Titel: Neuerungen an Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 307 (S. 49–52)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj307/ar307014

Kraftmaschinen.
Neuerungen an Dampfmaschinen.

(Fortsetzung des Berichtes S. 25 d. Bd.)

Mit Abbildungen.

Dampfmaschinen mit Ventilsteuerungen.

Eine 100pferdige, in den Ateliers de constructions mécaniques de Nimy bei Mons (Belgien) nach Plänen von B. Lebrun erbaute Auspuffmaschine der Brüsseler Ausstellung von 1896 arbeitet nach Engineering vom 24. September 1897 S. 381 mit der aus Fig. 27 und 28 ersichtlichen auslösenden Ventilsteuerung.

Textabbildung Bd. 307, S. 49

Dieselbe entspricht ihrem Wesen nach den von der Sächsischen Maschinenfabrik vormals Rich. Hartmann in Chemnitz früher, von J. Edward Earnshaw und Co. in Nürnberg noch jetzt an liegenden Dampfmaschinen angeordneten Ventilsteuerungen (1897 303 98), unterscheidet sich aber in der constructiven Ausführung von diesen.

Die an den Cylinderenden zu je zwei über einander liegenden Ein- und Auslassventile werden durch Excenter c bezieh. Daumen c1 einer von der Kurbelwelle mittels konischer Räder betriebenen Steuerwelle aus bethätigt. Um Abnutzungen möglichst herabzumindern, laufen Excenter und Daumen in einem Oelbade. Erstere ertheilen je einer Stange r, über welche eine mit Arm l versehene Hülse l1 greift, eine Aufwärtsbewegung. Der Arm l kommt hierbei mit einem in dem gegabelten Ende des vom Regulator mittels Stange t und Hebel mn eingestellten Hebels o liegenden Daumen q in Berührung und hebt diesen, wie auch die mit ihm verbundene Ventilspindel sammt dem Einlassventil an. Gleichzeitig dreht sich, da der Hebel o seine Lage beibehält, der Daumen q um den Zapfen p, bis er von dem Arm l abgleitet, worauf das Ventil unter Mitwirkung der Schraubenfeder eines Luftbuffers auf seinen Sitz zurückfällt. Das Excenter k der Regulatorzugstange t gestattet, die Geschwindigkeit der Maschine von Hand einzustellen. Das Auslassventil wird durch den Daumen c1 geöffnet, der sich in dem nach Art eines Steigbügels ausgebildeten oberen Ende der Stange l2 bewegt. Ein Arm l3 der letzteren erfasst die Ventilspindel und bewegt dieselbe nach aufwärts. Der Daumen ist so gestaltet, dass ein schnelles Oeffnen und Schliessen des Auslassventils stattfindet.

Abbildungen und Beschreibung einer von Whitmore and Binyon in Wickham Market zum Betriebe der Mahlmühle von J. N. Miller in Wolverhampton erbauten liegenden Verbundmaschine mit Condensation bringt The Engineer vom 1. October 1897 S. 324 u. ff. Die von Dampfmänteln umgebenen Cylinder haben 406 und 635 mm Durchmesser für 1067 mm Hub. Der Arbeitsdruck beträgt 8,44 k/qc. Mit 72 minutlichen Umdrehungen entwickelt die Maschine normal 240 i. Zur Dampfvertheilung dient eine zwangläufige Ventilsteuerung, System König (D. R. P. Nr. 35373), die beim Hochdruckcylinder vom Regulator bethätigt, beim Niederdruckcylinder von Hand eingestellt wird.

Bei dieser Steuerung ist der Excenterring mit einer Nase versehen, deren innere Punkte sich zufolge der Aufhängung des Ringes an einem um einen festen Drehpunkt schwingenden Lenker früher und mit kürzeren Wegen senken als die äusseren Punkte derselben. Die Bewegungen werden mittels einer vom Regulator eingestellten Stange mit Gleitschuh am unteren Ende dem mit der Spindel des Einlassventils verbundenen Winkelhebel mitgetheilt, so dass veränderliche Füllungen stattfinden. |50| Das Schwungrad von 4,880 m Durchmesser ist zur Aufnahme von 38 mm starken Seilen mit 12 Rillen versehen. Condensator und doppelt wirkende Luftpumpe liegen unter Maschinenflur; letztere wird von dem verlängerten Kurbelzapfen des Niederdruckcylinders aus betrieben.

