Raum.
Über die Kanäle 9, 1 o wird der Dampf zur Vorderseite bzw. Rückseite des Kolbens
6 geleitet. Der Auspuff erfolgt durch die gleichen Kanäle 9, io zum Auspuffraum,
der bei der dargestellten Form innerhalb des Schiebers 5 sowie vor und hinter dem
Schieber liegt. Der Auspuff aus diesem Raum kann durch entsprechende AusläsEe (nicht
dargestellt) abgeleitet werden.
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Der Schieber 5 wird durch ein übliches Steuergestänge, z. B. das Walschaert-
oder Bal@ergestänge, gesteuert, das einen Hebel i i enthält, der auf die Schieb:erstange
12 die Differentialbewegung überträgt, die aus zwei Bewegungen herstammt, nämlich
aus der vom Lenker 13 übertragenen Kreuzkopfbewegung und aus der von der Radialstange
1 ¢ übertragenen Exzenterkurbelbewegung. Da Stetiierungsgestänge dieser Art für
Lokomotiven bekannt sind, wird dieses Gestänge hier nicht näher beschrieben. Erwähnt
sei nur, @daß der Schieber 5 mit den Kanälen 9, i o zusammenarbeiten kann, ohne
daß Änderungen des Gestänges üblicher Ausführung erforderlich sind.
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Der Mittelteil oder der Körper 8 des Schiebers 5 wird an jedem Stirnende
von einer Sternplatte 15 getragen, auf deren im allgemeinen zylindrischen Außen-Räche
ein Kopfring 16 aufgesetzt ist. Zur besseren Abdichtung kann der Ring 16 äußere
Ringnuten aufweisen, in die an der Dampfeinlaßseite ein Kolbenring 17 und an der
Dampfauslaßseite ein Kolbenring 18 eingesetzt ist. Die bisher beschriebenen Teile
sind bekannt und bilden keimen Teil der Erfindung.
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Die Breite des Ringes 16, wie sie durch den Abstand zwischen den äußeren
Stirnflächen der Kolbenringe 17, 18 bestimmt wird, kann, verglichen mit dem Hub
des Schiebers 5 und verglichen mit der in Längsrichtung gemessenen Breite des Kanals
9, verhältnismäßig groß sein. Diese erhöhte Breite ermöglicht eine bessere Ausnutzung
der Energie von hochg espanntein Dampf, der durch den Kanal 9 zum Vortrieb des Kolbens
9 einströmt. Gleichzeitig kann die Auspuffzeit durch den Einbau eines neuartigen
Hilfsventils wesentlich erhöht werden, das zwischen den Kolbenringen 17, 18 liegt,
um das Abströmen des Dampfes von der Außenseite des Schiebers 5 zur Innenseite zu
steuern.
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Bei der dargestellten Ausführung sind in dem Kopfring 16 und in der
'Sternplatte 15 mehrere Hilfskanäle i g, 2o vorgesehen, die untereinander sowie
mit der Innenseite und der Außenseite des Schiebers 5 in Verbindung stehen. Diese
Kanäle i g, 2o stehen im Abstand voneinander uze. die -Stirnseite des Schiebers
5 herum, wie dies durch die gestrichelten Abschnitte 21 in Fig. 3 angedeutet ist.
Sind mehrere radiale Kanäle 21 vorhanden, so erfolgt das öffnen und Schließen aller
Kanäle vorzugsweise durch ein einziges Hilfsventil. In der dargestellten Ausführung
besteht dieses einzige Hilfsventil aus einer Hülse 22, die auf der Außenseite der
Sternplatte 15 und innerhalb einer inneren Ringnut des Ringes 16 gleitet. Damit
das Hülsenventil 22 frei gleiten kann, steht ein Kanal 23 oder stehen mehrere
im Abstand voneinander befindliche Kanäle 23 mit der Stirnseite der Hülse 22 und
mit der Außenseite des Kopfringes 16 in Verbindung. Gewünschtenfalls kann auch ein
Kolbenring 24 in eine auf der Sternplatte 15 befindliche Nut eingesetzt werden,
um die Hülse 22 besser abzudichten.
