Titel: Neuerungen an Schiebersteuerungen mit veränderlichem Hube.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1883, Band 250 (S. 432–438)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj250/ar250158

Neuerungen an Schiebersteuerungen mit veränderlichem Hube und veränderlichem Voreilen.

Patentklasse 14. Mit Abbildungen auf Tafel 26 und 29.

(Schluſs des Berichtes S. 381 d. Bd.)

Sehr verschiedenartig sind die Constructionen, durch welche zugleich eine Aenderung des Schieberhubes und des Voreilens erzielt wird.

Davey, Paxman und Comp. in Colchester (England) benutzen nach dem Engineer, 1883 Bd. 56 S. 239 eine gewöhnliche mit zwei Excentern verbundene Coulisse, welche direkt an den die Regulatorhülse umfassenden Hebel angehängt ist, und zwar zur Bewegung eines in besonderer Kammer befindlichen gitterförmigen Expansionsschiebers (vgl. Fig. 23 und 24 Taf. 26). Da die Schieberstange geradlinig im Regulatorgestelle geführt wird, der Aufhängepunkt der Coulisse aber einen Kreisbogen beschreibt und die Coulisse selbst um den Aufhängepunkt schwingt, so muſs strenggenommen beim Hin- und Hergange immer eine Verschiebung des Gleitklotzes in der Coulisse, oder ein Heben und Senken des Regulatorhebels stattfinden. Ist indessen wie hier die Aufhängestange ziemlich lang und der Schiebern üb sehr gering, so wird auch jene Relativbewegung so unbedeutend sein, daſs sie durch den todten Gang der Theile unmerkbar wird. Dagegen wird zur Verstellung ein kräftiger Regulator erforderlich sein, da auch hier dasselbe gilt, was oben von den Coulissensteuerungen mit einem Expansionsexcenter gesagt wurde. Die drei Excenter können etwa die im Diagramme Fig. 22 Taf. 26 angenommene Stellung zur Kurbel k erhalten. Mit denselben ergeben sich Füllungen von 1/10 bis ⅝. Man erkennt aus dem Diagramme, daſs den Schiebern groſse Deckungen und dem Grundschieberexcenter ein groſser Voreilwinkel zu geben ist, damit bei kleinster Füllung der Expansionsschieber nicht zu früh öffnet. Auf der diesjährigen Ausstellung für elektrische Beleuchtung im Londoner Aquarium wurde die meiste Betriebskraft durch eine Maschine von Davey, Paxman und Comp., welche mit dieser Coulissensteuerung versehen war, geliefert, und zwei gleiche Maschinen von zusammen 400e sind von der englischen Regierung für die elektrische Beleuchtungsanlage im South |433| Kensington Museum erworben. Dieselben machen etwa 68 Umläufe in der Minute.

Bei der in Fig. 1 bis 6 Taf. 29 dargestellten Steuerung von A. Mestern in Wilhelmshütte bei Sprottau (* D. R. P. Nr. 23843 vom 18. Januar 1883) ist ebenfalls eine Coulisse, jedoch in ganz anderer Weise, und nur ein einziges Excenter benutzt. Die Stange des Grund Schiebers ist durch ein kurzes Gelenkstück i (Fig. 2) direkt mit der Excenterstange, die Stange des Expansionsschiebers aber durch Stangen k und d und den Winkelhebel bc mit einem Punkte p des Excenterringes verbunden. Der Drehzapfen des Winkelhebels bc wird von einem Arme a getragen und ist mittels Stange h an den Gleitklotz der Coulisse angehängt. Letztere ist durch einen Drehbolzen mit der Excenterstange verbunden (weshalb die Einschaltung des Gelenkstückes i nöthig wurde) und erhält auf diese Weise eine gleichmäſsige Schwingung um einen am Gestelle gelagerten mittleren Zapfen. Befindet sich der Gleitklotz, wie in Fig. 1 gezeichnet, in seiner Mittel läge, also vor dem Drehzapfen der Coulisse, so wird der Drehzapfen des Winkelhebels bc unbeweglich fest gehalten und die Bewegung des Expansionsschiebers ist dann dieselbe, als ob sie durch ein zweites, gegen das vorhandene um 90° versetztes, gleich groſses Excenter bewirkt würde.