Textabbildung Bd. 307, S. 50

Bei der zwangläufigen Ventilsteuerung von Jan Zvoníček in Karolinenthal bei Prag mit schwingender unrunder Scheibe werden Rückwirkungen der Einlassventile auf den Regulator vermieden. Die unrunde Scheibe c ist, wie Fig. 29 ersichtlich, an dem Excenter b der Steuerwelle a frei drehbar befestigt; sie läuft in einen Arm c1 mit Zapfen b1 aus, der durch eine Stange l mit dem Zapfen k1 des Hebels k verbunden ist. Die Hebel m und k bilden entweder einen Winkelhebel, oder sie sind auf einer gemeinschaftlichen Welle r befestigt, wobei in beiden Fällen das freie Ende des Hebels m mit der Zugstange n des Regulators gelenkig verbunden ist. Das freie Ende des mit einer Rolle d versehenen Doppelhebels e wird mit der Scheibe c in steter Berührung gehalten und überträgt seine beim Drehen der Steuerwelle a empfangenen Bewegungen mittels Zugstange f und Wälzhebel g auf das Einlassventil.

Der beim Oeffnen des letzteren wirkende Theil α-β der Scheibe c ist annähernd oder genau kreisförmig ausgebildet, derart, dass der Mittelpunkt des Bogens α-β annähernd oder genau mit dem Mittelpunkt s des Excenters zusammenfällt und der von der Rolle d herrührende Normaldruck kein Drehmoment auf die Scheibe c, also auch keine Rückwirkung auf den Regulator ausübt. Um auch die am Umfange des Excenters wirkende Reibung, die gegenüber dem Normaldrucke der Rolle c verschwindend klein erscheint, in Wegfall zu bringen, kann der Theil α-β der Scheibe c als eine Evolvente construirt werden. Der Durchmesser des abzuwickelnden Kreises entspricht in diesem Falle dem Product aus dem Durchmesser des Excenters und dem entsprechenden Reibungscoëfficienten. Die Bewegung der Rolle d beim Oeffnen ist für jede Regulatorstellung dieselbe. In Folge dessen bleibt das Voröffnen bei jeder Füllung constant und der Ventilhub der Kolbengeschwindigkeit annähernd proportional. Beim Schliessen des Ventils kommt der Theil β-γ der Scheibe c zur Wirkung. Je nachdem die Linie β-γ zum Halbmesser geneigt ist, wird ein rascheres oder sanfteres Schliessen der Ventile erreicht. Das Auslassventil wird in der gewöhnlichen Weise mittels einer Daumenscheibe gesteuert.

Statt des Excenters b kann eine auf der Steuerwelle befestigte Kurbel verwendet werden, deren Zapfen das Auslassventil mittels der Stange p bewegt.

Eine zwangläufige Ventilsteuerung mit Veränderung des Füllungsgrades durch eine Coulisse wurde Ernst Blumenthal in Berlin unter Nr. 86621 im Deutschen Reiche patentirt.

Der aus zwei Coulissen d und e (Fig. 30) bestehende Körper c ist als Excenterring ausgebildet und wird von einem auf der Steuerwelle b sitzenden Excenter oder einer Kurbel a in schwingende Bewegung versetzt. Die Coulisse d ist nach einem Kreisbogen gekrümmt, dessen Halbmesser gleich der Länge h1f der Stange h ist, während die Coulisse e so angeordnet ist, dass die Verlängerung ihrer Mittellinie an der Mitte des Kurbelzapfens a vorbeigeht. Die Lagerung der auf einer Rolle z geführten Coulisse e bedingt, dass der Zapfen h1 je nach seiner durch den Regulator zu bewirkenden Verschiebung in der Coulisse d einen kleineren oder grösseren Hub ausführt und dabei früher oder später in seine Anfangsstellung zurückkehrt. Durch die Stange h ist die Coulisse d mit dem Einlassventil, dessen Voröffnen bei allen Füllungsgraden constant bleibt, direct verbunden. An dem beiderseits verlängerten Zapfen h1 greift das Regulatorgestänge an. Die Fig. 30 ersichtliche Stellung des Excenters a entspricht dem Anhübe des Einlassventils.

