C. Die Steuerungen
I. Die Steuerungen mit zweifachen Dampfwegen
4. Die Abarten des gewöhnlichen Muschelschiebers
Der TricTcsche Schieber.
Diesem Schieber, Fig.51, ist eigentümlich, daß er zur Erzielung doppelter Einströmung mit einem Hilfskanal, dessen Weite meist ~ beträgt, ver
sehen ist. Wird der Einlaßkanal durch die steuernde Außenkante des
7 8 D ie Steuerungen.
Schiebers freigelegt, so überschleift der Hilfskanal auf der entgegen
gesetzten Seite den Schieberspiegel, so daß auch durch ihn der Dampf Z u
strömen kann. Mit dem Tr i c k s c h e n Schieber kann entweder eine schnellere W irkung der Steuerung, also ein rascheres Öffnen und Schließen der Steuerkanäle und damit eine Vermeidung der Drosselung, oder eine
t
Verkürzung des Schieberhubes und dadurch Verringerung der Schieber
reibung und der Abmessungen des Schieberkastens erreicht werden.
Im ersteren Falle erhält die Exzentrizität dieselbe Größe wie die des entsprechenden Muschelschiebers. Das Schieberdiagramm Fig. 52 zeigt, daß vom Punkte der Voreinströmung ab sich die Kanalöffnungen verdoppeln, bis sie die Größe a erreicht haben. In gleicher Weise wird der Kanal geschlossen. Sonach ist nach Zurücklegen eines Kurbelwinkels er, entsprechend k v. Ht.
Kolbenweg, der Kanal schon ganz geöffnet, so daß eine Drosselung des Frischdampfes nicht stattfinden kann. Der Dampfauslaß erfolgt in gleicher Weise wie beim Muschelschieber.
Im zweiten Fall erhalten Exzentrizität und Fis- 52- Überdeckungeii die H älfte der Größe wie beim
i G 1* «
einfachen Muschelschieber, also it = - ; et = ■-■; i'j = —. Öffnung und
u u u
Schluß gehen hierbei in derselben Weise wie beim Muschelscbieber vor sich, da die Vorteile der doppelten Eröffnung durch die auf die Hälfte verminderte Schiebergeschwindigkeit aufgehoben werden. Bei dieser An
ordnung mit halbem Schieberhub wird die Ausströmung des Abdampfes verschlechtert, und es ist darauf zu achten, daß rt >- a —(— i,, da sonst der Auslaßkanal nicht mehr ganz geöffnet wird.
D ie Steuerungen mit zw eifachen Dam pfwegen. 79
In beiden Fällen muß der Kanal im Schieberspiegel die Weite a - |- s haben, damit keine Verengerung desselben um die Stegbreite s stattfindet.
Im übrigen können auch Zwischenwerte für die Exzentrizität gewählt werden ; es findet dann sowohl Hubverkürzung als auch Beschleunigung der Steuer
wirkung statt. führt während der Zurücklegung des Schieberweges 2 cÜberströmung her
bei: der Dampf strömt von der Kolbenseite mit höherer Spannung auf diejenige mit niederer Spannung über. Dadurch wird bei Konden
sationsmaschinen die Kompression bei gleichzeitiger Verbesserung der Ausströmung erhöht, während bei Auspuffmaschinen die Kompression er
mäßigt wird.
In den Stegen am Schieberspiegel befinden sich muschelförmige E r
weiterungen, auf deren inneren Kanten die Schenkel einer in den Schieber eingebauten Muschel stehen. Entfernt sich der Schieber um i aus seiner Mittellage, so ist der Zylinderkanal schon u m f - j - c geöffnet, und es be
ginnt die Ausströmung, welche an zwei Kanten vor sich geht: über und
l) W e i ß , Kondensation. (Verlag von Julius Springer in Berlin.)
80 D ie Steuerungen.
des Zylinderkanals freigegeben sein, so daß die Beziehung besteht:
a . Überströmung zu ermöglichen. Der Zylinderkanal läuft an der Mündung in zwei engere Kanäle von der Weite a ' = ^ aus. Zwei quer in den Schieber
u
eingebaute Stege sind seitlich erweitert und stehen mit dem Schieber
kasten in Verbindung, so daß durch sie der Frischdampf Zuströmen kann.