Bei der in Fig. 1 angegebenen Stellung befindet sich z.B. der Grundschieber in der Mitte, der Expansionsschieber am oberen Ende des Hubes. Zu dieser Bewegung kommt nun, wenn der Gleitklotz aus seiner Mittellage verschoben wird, noch eine zweite Bewegung hinzu, die man am besten erkennt, wenn man den Punkt p festgelegt, die Coulisse aber in Schwingung denkt. Nimmt dann z.B. der Gleitklotz die äuſserste Lage links ein, so wird die Stange k durch die Stange h und den fast parallel auf- und abschwingenden Winkelhebel bc nahezu ebenso bewegt, als ob sie direkt mit der Excenterstange verbunden wäre. Läge der Gleitklotz näher der Mitte, so würde nur der Hub der Stange kleiner, und befände er sich rechts vom Drehpunkte der Coulisse, so würde sich k gerade entgegengesetzt bewegen. Diese zweite veränderliche Bewegung entspricht also dem Antriebe eines Excenters, welches dem vorhandenen Excenter gleich oder entgegengesetzt gerichtet ist, aber einen von Null bis r veränderlichen Hub hat, wenn r die Excentricität des vorhandenen Excenters bezeichnet. Liegt nun z.B. bei der Todtpunktlage der Kurbel k (Fig. 6 Taf. 29) der Mittelpunkt des Excenters in g, so wird die erste constante Theilbewegung des Expansionsschiebers einem Excenter entsprechen, dessen Mittelpunkt in a liegt, wenn oa = og und goa ein rechter Winkel ist. Die zweite veränderliche Theilbewegung wird einem Excenter entsprechen, dessen Mittelpunkt auf og oder oh bei einer bestimmten Stellung des Gleitklotzes z.B. in b liegt. Die resultirende Bewegung des Expansionsschiebers wird demnach eine solche sein, als ob sie durch ein Excenter bewirkt würde, dessen |434| Mittelpunkt in c liegt, wenn oacb ein Rechteck ist; denn durch das Excenter b allein würde der Schieber bei der Todtpunktlage der Kurbel um od aus seiner Mittellage entfernt sein und durch das Excenter a allein um oe; im Ganzen muſs er also um od + oe = of, d. i. = der Projection der Diagonale oc aus der Mitte entfernt sein. Dasselbe gilt für alle Lagen des Punktes b, ferner für alle Stellungen der beiden gedachten Excenter a und b und würde auch gelten, wenn dieselben unter einem spitzen oder stumpfen Winkel zu einander ständen; das Rechteck würde dann nur in ein Parallelogramm übergehen.

Hiernach ist das Diagramm Fig. 5 Taf. 29 gezeichnet, in welchem die relativen Schieberkreise und die ihnen entsprechenden Füllungen für die mittlere, die beiden äuſsersten und zwei Zwischenlagen des Gleitklotzes angegeben sind. Die Punkte 1 bis 5 stellen die verschiedenen Lagen des gedachten Expansionsexcenters c (Fig. 6) vor, welches ungefähr eine der wirklich stattfindenden gleiche Schieberbewegung hervorbringen würde. Wollte man gröſsere Füllungen erzielen, als nach dem Diagramme möglich sind, so wäre nur der Expansionsschieber kürzer zu machen, so daſs der Kreis l, dessen Radius gleich dem Abstande der Schieberkante von der äuſseren Kanalkante für die relative Mittellage der Schieber ist, gröſser ausfiele. Von der Einwirkung des Regulators gilt auch hier das oben von den Coulissensteuerungen Gesagte.

