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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Verbrennung bei Öl- oder
Kohlenstaubfeuerungen für Lokomotiven Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
selbsttätigen Regelung der Verbrennung bei C51- oder Kohlenstaubfeuerungen für Lokomotiven,
Dampftriebwagen und Dampfwalzen, bei denen eine in Abhängigkeit von der verbrauchten
Nutzdampfmenge wirkende Zugeinrichtung einen Unterdruck in der Rauchkammer erzeugt,
der die angesaugte Luftmenge und die zuzuführende Brennstoffmenge beeinflußt.
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Um das Verhältnis zwischen der zuzuführenden Brennstoffmenge und dem
Nutzdampfverbrauch beliebig einstellen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
eine Vorrichtung mittels der der Druck in der Rauchkammer unabhängig von der verbrauchten
Nutzdampfmenge verm.inderbar ist und einen vom Druck in der Rauchkammer beeinflußten
Impulsgeber vorzusehen, der die Brennstoffzufuhr steuert.
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Die Verminderung des Unterdruckes in der Rauchkammer kann durch Einlassen
von Dampf in die Rauchkammer erfolgen. Es kann zu diesem Zweck im Blasrohr eine
in die Rauchkammer mündende Dampfaustrittsöffnu.ng vorgesehen sein, deren Querschnitt
veränderbar ist. Auch durch eine in der Rauchkammer vorgesehene Lufteintrittsöffnung
kann der Druck in der Rauchkammer vermindert werden.
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Ein anderes Mittel zur Verminderung des Druckes in der Rauchkammer
besteht darin, daß der ob.erha,lb der Mündung des Blasrohres oder vor dem Ein- oder
hinter dem Austrittsquerschnitt des Schornsteines ein vom Führerstand aus mittels
Übertragungsgestänges schwenkbares Prallblech oder ein Schmetterlingsventil angeordnet
ist. Diese Einrichtung vermindert die Wirksamkeit der Zugeinrichtung und bedingt
dadurch eine Verringerung des Druckes in der Rauchkammer.
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Der von dem Druck in der Rauchkammer beeinflußte Impulsgeber kann
aus einer an der einen Seite dem atmosphärischen Luftdruck und auf der anderen Seite
dem Druck in der Rauchkammer ausgesetzten Membran bestehen, deren Bewegung an das
Brennstoffventil übertragen wird.
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Um die Einrichtung von Massenkräften, die während der Fahrt, insbesondere
beim Beschleunigen und bei Verzögerung der Fahrtgeschwindigkeit, auftreten, unabhängig
zu machen, kann das übertragungsgestänge zwischen der Membran. und dem Brennstoffventil
aus zwei gewichtsgleichen Teilen bestehen, die entweder mit je einer Zahnstange
versehen sind, die in ein um einen Festpunkt drehbares Zahnrad eingreifen, oder
durch einen Hebel in äquivalenter Weise miteinander verbunden sind.
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Die auf den Impulsgeber wirkenden Stellkräfte sind besonders groß,
wenn das den Druck an den Impulsgeber übertragende Rohr an den engsten Querschnitt
des Schornsteines, gegebenenfalls an einen dort vorgesehenen Wulstring, angeschlossen
ist. Jedoch tritt bei dieser Anordnung der Einfluß des Unterdruckes in der Rauchkammer
gegenüber dem Unterdruck im Treibstrahl zurück.
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Der Einfluß des Unterdruckes in der Rauchkammer kommt hingegen, ausschließlich
und voll zur Wirkung, wenn das den Druck an den Impulsgeber übertragende Rohr in
die Rauchkammer hineinragt. Damit keine Verunreinigungen in die Leitung gelangen
können, weist das in die Rauchkammer hineinragende Ende des Rohres in seinem Mantel
und am Mündungsquerschnitt zweckmäßig als Filter wirkende enge Schlitze oder kleine
Löcher auf.