Die A rt der Ein- und Ausströmung des Dampfes, sowie die Abmessungen sind aus Fig. 55 ersichtlich. Es ist darauf zu achten, daß die Öffnungen am Schieberspiegel durch überschleifende Kanten nicht verengt werden;
es muß sein: cx — r — e'-j- a, C2 — r — wori n a — SicherheitsVor
gabe. Der Pe n n s c h e Schieber findet am häufigsten Verwendung bei Schiffs
maschinen, um einen möglichst geringen Schieberhub zu erhalten. Selbst
verständlich läßt sich auch hier durch Vergrößerung des Schieberweges eine Beschleunigung der Steuerwirkung erreichen. Die große Auflagerfläche dieses Schiebers und die Entlastung eines Teiles der Schieberfläche verursachen bei halber Exzentrizität geringere Abnutzung der Flächen und kleinere Reibungsarbeit als beim Muschelschieber. Versieht man den P e n n schon Schieber1) nach Fig. 56 noch mit einem T r i c k - K a n a l , so erhält man dreifache Einströmung und doppelte Ausströmung.
)) Nach einer Ausführung der „Sundw iger E isenhütte“, Sundw ig i. W.
Dubbcl,Dampfmaschinen. 2. Aufl.
P ig . 56.
8 2 D ie Steuerungen.
spiegel mündet, wird von dem seitlich offenen Frischdampfkanal c durchsetzt.
Sonach bildet der Schieber drei Durchgänge für die Einströmung, drei Durchgänge für die Ausströmung und zwei Durchlässe (t und m) für die Überströmung, um die Kompression durch Spannungsausgleich zu regeln.
Infolge der dreifachen Eröffnung läßt sich vollständige Kanalöffnung schon in der Kolbentotlage erreichen.
Die nicht entlastete Schieberfläche ist sehr gering. Da die Exzen
trizität verkleinert werden kann und die Entlastung durch die Über
strömung bei schnellster Schieberbewegung stattfindet, so ist die Schieber
bewegungsarbeit klein.
Die Überströmung ermöglicht bei Verbundmaschinen selbsttätige An
passung der Kompressionsendspannung an . den Aufnehmerdruck. Eine Änderung des Kompressionsweges beim Übergang vom Auspuff zur Kon
densation oder umgekehrt wird unnötig.
Die entlasteten Schieber.
Die Anwendung der Flachschieber verursacht bei höherem Dampf
druck — etwa über 8 Atm. — große Schwierigkeiten, da infolge des großen spez. Flächendruckes das Schmieröl zwischen den gleitenden Flächen fortgepreßt wird und das mit Zerstörung der Gleitflächen verbundene
„Fressen“ des Schiebers eintritt, welches sich nach außen hin durch knur
rendes Geräusch bemerkbar macht. Der Flächendruck pro qcm läßt sich zwar durch Vergrößerung der tragenden Flächen vermindern; hiermit tritt aber gleichzeitig eine Vermehrung des auf dem Schieber lastenden Ge
samtdruckes und der Reibungsarbeit auf. Die für den zulässigen Flächen
druck geltenden Werte sind von der Ausführung,* Schiebergeschwindigkeit,
i) A usführung von A . Borsig. B erlin . Z. 1905, S. 1324.
S 4 Die Steuerungen.
A rt der Schmierung und besonders von der Güte des Schmiermaterials abhängig.
Da über die zwischen Schieber und Schieberspiegel herrschende Spannung Bestimmtes nicht bekannt ist, so setzt man bei Berechnung des Flächendruckes am zweckmäßigsten voraus, daß auf der Schieberfläche ein Druck von der Größe der höchsten Eintrittspannung laste, und daß ein Gegendruck nicht vorhanden sei. Unter diesen Annahmen ist bei bester Ausführung und Schmierung ein spez. Auflagerdruck bis zu 25 kg/qcm zulässig, doch ist es ratsam, in gewöhnlichen Ausführungen, namentlich bei größeren Schiebergeschwindigkeiten, 20 ts/,icm nicht zu überschreiten.
Anwendung der Schieber auch für höchsten Dampfdruck und Ver
ringerung der Reibungsarbeit wird durch Entlastung erreicht.