Textabbildung Bd. 307, S. 50

Die auf der Sächsisch-Thüringischen Industrie- und Gewerbeausstellung in Leipzig 1897 vorgeführten Dampfmaschinen mit Ventilsteuerungen zeigten zum Theil sehr beachtenswerthe Neuerungen an Einzeltheilen.

Die grösste Dampfmaschine der Ausstellung mit Ventilsteuerung war von der Görlitzer Maschinenbauanstalt und Eisengiesserei, A.-G., in Görlitz geliefert. Es war eine liegende Dreifach-Expansionsdampfmaschine mit Einspritzcondensation von 340 und 550 bezieh. 855 mm Cylinderdurchmesser und 1000 mm gemeinschaftlichem Kolbenhub; ihre normale Leistung soll bei 10 bis 10,5 at Anfangsspannung |51| im Hochdruckcylinder und 90 minutlichen Umdrehungen 320 HPe betragen. Der Hochdruckcylinder arbeitet mit der bekannten zwangläufigen Ventilsteuerung nach System Collmann, während Mittel- und Niederdruckcylinder mit je einer einfachen Ventilsteuerung versehen sind, die einstellbare Füllungen und Compressionen auch während des Ganges der Maschine gestattet. Die zwischen den Cylindern liegenden Aufnehmer sind wie alle Cylinder von besonders geheizten Mänteln umgeben. Der in der ganzen Länge auf dem Fundamente gelagerte Bajonnetrahmen jeder Maschinenseite – Hoch- und Mitteldruckcylinder bilden die eine, der Niederdruckcylinder die andere Seite der Maschine – hat cylindrisch ausgebohrte Gradführung und viertheilige, in der wagerechten Druckrichtung nachstellbare Kurbellager. Schwungrad welle, Kolbenstangen, Kurbel- und Kreuzkopfzapfen sind aus Gusstahl, Pleuelstangen und Kurbeln aus Schmiedeeisen gefertigt. Das Seilschwungrad von 5,5 m Durchmesser hat eine Anzahl sauber ausgedrehter und ausgeschliffener Rillen für Seile von 45 mm Durchmesser; es ist zum Drehen der Maschine von Hand mit einer Schaltvorrichtung versehen.

Die Dampfkolben haben englische Kolbenringe mit Schlauchfeder, Patent Buckley, und der Niederdruckcylinder hat eine kolbentragende Kolbenstange nach Patent Collmann (D. R. P. Nr. 34184), für welche die Görlitzer Maschinenbauanstalt das alleinige Ausführungsrecht für Deutschland erworben hat. Mit Verwendung derartiger Kolbenstangen kommen bei liegenden Dampfmaschinen die durch das Eigengewicht des Kolbens und dasjenige der Stange hervorgerufenen Uebelstände – einseitige Abnutzungen der Stopfbüchsen und des Cylinders, in Folge dessen Unrundlaufen der Kolbenstangen und schlechtes Abdichten der Kolbenringe – in Wegfall. Collmann erreicht dies, indem er die unbelastete Kolbenstange von vornherein derartig krumm herstellt, dass sie in Folge der Belastung durch das Kolbengewicht genau zu einer geraden Stange durchgebogen wird.

Die Dampfschiffs- und Maschinenbauanstalt der österreichischen Nordwest-Dampfschiffahrtgesellschaft in Dresden hatte eine liegende Eincylindermaschine ohne Condensation von 400 mm Cylinderdurchmesser und 800 mm Hub ausgestellt, die mit Collmann's neuer auslösender Ventilsteuerung ausgestattet ist.