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Bei Ölfeuerungen mit Vorwärmung und Zerstäubung des Heizöles durch
Dampf kann der vom Druck in der Rauchkammer betätigte Impulsgeber zugleich auch
die Zerstäubungs- und Vorwärmdampfme.nge steuern, indem die mit dem Impulsgeber
gekuppelten Ventilstangen des Brennstoffventils und der Vorwärmungs- und Zerstäubungsdampfventile
starr miteinander verbunden sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen, standes ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Ausführungsart in Seitenansicht, Fig.2 eine
andere Ausführungsaxt, ebenfalls in S eitenans,i.cht, Fig. 3 einen Schnitt durch
die Rauchkammer; Fig. 4 einen. Schnitt durch einen Schornstein.
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Der Du.rchlaß 1 des in die Brennstoffleitung eingeschalteten Ventilgehäuses
2 ist durch einen lanzettförmigen Kegel 3 regelbar, der mit einer Stange 4 fest
verbunden ist. Das andere Ende dieser Stange 4 ist an einer Membran 5 befestigt,
die in einem Gehäuse 6 eingespannt ist und dieses Gehäuse in zwei Kammern 7 und
8 teilt. Die Kammer 7 ist über eine
bei 9 angeschlossene Rohrleitung
mit der Rauchkammer, der Feuerbüchse oder einem anderen Teil der Abgaswege der Lokoinotvie
verbunden, in dem Unterdruck herrscht, während die Kammer 8 durch Öffnungen 10 mit
der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Stange 4 trägt ein Gestänge 11, an dem die
Ventilkegel 3 sowie 3' und 3" sitzen. Das Ventil3 ist das Brennstoffventil; 3' regelt
den Einfluß des Dampfes zum Erwärmen des Öles, 3" ist ein weiteres Ventil für den
Dampf, der das Öl zerstäubt. Durch eine auf dem Gehäuse 6 und der Stange 4 sitzende
Feder 12 werden die Ventilkegel 3, 3' und. 3" zusammen mit der Membran ohne Druck
in die Schließstellung gebracht. Eine Stopfbüchse 13 sorgt für die Abdichtung -Die
Fig.2 zeigt eine Aüsführungsfo@rm, die, wie im folgenden noch näher --beschrieben
wird, etwa ungünstig auf das einwandfreie Funktionieren des Apparates einwirkende
äußere Kräfte, z. B. Beschleunigen, Stoßen, Nicken usz@:,-eliminieren soll.
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Bei dieser Bauart des Apparates ist die Stange 4 unterteilt in die
gewichtsgleichen Stangen 4' und 4", deren jede mit einer Zahnstange 14, 14' versehen
ist, in die ein in einem Festpunkt gelagertes Zahnrad 15 eingreift. Auch bei dieser
Anordnung bringt eine Feder 12 zusammen mit der Membran. die Ventilkegel jeweils
in die Schließstellung. Die Ventilkegel 3, 3' und 3" sind hierbei denen in Fig.
1 entgegengesetzt gerichtet.-Wenn der Unterdruck in der Rauchkammer wächst, wird
die Membran 5 in der Zeichnung nach links durchgebogen und dabei die Stange 4 mit
den Ventilkegeln 3, 3' und 3" ebenfalls -nach links gezogen. Dadurch wird der freie
Durchgang durch die Ventilöffnungen größer, so- daß- - mehr Brennstoff durch- ;
fließen kann, ebenso mehr Dampf zum Erwärmen. des Öls und mehr Dampf für-die Ölzerstäubung,
immer aber im richtigen -Verhältnis für eine vollkommene Verbrennung.
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Wird dagegen der Unterdruck in der Rauchkammer . geringer, so bewegt
sich die- Membran 5 in Richtung auf die atmosphärische Kammer 8 und schiebt dabei
die Stange 4 nach rechts, wobei der freie Durchgang durch die genannten Ventile
immer geringer und schließlich mit Hilfe der Feder 12 ganz verschlossen wird. -Wenn
der Unterdruck in-der Rauchkammer wächst, wächst bekanntlich: auch der Zustrom von
Frischluft zur Feuerbüchse; infolgedessen findet die dem Brenner zufließende erhöhte
Brennstoffmenge eine ; Luftmenge- vor, die zu --einer vollkommenen Verbrennung als
Mindestmenge nötig ist.