Das Hülsenventil 22 wird vorzugsweise
für gewöhnlich in Offenstellung gedrängt, d. h., das Ventil wird in einer Richtung
verdrängt, bei der der Kanal i g, 2o, der die Außenseite des Schiebers mit der Innenseite
verbindet, geöffnet ist. In der dargestellten Ausführung verschiebt eine Feder 25
Anschläge 26, die mit einer Stirnseite der Hülse 22 in Berührung treten und die
Hülse in der dargestellten Weise verdrängen. Um die Feder 25 leicht zugänglich zu
machen, liegt die Feder in einem abnehmbaren Gehäuse 27, das auf dem Auspuffende
der aus Sternplatte und Ring bestehenden Einheit 15, 16 durch Schraubenbolzen befestigt
ist. Zur besseren Verschiebung dies Hülsenventils 22 werden mehrere Federn 2 5 verwendet,
die in in Abstand voneinander angeordneten Gehäusen 27 liegen.
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Der Kopfring 16 ist als aus einem Stück bestehend beschrieben. Vorzugsweise
wird aber ein aus zwei Teilen bestehender Ring verwendet, wie dies aus den Zeichnungen
hervorgeht. Ein zweiter Ringtei128 kann ebenfalls auf der Sternplatte 15 aufgesetzt
werden. Der zweite Ringteil 28 kann Hilfsöffnungen 19, 21 aufweisen und wird in
Längsrichtung bei 29 gegen den ersten Ringteil 16 gedTückt. Gewünschtenfalls
können zusätzliche Nuten in dem Ringteil 16 vorgesehen sein, um noch einen Kolbenring
3o einzulegen.
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Die innenliegende Ringnut 31 des Ringteiles 28 (zum Unterbringen der
Hülse 22) besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der in dem
Ringteil 16 vorgesehenen Nut. Die Hülse 22 besitzt außerdem vorzugsweise einen verbreiterten
Kopf 32, dessen einer Teil dicht in die Nut 31 einpaßt. Die Aufgabe dieser Ausbildung
wird später ersichtlich.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Arbeitszyklus
beschrieben, und zwar ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Stellung der Teile.
An diesem Zeitpunkt hat der 'Schieber 5 bereits die Ableitung des Hauptteiles des
vor dem Kolben 6 liegenden Dampfes bewirkt und führt nun einen Restteil über die
Hilfskanäle i g, 2o, 21 ab. Während die Hülse 22 durch die Feder 25 in Offenstellung
gedrängt wird, verschiebt sich der Schieber 5 von links nach rechts, gesehen in
den Zeichnungen. Sobald die links liegende Kante dies Hilfskanals 19 die Zylinderöffnung
9 überdeckt, beginnt die Kompression vor dem Kolben 6. Diese Kompression verzögert
den Kolben 6 und baut einen Druck auf, der annähernd den Druck des eingeführten
Frischdampfes erreicht. Diese Kompression ist unmittelbar vor dem Einlassen des
Frischdampfes so groß, daß sie auf die Hinterfläche der Hülse 22 über den Kanal
23 einwirkt und die Kraft der Federn 2 5 überwindet, so daß die Hülse 22
nach rechts gedrückt wird und die Verbindung zwischen den Kanälen i9 und 20 unterbricht
(Fig. q.).
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Kurze Zeit später gibt der Kolbenring 17 den Kanalg frei, und Frischdampf
wird der Stirnseite des Kolbens 6 zum Vortrieb zugeführt. Das Steuerungsgestänge
kehrt dann die Bewegung des Schiebers 5 um, und je nach der durch das Gestänge erzeugten
Regelung hört die Zufuhr an Frischdampf zum Kolben 6 auf, und der Arbeitshub des
Kolbens 6 beginnt. Durch die Expansion des Dampfes wird der Kolben 6 vorwärtsgetrieben,
während der 'Schfie-, ber 5 weiter von rechts nach links sich bewegt. Wie erwähnt,
ist der Abstand der außenliegenden Stirnflächen der Kolbenringe 17, 18 voneinander
vorzugsweise verhältnismäßig groß, so daß der Kolben 6 seinen Arbeitshub ungefähr
vollständig beenden kann, ehe der Kolbenring 18 den Kanal 9 freigibt.