Der in Fig. 7 bis 9 Taf. 29 nach dem Engineer, 1881 Bd. 52 S. 415 dargestellte Steuerungsmechanismus, welcher von Sell herrührt und schon vor 20 Jahren von Maudslay und Field für Umsteuerungen bei Schiffsmaschinen verwendet wurde, ist neuerdings, wie gezeichnet, von Starkey mit dem Regulator verbunden und wird als Expansionsmechanismus von Foster und Comp. in Lincoln bei Locomobilen benutzt. Das Expansionsexcenter O (vgl. Fig. 9) ist nicht auf der Kurbelwelle befestigt, sondern mit einer auf die Welle aufgekeilten Scheibe P durch einen Bolzen N verbunden. Es umfaſst ein kleineres, mit einem Zahnrade L verbundenes, frei um die Welle drehbares Excenter M, welches seinen Antrieb von dem auf der Welle festsitzenden Rade B durch Zwischenräder D, H und K erhält. Da L und B gleich groſs sind, so muſs das kleine Excenter L sich im Allgemeinen gleich schnell wie die Welle drehen. Das Rad K sitzt auf einer festen Achse, H und D aber sind an einer um die Achse von K schwingenden Stange gelagert, welche andererseits mit dem Regulator verbunden ist. Wird diese Stange nach der einen oder anderen Seite verschoben, so wird, wie leicht ersichtlich, das Excenter M gegen die Welle gedreht, so daſs es vor- oder nacheilt; hierdurch wird das Expansionsexcenter O um den Stift N gedreht, also quer gegen die Welle verschoben und Hub sowie Voreilen desselben geändert. Auch hier wird der bei der Verstellung auftretende Widerstand bedeutend sein.

Von W. Hartnell in Leeds rührt auſser der oben beschriebenen |435| Anordnung mit Coulisse noch eine zweite Construction zur Beeinflussung des Füllungsgrades durch den Regulator her, welche schon seit mehr als 10 Jahren von F. Turner in Ipswich (namentlich für Locomobilen), von Allen, Ransome und Comp. u.a. verwendet wird und sich gut bewährt hat. Bei derselben ist der Regulator direkt auf der Schwungradwelle angebracht und unmittelbar mit dem Excenter verbunden. Die früher (1871 202 * 1 u. 1873 207 * 447) beschriebene Form wird auch heute noch für kleine Maschinen mit einem gewöhnlichen Muschelschieber benutzt. Die einzige daran vorgenommene Aenderung ist die, daſs man den am meisten beanspruchten Zapfen mit einer Nach Stellvorrichtung versehen hat.

Für gröſsere Maschinen mit Expansionsschieber ist die in Fig. 10 und 11 Taf. 29 nach Engineering, 1882 Bd. 34 S. 204 dargestellte Construction bestimmt. Die beiden Centrifugalpendel B schwingen um die in der Scheibe A gelagerten Zapfen C und sind durch eine Stange D so mit einander verbunden, daſs diese bei einem Ausschlage nach auſsen in der einen Richtung (in Fig. 10 nach oben) und bei einem Ausschlage nach innen in der anderen Richtung (nach unten) verschoben wird, indem der eine Pendelarm einen einarmigen, der andere einen zweiarmigen Hebel bildet, Eine Schraubenfeder E, welche sich einerseits gegen die Nabe der Scheibe, andererseits gegen einen auf der Stange D verstellbaren Vorsprung stützt, zieht die Pendel stets nach innen. Die Excenterscheibe F (in Fig. 10 durch eine Schutzscheibe X verdeckt) ist an einem um H drehbaren Arme G befestigt und mit einem Ausschnitte für die Welle versehen, welcher eine Drehung um H innerhalb gewisser Grenzen gestattet. Diese Drehung wird mittels des Armes Z bewirkt, welcher auf dem Zapfen C des einen Pendels befestigt ist und am inneren Ende einen drehbaren Gleitklotz trägt. Letzterer umfaſst einen an G angebrachten bogenförmigen, aber zu C excentrischen Vorsprung P, eine Art Vollcoulisse, so daſs bei dem Ausschlage der Pendel eine Keilwirkung auf den Arm G ausgeübt wird, in Folge dessen die Excenterscheibe eine Verschiebung senkrecht zur Welle erleidet.