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Wenn aber der Unterdruck in der Rauchkammer abnimmt, verringert sich
bekanntlich der Luftzufluß zur Feuerbüchse, so daß die jetzt durch das gedrosselte
Brennstoffventil strömende Brennstoffmenge in der Feuerbüchse wieder diejenige Luftmenge
vorfindet, die zu ihrer totalen--Verbrennung erforderlich ist, nicht mehr und nicht
weniger. Die Verringerung des Unterdruckes in der Rauchkammer verursacht somit erstens
die Verminderung der Luftzufuhr zur Feuerbüchse und zweitens - über den erfindungsgemäßen
Apparat eine -entsprechende Verminderung der Brennstoffzufuhr. Die. Abmessungen
der Membran 5 und der Ventilkegel 3, 3' und 3" sind so abgestimmt,- -daß
einer bestimmten, der - Feuerbüchse zuströmenden Luftmenge eine jeweils für die
vollkommene Verbrennung notwendige Brennstoffmenge zugeführt wird. Das Verhältnis
Frischluft und. Brenn= stoff bleibt somit in iedem Fall konstant. Die Rohrleitung,
die bei 9 an die Vakuumkammer angeschlossen ist, kann entweder an irgendeiner geeigneten
Stelle der Rauchkammer enden, sie kann aber auch mit einem anderen Teile des von
den Abgasen bestrichenen Weges verbunden sein, jedenfalls immer dort, wo ein Unterdruck
entsteht.
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Der Unterdruck, der die Ventile 3, 3' und 3" betätigt, kann auch dadurch
hergestellt werden,, daß man die Vakuumkammer 7 mit der Feuerbüchse der Maschine,
der Schornsteinkehle (Einschnürung) oder der Unterdruckzone eines Venturirohres
verbindet, das entweder am Lufteinlaß der Feuerbüchse oder oben auf dem Schornstein
angebracht ist, je nachdem es das zulässige Profil der Lokomotive erlaubt.
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An Stelle der beschriebenen Membrananordnung kann auch ein Zylinder
gewählt werden, in dem sich ein Kolben bewegt, beispielsweise ein Kolben. mit Gummiring,
wie in Bremszylindern. In diesem Falle ist die Stange 4, an der die Ventilkegel
3, 3', 3" sitzen, direkt an dem Kolben befestigt.
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Die- Ventile mit den Ventilkegeln3, 3', 3" können auch durch andere
geeignete Ventile, z. B. durch Durchgangsventile mit Hahnküken od. dgl., ersetzt
werden. DieVerbindung des Steuerteiles eines solchen Ventils mit der lhlembran 5
erfolgt dabei durch an sich bekannte Systeme von Hebeln und Gelenken.
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Die gebräuchliche Methode zur Verringerung des Druckes im Kessel besteht
darin, die Menge des Brennstoffes zu verringern. D,ie entsprechende Verringerung
der Frischluftmenge bleibt meist außer Betracht. Die meisten- Maschinen haben überdies
keine regelbaren Lufteinlässe, und wo solche vorhanden -sind, ist es für den Lokführer
und Heizer äußerst schwierig, den Zutritt von Frischluft zu dem dauernd wechselnden
Brennstoffvolumen so zu regeln, daß stets eine vollkommene Verbrennung stattfinde.'
Daraus folgt, daß in den allermeisten Fällen zuenig oder zuviel Luft im Verhältnis
zur Brennstenge zugeführt wird. Bei Luftmangel wird Ruß gebildet, der Brennstoff
verbrennt also nur unvollkommen. Außerdem setzt sich der Ruß in den Abgaswegen ab
und bewirkt dadurch eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Heizsystems, so
daß die Abgase einen sehr beachtlichen Betrag- an Wärme mit ins Freie nehmen.
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Außerdem verursachen die Produktei einer unvollkommenen Verbrennung
eine frühzeitige Zerstörung des den Weg der Abgase begrenzenden Materials.
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Tritt zu dem Verbrennungsprozeß mehr Luft hinzu, als für die vollkommene
Verbrennung erforderlich ist, dann muß diese überschüssige Luft miterwärrnt -,werden,
wodurch wiederum bedeutende Wärmeverluste auftreten.
