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Bei Diskussionen mit Dampfmodellfreunden kommen immer wieder Probleme mit nicht oder nur unbefriedigend funktionierenden
Dampfmaschinen auf den Tisch. Oft sind es Probleme mit der Einstellung der Steuerung, die manchmal durch Konstruktionsfehler
bedingt sind, oder aber auch durch eine Fehleinstellung, die sich beim Zusammenbau oder beim Betrieb der Maschine ergeben
hatte. Dabei zeigt es sich, dass es nicht ganz einfach ist, die Wirkungsweise einer Steuerung und die Auswirkungen von
Änderungen einzelner Teile der Steuerung zu verstehen.
In früheren Jahren musste man sich mit umständlichen grafischen Darstellungen herumschlagen, wie z.B. mit dem Müller-Reuleaux
Diagramm oder dem Zeuner-Diagramm, die eine gewisse Einarbeitung erfordern und nicht einfach zu verstehen sind.
Die Computertechnik hat viele Möglichkeiten zur Berechnung von Dampfmaschinensteuerungen eröffnet. Für unseren Bedarf ist
auf die Programme von Charles Dockstader hinzuweisen, mit deren
Bedienung ich allerdings nicht zurechtkomme. Für die bei modernen Dampflokomotiven übliche Heusinger/Walschaerts-Steuerung
gibt es den ValveGear Constructor von Stephan Amelunxen.
Es soll hier ergänzend versucht werden, die wesentlichen Abhängigkeiten der einzelnen Komponenten von Dampfmaschinensteuerungen
zu erklären und durch computergestützte Simulationen zu erläutern. Dadurch können die Auswirkungen einer veränderten
Dimensionierung besser sichtbar gemacht werden. Die Simulationsprogramme sind für Windows-Pc verfügbar.
Zum Anfang gibt es noch einige Begriffsbestimmungen : Man unterscheidet die "Innere Steuerung" und die "Äußere Steuerung".
Die Innere Steuerung betrifft die konstruktiven Maßnahmen, wie der Dampfeintritt/Dampfaustritt im Zylinder gesteuert
wird. Die wichtigsten Komponenten sind hier die Flachschieber (unteres Bild links) und die Kolbenschieber (unteres Bild rechts).
Ventilsteuerungen werden hier nicht betrachtet. Mit dem Flachschieber ist die Äußere Einströmung verbunden. Beim Kolbenschieber
wird üblicherweise die Innere Einströmung angewandt.
Die Äußere Steuerung umfasst die konstruktiven Ausprägungen, wie die Steuerschieber der Inneren Steuerung abhängig vom
Drehwinkel der Treibachse und den Komponenten der Steuerungsauslegung angesteuert werden. Es geht hier beispielsweise um
Varianten wie Excentersteuerungen oder die Heusinger/Walschaerts-Steuerung. Es gibt noch eine
Vielzahl von weiteren Steuerungsvarianten.
Die wichtigsten Abmessungen der Inneren Steuerung sind die Einströmkanalbreite b und die Einströmüberdeckung e des Schiebers.
Aus diesen beiden Werten leitet sich der für eine vollständige Nutzung der Einströmkanalbreite erforderliche Schieberhub je Radumdrehung ab:
Schieberhub = 2* (b + e) (Das Sternchen * steht für eine Multiplikation)
Zur Demonstration der Wirkung verschiedener Einstellungen der Steuerung fangen wir mit dem einfachsten Beispiel an, der
Excentersteuerung, wie sie z.B. bei liegenden Dampfmaschinen verwendet wird. Das Grundprinzip der Excentersteuerung ist in dem
Bild dargestellt.
Folgendes Bild zeigt im Detail die Dimension des Excenterkurbelradius RE. Nicht mit dem Excenterscheibenradius verwechseln.
Die wichtigsten Komponenten sind :
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