Hinsichtlich der Wirkungsfähigkeit des Regulators ist zunächst zu beachten, daſs der von dem Schieberwiderstande herrührende Druck gegen die Excenterscheibe in Bezug auf diese während der Drehung stetig seine Richtung ändert, aber immer nur die eine Seite der Excenterscheibe trifft. Dreht sich dieselbe z.B. im Sinne des Pfeiles n, so wird immer nur der in Fig. 10 zwischen a und b rechts liegende Umfang der Scheibe gedrückt werden. In der einen Todtpunktlage des Excenters hat der Druck die Richtung er, während der folgenden halben Drehung geht er über c allmählich in die Richtung b über, kehrt hier plötzlich um, so daſs er wieder die Richtung a annimmt, und macht dann während der zweiten halben Drehung denselben Weg. Hieraus erkennt man, daſs der Druck auch während jeder halben Drehung einmal durch |436| den Drehpunkt H gehen muſs. In dem betreffenden Augenblicke ist also dann keine Componente vorhanden, welche das Excenter zu drehen strebt, daher auch kein Druck zwischen Gleitklotz und Coulisse, so daſs der Regulator freies Spiel hat. Eine solche Entlastung zwischen Gleitklotz und Coulisse tritt ja allerdings auch bei den oben besprochenen Coulissensteuerungen am Ende jedes Schieberhubes ein; ein groſser Unterschied liegt aber darin, daſs der Druck unmittelbar vor und namentlich unmittelbar nach der Entlastung dort sehr groſs, hier aber sehr gering ist, indem die senkrecht gegen die Gleitfläche treffende Componente hier allmählich bis Null abnimmt und dann wieder ebenso wächst. Die Möglichkeit einer genauen Regulirung ist also hier viel gröſser als dort, während trotzdem wegen der Keilwirkung eine Rückwirkung auf den Regulator ausgeschlossen erscheint.

Ueber die Spannung der Federn gilt ungefähr dasselbe, was für Burrell's Regulator (vgl. * S. 190 d. Bd.) gesagt ist. Wenn für eine bestimmte Stellung der Pendel B die Zusammendrückung der Feder gleich dem Abstande der Schwerpunkte der Pendel B vom Wellenmittel multiplicirt mit dem Hebelverhältnisse CI : CB ist, so wird der Regulator indifferent (astatisch); ist sie gröſser, so ist er labil, daher nicht brauchbar; ist sie kleiner, so ist er stabil (statisch). Es läſst sich also leicht jeder beliebige Grad der Stabilität erreichen.

Eine einfachere, aber weniger zweckmäſsige Form des Mechanismus, welche von Hartnell für solche Maschinen construirt ist, bei denen es weniger auf genaue Regulirung, als auf niedrigen Preis ankommt, ist in Fig. 12 Taf. 29 abgebildet. Die Keil Wirkung ist hier nicht benutzt, die ringförmige Excenterscheibe F bildet vielmehr mit dem Verbindungsgliede D der beiden Pendel B ein Stück. (In Fig. 10 Taf. 29 würde man die entsprechende Anordnung erhalten, wenn man die Excenterscheibe mit der Stange D verbände.) Um nun ein durch den wechselnden Druck hervorgebrachtes fortwährendes Hin- und Herziehen des Excenters zu vermeiden, sind die in dem Gehäuse gelagerten Drehzapfen C der Pendel B bedeutend erweitert. Die am Umfange derselben auftretende Reibung wird allerdings dem genannten Uebel vorbeugen, aber auch die Empfindlichkeit des Regulators sehr beeinträchtigen. Durch Umstecken der Bolzen I in die oberen Löcher kann man eine Umsteuerung bewirken.

Nicht wohl brauchbar ist die in Fig. 13 Taf. 29 nach dem Engineer, 1882 Bd. 33 S. 229 wiedergegebene Anordnung von Lindley, in Firma Deakin, Parker und Comp. in Salford. Die Pendel sind durch Gelenkstangen a mit dem Excenter verbunden, welches lose um die Welle drehbar ist, so daſs nur das Voreilen, nicht aber der Hub geändert wird. Der einer relativen Verdrehung der Excenterscheibe sich entgegensetzende Widerstand ist hier sehr gering; es wird also das oben erwähnte Hin- und Herzerren bei dieser Anordnung unvermeidlich sein.