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Gemäß der Erfindung werden Wärmeverluste und Verluste an thermischem
Wirkungsgrad weiterhin dadurch vermieden, daß, wenn die Notwendigkeit besteht; den
Druck im Kessel zu verringern, oberhalb des Blasrohres 17 eine regelbare Klappe
19 oder ein Schmetterlingsventil 20 angeordnet wird, die ganz oder teilweise geöffnet
werden kann, wodurch' der Unterdruck in der Rauchkammer bis zu jedem erforderlichen
Grad gestört und dadurch der Züfluß an - Frischluft in der oben beschriebenen Weise
wer-. ringert wird, und zwar jeweilig im entsprechende Verhältnis, so daß weder
Verlust an Wärme noch an thermischem Wirkungsgrad eintritt. Die Klappe 19 kann auch
unter dem Schornstein angebracht °, sein, das Schmetterlingsventil oben oder unten
ifn Schornstein. Die Bedienung der genannten Klappe 19 oder der Schmetterlingsventile
20 erfolgt von. deT
Führerkabine aus mittels eines an sich bekannten
Systems von Hebeln und Gelenken.
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Bei Schornsteinen, an denen an der Einschnürung ein Wulstring 21 vorgesehen
ist, wie in Fig. 4 dargestellt, kann das nach der Membrankammer 7 bzw. dem Vakuumzylinder
führende Rohr an diesen Wulstring 21 angeschlossen werden, so daß sich der in demselben
herrschende Unterdruck auf die Membran 5 überträgt.
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Auch die Einführung von Dampf' in die Rauchkammer ist geeignet, den
Unterdruck in der Rauchkammer zu verringern.
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Schließlich kann auch in der Rauchkammer eine regelbare Üffnung vorgesehen
sein, durch die aus der Atmosphäre Luft in die Rauchkammer eindringen kann. Auch
durch diese Einrichtung kann der Unterdruck in der Rauchkammer verringert werden.
Um eine Verstopfung des Rohres zu vermeiden, das von der Rauchkammer oder einem
anderen Teil der Abgasleitung in die Vakuumkammer 7 führt, trägt dieses Rohr eine
in die Rauchkammer hineinragende Verlängerung, die geschlitzt oder perforiert ist,
so daß Asche, Ruß od. dgl. vom Rohr ferngehalten werden. Auch kann zu diesem Zweck
ein geeigneter Filter am Rohrende angeordnet sein.
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Die Genauigkeit, mit der der erfindungsgemäße Apparat arbeitet, wird
ungünstig beeinflußt durch äußere Kräfte, die durch Beschleunigung, Verzögerung,
Nicken, Schütteln usw. der Maschine erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird dieser
Nachteil behoben dadurch, daß die beweglichen Teile des Apparates in zwei gewichtsgleiche
Teile 4', 4" zerlegt werden, die mit Zahnstangen 14, 14' ausgerüstet sind, zwischen
denen ein ortsfest gelagertes Zahnrad angcordnet ist. Durch diese Einrichtung werden
alle Ungenauigkeiten, die von den obengenannten Kräften verursacht werden, ausgeglichen.
Diese Kräfte beeinflussen die beiden Teile des Brennstoffventils stets in der gleichen
Richtung. Da aber das Zahnrad 15 die Richtung des einen Teiles. umkehrt, so bewegen
sich diese beiden Teile in zwei entgegengesetzten Richtungen, wodurch automatisch
ein Effekt gegen den anderen aufgehoben wird. Die Wirkung des Unterdruckes in der
Rauchkammer auf den Apparat bleibt die gleiche, aber die Ventilkegel werden in ihrer
Richtung umgelehrt.
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Bei Maschinen, die mit Kohlenstaub betrieben werden, kann der Erfindungsgegenstand
in entsprechender Abwandlung ebenfalls angewendet werden.. Dabei wird die an der
Membran 5 befestigte Stange 4 an ihrem freien Ende zur Steuerung der den Kohlenstaub
fördernden Einrichtung, z. B. einer Schnecke, verwendet, derart, daß bei starkem
Unterdruck in der Rauchkammer die Drehzahl der Fördereinrichtung erhöht, bei geringem
Unterdruck die Drehzahl verringert und somit die Fördermenge des Brennstoffs vermehrt
bz.w. vermindert wird.