Die Maschine leistet bei 20 Proc. Füllung, 8 at absoluter Admissionsspannung des Arbeitsdampfes und 105 Umdrehungen in der Minute 105 e; sie diente mittels Riemen zum Betreiben einer Dynamo der Firma Schumann's Elektricitätsgesellschaft in Leipzig.

Das Wesen der Steuerung besteht darin, dass mit der Spindel jedes Einlassventils ein Kolben verbunden ist, der sich in einem mit tropfbarer Flüssigkeit gefüllten Cylinder bewegt (1897 304 * 129). Der Umfang des Kolbens ist mit einer Reihe von Löchern versehen, die oben in Spitzen endigen und, über eine Kataraktsperrkante des Buffercylinders nach aufwärts schleifend, der tropfbaren Flüssigkeit einen je nach der Kolbenlage veränderlichen Durchströmungsquerschnitt bieten. Wird das Ventil und der Kataraktkolben durch den einfachen äusseren Steuerungsmechanismus, aus einer Anhubgabel und Stützklinke bestehend, angehoben, so dass die Kolbenlöcher über die Sperrkante gelangen, und nun durch den Anschlag der Stützklinke an einen vom Regulator eingestellten Konus die Steuerung ausgelöst, so bewegt sich die Ventilspindel mit Kataraktkolben in Folge Federdruckes schnell nach abwärts und da hierbei das im Kataraktraume unter dem Kolben eingeschlossene Oel fast widerstandslos durch die Löcher desselben strömt, erfolgt ein plötzlicher Ventilschluss.

Da die Kataraktöffnungen durch die Sperrkante bei der Abwärtsbewegung der Ventilspindel immer mehr verdeckt werden, so dass sich die Durchströmungsquerschnitte bis auf die Lochspitzen verengen, wird die Ventilgeschwindigkeit stetig, aber sehr rasch verlangsamt und ein zuverlässiges, sanftes Aufsetzen des Ventils auf seine Sitzflächen gesichert.

Die Verwendung einer nicht ausdehnbaren oder zusammendrückbaren Flüssigkeit macht den Ventilverschluss im Gegensatz zur Luftpufferwirkung frei von jeder veränderlichen Compressions- oder Expansionswirkung und nur von der constructiven Gestaltung der Kataraktöffnungen abhängig, weshalb die Ventilschlussbewegung als eine, praktisch genommen, gezwungene Bewegung anzusehen ist.

Die Ventilerhebungsdiagramme der Steuerung (Fig. 31) zeigen in der That für alle Füllungen genau gleichen, tadellos raschen Ventilschluss mit sanftem Aufsetzen der Ventile, und zwar eine Ventilöffnung nahezu proportional der Kolbengeschwindigkeit.

Textabbildung Bd. 307, S. 51

Die Regulirung erfolgt in der Weise, dass die vorgenannte Stützklinke durch den vom Regulator eingestellten Konus früher oder später zum Auslassen der Anhubgabel gebracht wird. Da nur der Ventilstützdruck zum Betrage des Reibungscoëfficienten zu überwinden bleibt, ist der Regulatorwiderstand an sich sehr gering.

Bei der vorliegenden Maschine ist eine in den oberen Ventilgehäusen wagerecht verschiebbare Spindel angeordnet, die mittels der auf ihr sitzenden Konus den Anschlag der Stützklinken bildet. Da die Conicität in der Nähe des Reibungswinkels gehalten ist, wird ein Rückdruck auf den Regulator kaum bemerkbar und damit eine empfindliche Regulirung möglich. Der Regulator selbst ist ein auf der Steuer welle gelagerter Federregulator, der seine Bewegung mittels eines doppelt gegabelten, am Maschinenrahmen drehbar befestigten Hebels auf die Expansionsspindel überträgt.

Die Ausströmventile werden in der Weise gesteuert, dass durch die Excenterstange jedes Einlassventils ein Daumen in schwingende Bewegung versetzt wird, wodurch mittels Rollenhebels die Ventilspindel zum Anhübe gelangt.