Der K olbenscliieber. Dieser entsteht, wenn der Querschnitt eines Flachschiebers als erzeugende Fläche eines Umdrehungskörpers benutzt sr? wird. Zum Zweck vollständiger Entlastung müssen die Kanäle a im Schieberspiegel rundgeführt werden, so daß die von allen Seiten wirkenden Dampfdrücke sich aufheben. Der schädliche h /777ty/ Raum wird dadurch stark vergrößert. Der Kolbenschieber
eignet sich besser für senkrechte als für wagerechte An
ordnung, da in diesem Fall das Schiebergewicht einseitige Abnutzung und Undichtheiten verursacht. F ür größere, wage-
F ig . 58. rechte Schieber wird es deshalb empfehlenswert, besondere
Tragflächen zur Aufnahme des Schiebergewichtes anzuordnen.
Die Abdichtung eifolgt entweder durch Einschleifen oder vermittelst Liderungsringe (Fig. 58). Die Ausführung nach Fig. 58 c ist wegen des Aufbringens nur bei Schiebern von größerem Durchmesser angebracht; die verhältnismäßig geringe Auflagerfläche an den Stirnseiten dieser Ringe führt schnellen Verschleiß und Schlag herbei.
Sehr häufig werden die Kolbenschieber mit Inneneinströmung aus
geführt. Der Schieberkasten ist mit Abdampf gefüllt, so daß die Stopf
büchsen nur gegen diesen abzudichten brauchen, eine Bauart, welche sich besonders für hohen Druck und überhitzten Dampf eignet. Fig. 59. Der Abdampf kann hierbei entweder durch einen, die beiden Schieberkasten
enden verbindenden angegossenen Kanal, oder durch eine besondere Rohr
leitung abgeführt werden; in gleicher Weise findet bei äußerer Einströ
mung die Zuführung des Frischdampfes statt.
Wird der Dampf nur von einer Seite her zu- oder abgeführt, so muß statt der zwei Scheiben kolben ein rohrförmiger Schieber angewendet werden, dessen innerer Querschnitt nach Abzug der Rippen die erforder
liche Durchgangsfläche für den Dampf ergeben muß.
Dem am Umfang stetig zunehmenden Dampfzufluß entsprechend, nehmen die rundgeführten Kanäle entweder in radialer oder axialer Rich
tung zu. Letztere Ausführungsweise, welche eine bequemere Verkleidung
Die Steuerungen m it zweifachen Dam pfw egen. 85
des Schieberkastens erlaubt, setzt wegen der gleichbleibenden Kanalbreite im Schieberspiegel den Einbau einer Büchse voraus. Diese findet ihrer
leichten Auswechselbarkeit halber auch sonst häufig Verwendung. Der Kanal ist hierbei — um den Zusammenhang zwischen den einzelnen Teilen der Büchse herzustellen — mit Stegen zu versehen, welche zur Vermeidung von Gratbildung am Schieber schräg gesetzt werden. Die Verengerung der Kanäle durch die Stege ist bei der Bemessung der Kanalquerschnitte zu berücksichtigen. Im übrigen soll die Kanalweite so gewählt werden, daß der Schieberkasten nicht länger als der Zylinder wird.
S chieber m it E n tla stu n g sra u m . Bei diesen wird die Rückseite des Schiebers ganz oder zum Teil gegen den Schieber
kastendruck abgedichtet, so daß über dem Schieber ein Entlastungsraum entsteht, welcher mit der äußeren Atmosphäre, dem Abdampfrohr oder dem Kondensator in Verbindung steht. In letzterem F all kann der Entlastungsraum — und damit die Größe der Dichtungsflächen — besonders klein gewählt werden. In den Fig. 55 und 60 sind derartige Entlastungen dar
gestellt.
In Fig. 55 ist ein besonderer Auf- satz mit Kegelfläche durch Verschraubung
F ig . 59 *).
F ig . 60.
' ) A usführung der H annoverschen M .-A.-G. vorm. G. EgestorfF. (Hoehdruck- kolbonschieber für viorzyl. Schnellzuglokom otivc.)