|437|

In Fig. 16 und 17 Taf. 29 sind zwei Mechanismen von R. Franz in Crimmitschau, Sachsen (* D. R. P. Nr. 19995 vom 20. Mai 1882) dargestellt, welche den Zweck haben, dem Expansionsschieber auf der Mitte seines Weges eine gröſsere Geschwindigkeit zu ertheilen, als sie durch ein Excenter allein erreicht wird, um hierdurch einen möglichst schnellen Abschluſs der Kanäle zu bewirken. Zu diesem Zwecke sind Kurbelschleifen mit den beiden Kurbelarmen A und B zwischen den Excenter- und den Schieberstangen eingeschaltet. Bei Fig. 17 schwingt der Arm A, an welchen die Stange C des Expansionsexcenters angreift, um einen festen Punkt a; der Drehzapfen b von B dagegen befindet sich an einem gleichfalls um a schwingenden Hebel, an welchen einerseits die Excenterstange D, andererseits die Schubstange d des Grund Schiebers angreift. Die Schwingung des Armes B um b entspricht also unmittelbar der Relativbewegung der beiden Schieber. Die Veränderung des Füllungsgrades soll hier durch Aenderung des Voreilens des Expansionsexcenters (mittels eines indirekt wirkenden Regulators) bewirkt werden.

Eilt nun z.B. das Expansionsexcenter der Kurbel um den Winkel δ (Fig. 14 Taf. 29) voraus, so hat es auf dem Excenterkreise am Anfange des Kolbenhubes die Stellung 0, der Arm b die Lage b0'; nach ⅛ des Kolbenhubes ist das Excenter nach 1, der Arm B in die Richtung b1' gekommen u.s.w. Trägt man die hiernach sich ergebenden relativen Schieberwege als Ordinaten zum Kolbenwege auf, so erhält man die Curve rnslr (Fig. 15) an Stelle der gewöhnlichen Schieberellipse. Sind die Schiebermaſse so gewählt, daſs die Kante des Expansionsschiebers gerade auf der Mitte seines relativen Hubes mit der äuſseren Kanalkante des Grundschiebers zusammenfällt, so wird der Dampfabschluſs immer, wenn die Geschwindigkeit der Relativbewegung am gröſsten ist, für die Curve rnslr etwa bei 0,3 des Kolbenhubes, stattfinden. Würde das Expansionsexcenter der Kurbel um den gleichen Winkel δ nacheilen, so würde sich dieselbe Curve in der Richtung rlsnr ergeben, der Dampfabschluſs also etwa bei 0,7 des Hubes erfolgen. Die Curve rmsmr entspricht in gleicher Weise dem Falle, daſs Expansionsexcenter und Kurbel gleich gerichtet sind.

Bei Fig. 16 Taf. 29 sind statt der geraden Hebel A und B Winkelhebel benutzt, wodurch es nöthig wurde, auſser b auch den Drehpunkt a an der Stange D des Grundschieberexcenters anzubringen und zur Führung der Stangen einen Lenker L anzuordnen. Ferner greift die Stange C des Expansionsexcenters nicht direkt an den Arm A an, sondern es ist zwischen beiden eine mit dem Regulator verbundene Coulisse E eingeschaltet, durch deren Hebung bezieh. Senkung hier der Füllungsgrad geändert werden soll. Die Wirkungsweise ist im Wesentlichen dieselbe, wie oben beschrieben. Vergleicht man diese Anordnungen mit den Steuerungen, bei welchen der in gewöhnlicher Weise bewegte Expansionsschieber auf einer fest liegenden Platte gleitet (wie |438| bei Fig. 21 und 24 Taf. 26), so findet man allerdings, daſs hier bei gleichem Schieberhube ein bedeutend schnellerer Abschluſs der Kanäle erfolgt. Sollte die Geschwindigkeit des Schiebers auf Mitte Hub bei jenen Steuerungen ebenso groſs werden, so müſste der Schieberhub unter sonst gleichen Umständen etwa 2,5 mal so groſs sein als hier. Zieht man dagegen die Steuerungen in Betracht, bei welchen der Expansionsschieber auf dem Grundschieber gleitet und der Kanalabschluſs in der Regel bei entgegengesetzter Bewegung beider Schieber stattfindet, so wird der genannte Vorzug dieser Bewegungsübertragung durch Kurbelschleifen bedeutend herabgemindert. Ueberhaupt darf wohl dem schnellen Kanal-Abschlüsse nicht eine solche Wichtigkeit beigelegt werden, daſs man ihn durch Mechanismen erstreben sollte, welche, wie diese z.B. wegen des groſsen Beschleunigungsdruckes, einer starken Abnutzung unterworfen sind.

Whg.

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