Schieber [1]

Schieber gleiten in der Dichtungsfläche über der abzuschließenden Oeffnung hin und werden an seitlichen Leisten oder nur durch die zu ihrer Bewegung dienende Schieberstange geführt, wogegen Ventile und Klappen sich von der Sitzfläche abheben und dabei einer sicheren Führung bedürfen, sich auch selbsttätig durch den Druck der Flüssigkeit bewegen können und eine Steuerung von außen dadurch erschweren, daß der Hub durch den Ventilsitz fest begrenzt wird und daß die bewegte Masse beim Aufsetzen plötzlich zur Ruhe kommen muß.

Ueber Absperrschieber für Rohrleitungen s. Bd. 1, S. 37 u. 39 und den Missongschieber [3].

Schieber für Dampfmaschinen haben als Grundform den einfachen Muschelschieber Fig. 1. In der Mittelstellung überdeckt jeder Schieberlappen den Kanal a mit der äußeren Ueberdeckunge e und der inneren Ueberdeckung i; die Muschel m bleibt mit dem Austrittkanal a₀ beständig in Verbindung. Der Kanalquerschnitt a b beträgt rund ¹/₂₀ der Kolbenfläche, und das Verhältnis a : b ist ¹/₄ für kleine, ¹/₆ bis ¹/₈ für mittlere, ¹/₁₀ für große Abmessungen. Im ganzen kommt a auf ¹/₁₅ bis ¹/₁₂ vom Zylinderdurchmesser D. Die ganze Breite B des Schiebers überragt die Kanalbreite b auf jeder Seite um 15–30 mm. Die ganze Schieberfläche B L soll möglichst klein werden. Die Stärke des Steges zwischen den Kanälen beträgt etwa 0,5 a + 10 mm. Folgende Tabelle gibt einen Anhalt für den Entwurf der Schieberdiagramme:

In der Totlage der Kurbel steht der Mittelpunkt des Exzenters um r sin δ jenseits der Wellenmitte, und der Schieber hat sich um e + v aus seiner Mitte verschoben, so daß er den Kanal um die lineare Voreilung von v mm öffnet. Aus der Beziehung e + v = r sin δ ergibt[620] sich der Voreilungswinkel δ. Bei dem weitesten Ausschlage des Schiebers um r nach rechts ist die linke Schieberkante um e + a + u = r verschoben, wobei u das Maß des Ueberlaufens bezeichnet, das meistens = 0, für geringe Füllungsgrade negativ ist. Wenn der Exzenterradius auf r = a + i beschränkt wird, öffnet der Schieber den Kanal a für den Auslaß bis zur vollen Weite. Der Schieberlappen, dessen Länge e + a + i ist, muß in der äußersten Stellung auf dem Stege jedenfalls genügend decken, etwa 8–15 mm. Er deckt dabei einen Teil des Auspuffkanals a₀ ab, der noch frei bleibende Teil von a₀ soll möglichst noch = a sein, womit a₀ bestimmt ist. Das Maß a gilt zugleich als Mindesthöhe der Muschel. Die Muschellänge m ergibt sich, wenn man den Schieber wieder in der Mittelstellung über den nunmehr bestimmten Abmessungen der Kanäle des Schieberspiegels aufträgt. Die ganze Länge des Spiegels erhält man daraus, daß bei dem weitesten Ausschlage der vorderste Schieberlappen noch die genügende Unterstützung und Deckung finden muß.

Die Wand des Schiebers kann 0,5 a + 5 bis 10 mm stark angesetzt und als Platte (s.d.) nachgerechnet werden, die Lappenstärke ist etwas größer; die Stärke d der Schieberstange rund 0,05 D + 15 mm, die Entfernung ihrer Mitte vom Schieberspiegel, etwa = 2 d, möglichst gering, um das Kippmoment am Schieber klein zu halten; übrigens ist auf die Anordnung der äußeren Steuerung Rücksicht zu nehmen. An der Stange wird der Schieber ohne axialen Spielraum so angeschlossen, daß er sich auch nach Abnutzung an den Spiegel dicht anlegen kann unter der Wirkung des Dampfdruckes und von Federn (Fig. 1 und 2). Rechnet man den Ueberdruck von p Atmosphären des Dampfes gegenüber dem Ausströmungsdruck auf B L qcm Schieberfläche und dividiert mit der Gleitfläche B L – (a + m + a) b qcm, so erhält man den Flächendruck, der 10–20 kg/qcm einhalten soll. Je nach der Aufstellung des Schiebers kommt hierbei noch das Eigengewicht des Schiebers und der Druck der Anpressungsfeder in Betracht. Die Reibung ergibt sich angenähert zu p B L μ, wobei die Ziffer μ = 0,25 für neue [4], 0,10 für eingelaufene Schieber gelten mag. Beispielsweise wird ein Schieber von 30 × 50 cm Größe bei 10 Atmosphären Ueberdruck und 0,1 m/sec mittlerer Geschwindigkeit für μ = 0,1 zur Ueberwindung der Reibung 20 PS. brauchen. Die Rücksicht auf die Schieberreibung steht dem Bestreben entgegen, auch bei geringer Belastung der Maschine hohe Spannung im Schieberkasten zu halten und kleine Füllung zu geben; ebenso muß dieser theoretischen Forderung entgegen die Berücksichtigung wirken, daß der hohe Anfangsdruck im Zylinder bei kleiner Füllung schädlich auf die Lager und Gelenke wirkt und nur mit geringem Wirkungsgrade die Kurbel treibt. Bei leichtem Betrieb drosselt man daher besser den Dampf vor dem Schieberkasten und erhöht die Füllung auf ein normales Maß.