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Das Hülsenventil 22 wurde durch Kompressionsdruck geschlossen, und
während des Arbeitshubes hält der Frischdampf das Hülsenventil 22 in seiner Schließstellung.
Da das Hülsenventil. 22 während des gesamten Arbeitshubes des Kolbens 6 geschlossen
bleibt, erfolgt kein Auspuff, bis der Ring 18 den Kanal g freigibt. Sobald der Ring
18 den Kanal 9 freigibt, fällt der über dem Kolben 6 herrschende Druck schnell ab,
so daß die Federn 25 das Hilfsventil 22 öffnen können. Der Schieber 5 kehrt dann
seine Bewegung um und beginnt mit der Bewegung von links nach rechts, während der
Kolben 6 von links nach rechts läuft, um den verbrauchten Dampf auszustoßen.
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Nachdem der Ring 18 die Stirnseite des Schiebers 5 von dem Kanal 9
getrennt hat, ermöglicht das offen stehende Hülsenventil 22 einen weiteren Auspuff,
d. h., der Auspuff :erfolgt so lange, bis der Kanal 19 nicht mehr über dem Kanal
9 liegt. über dem Kolben 6 entsteht dann wieder ein Kompressionsdruck, und der beschriebene
Zyklus wiederholt sich.
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Die obige Beschreibung gibt nur die Arbeitsweise des in der vorderen
Stirnseite des Schiebers 5 liegenden Hülsenventils 22 wieder. Die hintere Stirnseite
des 'Schiebers 5 trägt ein gleiches Hülsenventil, das im entgegengesetzten Sinne
wie das Ventil 22 arbeitet. Das in der rückliegenden Stirnseite links von Schieber
5 liegende Hülsenventil wird für gewöhnlich nach rechts, gesehen in Fig. r, z. B.
durch Druckfedern gedrängt, die in dem Gehäuse 33 der hinteren Stirnseite des Schiebers
5 liegen. Die Wirkungsweise des Hilfsventils an der rückliegenden Stirnseite des
Schiebers 5 ist hinsichtlich Kanal i o ähnlich der beschriebenen Wirkung von Ventil
22 für Kanal 9. Während jedoch die vordere Stirnseite des Schiebers 5 eine verlängerte
Expansionszeit zuan Antrieb des Kolbens 6 in einer Richtung von rechts nach links
ermöglicht, ermöglicht das an der hinteren Stirnseite von Schieber 5 liegende Hilfsventil
eine längere Auspuffzeit durch den Hilfskanal 34. Auf der anderen Hälfte des Zyklus
wird Frischdampf durch den Kanal i o zugeführt, um den Kolben 6 von links nach rechts
über eine längere Expansionszeit zu treiben, während die ,erwähnte längere Auspuffzeit
durch das Öffnen des Kanals 9 über die Hilfskanäle 19, 2o ermöglicht wird.
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In der bevorzugten Ausführungsform besitzt das Hülsenventil 22 einen
verbreiterten Kopf 32, der dicht in die Nut 3 i eingreift. Durch diesen dichten
Sitz wird unter dem Kopf 32 eine Pufferzone gebildet, die den plötzlichen Druck
der Hülse 22 aufnimmt, sobald der Auspuff durch den Schieber 5
beginnt.
Durch diese Einrichtung werden also Stöße auf die Hülse 22 verhütet oder vermindert
und die Gebrauchsdauer des Ventils erhöht.
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Es werden also mit dem erfindungsgemäßen Aufbau gleichzeitig zwei
wertvolle Aufgaben erfüllt, nämlich die Verlängerung der Expansionszeit und der
Auspuffzeit. Die verlängerte Auspuffzeit vermindert wesentlich das Klopfen, das
bei den üblichen Aufbauten bei höher Kompression auftritt und der übliche Nachteil
einer langen Expamsionszeit ist. Die Erfindung kann bei Dampfmaschinen angewendet
werden, die das übliche 'Steuerungsgestänge aufweisen, und kann auch in den üblichen
Schiebern verwendet werden, die Kolben und Sternplatten besitzen. Die beweglichen
Teile des neuen Ventilaufbaues sind von den äußeren Stirnseiten des Schiebers zugänglich
und sind verhältnismäßig leicht zu unterhalten.