8 6 D ie Steuerungen.
auf dem Schieber befestigt; auf dieser Kegelfläche sitzt ein nach innen spannender Ring, welcher den Frischdampfraum gegen den Entlastungs
raum abdichtet. In Fig. 60 wird der Ring gegen den Schieberkasten
deckel mittelst Spiralfedern angepreßt. Die Gleitfläche am Schieber
kastendeckel ist durch Halbkreise zu begrenzen, deren Mittelpunkte um weniger als den Schieberhub voneinander entfernt sind, so daß die ange
drückten Ringe etwas überschleifen, und keine Ansätze entstehen können.
Offene Schieber. Der Schieber von rechteckigem Querschnitt gleitet zwischen Schieberspiegel und einstellbarer Gegenplatte. Die Herstellung ist sehr kostspielig, die Verwendung in Deutschland selten.
Die Einstellung des Muschelschielers.
D ie V e r b i n d u n g v o n S c h i e b e r u n d S t a n g e .
Ist der Schieber ohne Berücksichtigung der endlichen Stangenlangen entworfen worden, so wird, wie auf S. 74 nachgewiesen, bei symmetrischer Einstellung die Füllung auf der Deckelseite größer als auf der Kurbel
seite, wodurch die Gleichmäßigkeit der Drehgeschwindigkeit ungünstig be
einflußt wird. Soll Gleichheit der Füllungen erzielt werden, so muß der Schieber um einen bestimmten Betrag c- aus der Mittellage nach der Deckelseite hin verschoben werden, damit beim Schieberrückgang auf der Deckelseite früher geschlossen wird. Hierbei wird der Schieber den Kanal auf der Kurbelseite um c überschleifen, während der Kanal auf der Deckel
seite nur um a — C geöffnet wird. Soll auch bei letzterem volle Eröff
nung stattfinden, so muß die Exzentrizität r = a -f- e -{- c sein (s. Fig. 47).
Da bei dieser Einstellung das lineare Voreilen auf der Deckelseite den Wert v0 — c, auf der entgegengesetzten Seite den W ert v0 -(- c annimmt, so empfiehlt es sich, so zu vermitteln, daß sowohl Voreilen als Füllung möglichst gleich werden.
Über die Dampfverteilung bei Ausführung des Schiebers mit un
gleichen Lappen s. S. 77.
t
gebracht werden. Der veränderten Be
wegungsrichtung entsprechend, wird hier
bei das Exzenter entgegengesetzt auf
gekeilt, so daß es der Kurbel um multiplizieren, um die Größe der Exzentrizität zu erhalten.
Als Folge der Bewegungsumkehr muß in der B r ix sehen Darstellung Fig. 50 das M ü l l er sehe Diagramm um 180° gedreht werden, d. h. der P unkt 0 2 gelangt nach Or D a mit der Größe der Exzentrizität 0 0 2 die Ungleichheit der Füllungen wächst, jene aber bei Nacheilung des Exzenters abnimmt, so folgt: daß bei nacheilendem Exzenter die Dampf Verteilung gleichmäßiger wird und zwar im allgemeinen um so mehr, je kürzer die Exzenterstange ist. Die Strecke OOj wird am kleinsten, wenn 0 0 ! senk
recht zu OjC steht, Fig. 50, wenn also: 0 1C = 0 C - sin (0!0C ) = O C sin ö wird, oder:
F ig . G2.
SS D ie Steuerungen.
r2 _ R2 . .
2 1 2 L ' • Als günstigstes Verhältnis ergibt sich sonach:
r R R
T -T— • sm ö .
1 r L
Im übrigen ist diese ausgleichende Wirkung schon aus Fig. 47 ab
zuleiten, in welcher bei nacheilendem Exzenter die mit 1 geschlagenen Kreise entgegengesetzte Krümmung aufweisen würden.
Eine starre Verbindung des Schiebers mit seiner Stange ist unstatt
haft, da bei eingetretener Abnutzung entweder die Schieberstange stark durchgebogen oder der Schieber nicht mehr an der Gleitfläche aufliegen würde. Die Verbindung muß vielmehr derart sein, daß der Schieber in der Richtung senkrecht zum Schieberspiegel eine gewisse Beweglichkeit besitzt und ständig vom Dampfdruck angepreßt wird.