Die Einfachheit der äusseren Steuerung und die Beschränkung der Massen gestatten die Verwendung der neuen Collmann-Steuerung für hohe Tourenzahlen.

Eine liegende Tandem-Dampfmaschine ohne Condensation mit zwangläufiger Ventilsteuerung nach Patent Radovanovic (D. R. P. Nr. 65698) hatte die Königin Marienhütte, A.-G., in Cainsdorf bei Zwickau ausgestellt. Die |52| Cylinder von 400 bezieh. 630 mm Durchmesser für 950 mm Hub sind, wie auch der Aufnehmer, von Mänteln umgeben, die mit Kesseldampf geheizt werden.

Zur Kraftabgabe dienten acht je 50 mm starke Seile eines mit entsprechenden Rillen versehenen Schwungrades von 4 m Durchmesser. Die Leistung der Maschine soll bei 7,5 at Anfangsspannung des Arbeitsdampfes und 70 minutlichen Umdrehungen 160 HPi betragen.

Die Maschinenfabrik Rich. Raupach in Görlitz hatte eine liegende Verbunddampfmaschine mit Condensation und zwangläufiger Ventilsteuerung, Patent Eisner, von 350 bezieh. 590 mm Cylinderdurchmesser und 700 mm Hub ausgestellt. Die Maschine diente zum Antriebe einer Schuckert'schen Dynamo; sie entwickelt bei 95 minutlichen Umdrehungen und 9 at Dampfspannung normal 110 HPe.

Textabbildung Bd. 307, S. 52

Die Construction und Wirkungsweise der bisher in diesem Journal nur kurz erwähnten (1895 298 281), wegen ihrer ausserordentlichen Einfachheit und Uebersichtlichkeit bemerkenswerthen Ventilsteuerung ist aus Fig. 32 zu entnehmen.

Auf der von der Schwungradwelle aus betriebenen Steuerwelle a ist für je ein Ein- und Auslassventil eine Kurbel angeordnet, deren Zapfen mittels des Gleitsteines b in eine Schlitzscheibe c greift, die im Bügel der geführten Ventilzugstange d drehbar gelagert ist; letztere steht durch den Hebel e, dessen Gelenke mit 1 und 2 bezeichnet sind, mit der Ventilspindel in Verbindung, Die jeweilige Lage der Scheibe c wird durch den Regulator bestimmt, der zu dem Zwecke durch ein einfaches Gestänge mit der Scheibe so verbunden ist, dass er beim Steigen oder Fallen ein Verstellen derselben und dadurch eine Aenderung des Füllungsgrades der Maschine bewirkt.

In Fig. 32 ist die Steuerung in der Todtpunktlage dargestellt, in welcher das Einlassventil nur 1 bis 1,5 mm geöffnet ist. Der Mittelpunkt der Steuerkurbel liegt dann genau in der Mitte der Schlitzscheibe, so dass durch eine Drehung derselben keinerlei Einfluss auf die Vorausströmung ausgeübt wird, dieselbe also constant bleibt. Dreht sich die Steuerkurbel in Richtung des auf der Abbildung ersichtlichen Pfeiles, so verschiebt sich der Gleitstein b in der Schlitzscheibe nach links und bewegt die Stange d nach abwärts, wobei der Hebel e sich auf einer darunter liegenden Bahn derartig zwangläufig wälzt, dass im Augenblicke des Aufsetzens das Ventil langsam, im nächsten Augenblicke aber rasch angehoben wird. Mit derselben Geschwindigkeit wird das Ventil wieder geschlossen und gelangt im letzten Augenblicke der Abwärtsbewegung sanft und geräuschlos auf seinen Sitz.

Die Auslassventile werden von derselben Kurbel in ähnlicher Weise durch Wälzhebel zwangläufig gesteuert. Um den Compressionsgrad ändern zu können, ist der Angriffspunkt i der Zugstange f auf dem Hebel g verschiebbar angeordnet.

Ein Rückdruck der Steuerung auf den Regulator findet nicht statt.

(Fortsetzung folgt.)

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