Auch kann dadurch die Schieberstange ihre Lage beibehalten, wenn die Schieberhöhe durch nachträgliche Bearbeitung der Gleitflächen ver
ringert wird.
In Fig. 6 6 wird der Grundschieber durch einen eingepaßten Hammer
kopf mitgenommen, eine bei nicht zu großen Schiebern sehr gebräuchliche Konstruktion. Die vorteilhafte, aber auch teuere Verbindungsweise mittelst Rahmens ist in Fig. 62 wiedergegeben. Damit der Schieber auch bei Stillstand der Maschine angepreßt und im Falle hoher Kompression nicht abgedrückt wird, sind unter den Querbrücken Blattfedern angebracht. Bei diesen beiden Verbindungsarten muß die Schieberstange um 360° bezw.
180° gedreht werden, falls bei der Einstellung der Schieber auf seiner Stange verschoben werden soll. Die Schieberstangen sind deshalb mit feinem Gewinde zu versehen, um möglichst genau einstellen zu können.
In Fig. 56 ist die von einer Iiülse (Gasrohr) umschlossene Schieber
stange durch eine ovale Öffnung im Schieber hindurchgesteckt. Dieser wird durch zwei Unterlegscheiben mitgenommen, welche durch Muttern auf die Hülse — nicht auf den Schieber! — gepreßt werden. Durch diese sehr häufig zu findende Verbindung werden namentlich hei kleineren Schiebern die Durchgangsquerschnitte stark verengt.
b) Die Einscliieber-Expansions-Steuerungen.
Werden Voreilwinkel und Hub des Exzenters verstellt, so wird die gesamte Dampfverteilung geändert, was zur Ausführung von Expansions
steuerungen mit einem Schieber Veranlassung gegeben hat. Die Änderung von Voreilwinkel und Schieberhub kann von Exzenterregulatoren entweder dadurch vorgenommen werden, daß das Exzenter geradlinig oder im Bogen verschoben wird, Fig. 6 3 a und b , oder daß ein Exzenter drehbar auf einem zweiten festgekeilten angeordnet ist. Fig. 63c und d. Bei Verdrehung
D ie Steuerungen mit zweifachen D am pfwcgen
eines innen angeordneten Exzenters muß das äußere Exzenter durch einen Arm geführt werden. Diese Aus
führung hat den Vorteil, daß der Regulator nicht an derjenigen Scheibe angreift, an deren Umfang die E x
zenterreibung wirkt.
Bei der gradlinigen Verstellung nach Fig. 64 a nimmt die Exzen
trizität bei einer Senkung um s von Ti auf r ab, gleichzeitig vergrößert
sich der Voreilwinkel von ô auf zi. In Fig. 64 d ist 0 d das festauf- gekeilte, der Kurbel um 60° bis 90° voreilende Exzenter, welches vom Exzenter d D drehbar umfaßt wird. Bei der Verstellung des letzteren bewegt sich dessen Mittelpunkt auf dem von d aus beschriebenen Kreis
bogen D D l , so daß für die Bewegung des Schiebers die resultierenden Exzenter O D bis 0 D 1 in Wirkung treten. Die sich ergebende Dampf
verteilung ist in Fig. 6öa mittelst des M ü lle rs c h e n Diagramms für die geradlinige Verschiebung, in Fig. 65b mittelst des Z e u n e r s c h e n Dia
gramms für den bogenförmigen Ausschlag dargestellt. Beide Diagramme werden am zweckmäßigsten in üblicher Weise für die größte verlangte
F ig . 65.
Füllung entworfen, wobei sehr mäßige Kompression und die Exzentrizität r >> e -j- a anzunehmen ist. Hierauf ist probeweise der Exzenterkreis K.
für die normale Füllung aufzusuchen, bei welcher der Einlaßkanal nur
D ie Steuerungen m it zweifachen Dam pfwegen. 9 1
noch um einen zu wählenden Betrag seiner Weite geöffnet wird. Ergibt sich eine allzugroße Dampfgeschwindigkeit, so ist die Exzentrizität ent
sprechend zu vergrößern. Die Kompression beginnt schon in Co, die Vor
ausströmung in Va. Bei der kleinsten Füllung wird der Einlaßkanal nur noch um das lineare Voreilen geöffnet; die Füllung selbst wird gleich der Voreinströmung, in v. H t. des Kolbenweges gemessen. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist das lineare Voreilen Ve für sämtliche Füllungen konstant. Absolute Nullfüllung läßt sich demnach nicht erreichen. Die Voreinströmung erfolgt hingegen bei der größten Füllung während des Kurbelwinkels a', bei der kleinsten während des Winkels a , ist somit stark veränderlich.
Im Z e u n e r sehen Diagramm werden in den Mittelpunkten i der Strecken 0 D , 0 B l Kreise gezogen. Ist O P = i , 0 1 1 = e, so be
stimmen die Schnittpunkte dieser Kreise wie üblich die Dampfverteilung.
W ird O D t wie gezeichnet kleiner als e, so gibt die Steuerung infolge der Bogenform der Scheitclkurve absolute Nullfüllung: Der Einlaßkanal wird selbst um das lineare Voreilen nicht mehr geöffnet, welches um den Betrag vt veränderlich ist. Diese Veränderlichkeit ist im allgemeinen vor
teilhaft. D a die Einschieber-Expansionssteuerungen hauptsächlich an kurz
hubigen Schnellläufern mit entsprechend großem schädlichem Raum zur Anwendung gelangen, so kann die Auffüllung des letzteren mit Frisch
dampf während der Voröffnung Durchgehen im Leerlauf herbeiführen.
Der Wechsel der Kompression wird wegen der verschiedenen Endspannungen namentlich bei Auspuffmaschinen von Bedeutung. Die Zunahme der Kompression mit abnehmender Füllung ist für Maschinen, welche genaueste Regelung verlangen, erwünscht, da hierbei zwei Ursachen für die Ver
änderung des mittleren Druckes tätig sind. Eine Steigerung der Kom
pression über den Einlaßdruck hinaus ist auch bei den kleineren Füllungen zu vermeiden, bei welchen jedoch die mit der Füllungsverkleinerung wachsende Voreinströmung vielfach allzuhohe Kompression verhindert. Bei frühzeitiger Voröffnung wird nämlich der Kompressionsdampf, sobald sein Druck höher als die Schieberkastenspannung ist, aus dem Zylinder hinaus
geschoben.
c) Die Expansionsscliiebersteuerungen mit zw ei Schiebern.
Bei guten Ausströmungs- und Kompressionsverhältnissen lassen sich mit dem Muschelschieber kleinste Füllungen von 40 -r- 45 v. Ht. erreichen, wobei die tlberdeckungen und Schieberreibung bedeutend zunehmen. Kleinere, für gute Dampfausnutzung geeignetere Füllungen erfordern die Anwendung der Expansionssteuerungen, doch sind solche mit einem Schieber für mittlere Umlaufzahlen nicht geeignet, da die mit großer Verstellkraft auszuführenden Exzenterregulatoren hierbei außerordentliche Größe erhalten müßten. Auch
9 2 Oie Steuerungen.
die bei kleinen Füllungen auftretende große Vorausströmung würde bei Maschinen, welche dauernd mit hoher Expansion arbeiten, — wie z. B.
Kondensationsmaschinen — erheblichen Verlust an Diagrammfläche ver
ursachen. Aus diesen Gründen sind in vielen Fällen die Zweischieber- steuerungen vorzuziehen, welche aus einem Grund- und einem Expansions
schieber bestehen.
Im Grundschieber, welcher wie ein gewöhnlicher Muschelschieber Voreinströmung, Ausströmung und Kompression unveränderlich steuert, be
finden sich Durchlaßkanäle, welche vom Expansionsschieber geschlossen werden können, wenn die zum Zylinder führenden Kanäle noch geöffnet sind. Dem Expansionsschieber fällt somit nur die Einstellung der Füllung zu.
Veränderliche Füllung kann nun erzielt werden:
entweder dadurch, daß die Entfernung der steuernden Kanten auf dem Rücken des Schiebers von H and bezw. durch den Regulator verändert wird, oder durch Änderung von Hub und Voreilwinkel des Expansionsschiebers durch Exzenterregulatoren.
1. Steuerungen mit veränderlicher Entfernung der