Der Muschelschieber leistet bei seiner Einfachheit Außerordentliches. Allen Neuerungen gegenüber hat er sich bei kleinen Maschinen mit großen Füllungen behauptet und mit geringen Abänderungen an Lokomotiven, Lokomobilen, Dampfpumpen, Schiffsmaschinen und einer großen Zahl von Betriebsmaschinen, besonders auch in Verbindung mit Kulissensteuerung für veränderliche Füllung und als Wechselschieber für Umkehrung des Ganges [5] dauernd bewährt.

Der Schieber mit Trick-Kanal (Fig. 2) verdoppelt die Oeffnungsweite des Kanals a beim Oeffnen und Abschließen, indem er gleichzeitig mit der Eröffnung des Kanals durch die linke äußerste Schieberkante den Durchgang des Dampfes vom rechten Ende des hierfür abgemessenen Schieberspiegels in den linken Kanal (und umgekehrt) freigibt. Er findet weitgehende Anwendung besonders bei Lokomotiven. Wenn die Mündungen des im Schieber eingegossenen Kanals etwas näher gerückt werden als in Fig. 2., ergibt sich eine Ueberströmung von expandiertem Dampf auf die andre Kolbenseite zur Füllung des schädlichen Raumes [6]. – F.J. Weiß in Basel empfiehlt seinen Schieber (Fig. 3) mit Ueberströmung durch die Muschel und mit Doppeleröffnung der Kanäle für den Austritt, wozu allerdings eine größere Länge des Schiebers erforderlich ist [7]. Weitere Ausbildungen hat Hochwald angegeben [8]. Gibt man dem Dampfkanal zwei Mündungen (Fig. 4), je von der Weite ¹/₂ a, so vermindert sich der Schieberweg und Exzenterradius fast auf die Hälfte. Den inneren Mündungen strömt der Dampf in Querkanälen von den Seitenwänden des Schiebers aus zu. Diese Schieberart von Penn ist hauptsächlich bei Schiffsmaschinen gebräuchlich [1], [9]. Durch weitere Teilung der Mündung kommt man zu Gitterschiebern, deren Dichtung weniger sicher wird [10].

[621] Schieberentlastungen haben sich hauptsächlich bei den großen Schiebern der Mitteldruckzylinder in der Marine eingeführt, und zwar nach Fig. 4 durch Abschluß eines Teiles der Rückenfläche mittels abdichtenden und gegen eine Gleitplatte federnd angepreßten Ringes, wobei der Innenraum mit der Ausströmung in Verbindung steht [11]. An dem Schieber (Fig. 4) von rund 1,2 m Länge und 1,5 m Breite wird der Ring von 1 m Durchmesser durch sechs Federn radial angedrückt; die Schlitzfuge des Ringes ist durch eine winkelförmige Zunge überdeckt. Einen einfacheren, nicht so zuverlässig abdichtenden Ring mit federnder Unterlage zeigt der Schieber eines Dampfhammers für übertretenden Dampf (Fig. 5) Die Zylinderform des Schiebers und Schieberspiegels bietet auch eine Art der Entlastung vom Dampfdruck. Hierbei wird der Schieber entweder durch Drehung der Stange bewegt oder er gleitet in der Achsenrichtung. Soll ein Rundschieber zur erforderlichen Dichtung durch den Dampfdruck genügend angepreßt werden, so darf er nur bis zu 150° Umfang bedecken, weil sonst die Ränder nicht dicht halten. Die Entlastung im Verhältnis der Sehne zum Bogen ist hierbei eine mäßige Wichtiger für die Ausführung ist die Art der Bearbeitung und der Anschluß der äußeren Steuerung. Einen Muschelrundschieber mit Trickschem Kanal zeigt Fig. 6 (vgl. Bd. 2, S. 602, Fig. 10–12) [12]; geteilte, d.h. für jedes Zylinderende besonders ausgebildete Muschelschieber s. Bd. 2, S. 663, Fig. 3; Drehschieber dieser Art werden auch bei Luftkompressoren (Bd. 6, S. 252, Fig. 19) an Stelle von Saugventilen benutzt. Trennt man noch weiter Ein- und Ausströmung, so gelangt man zu den Corlißschiebern (Fig. 7). Der Wilsonsche Hahn an Dampfhämmern (Bd. 2, S. 553, Fig. 13–15) mit schlankkonischer Form klemmt sich, wenn er passend eingeteilt ist und durch Aufnahme des Frischdampfes heißer wird als das Gehäuse. An dem zu einem Dampfhammer von G. Brinkmann & Co. in Witten a. d. R. gehörigen, eingeschliffenen Kolbenschieber (Bd. 2, S. 663, Fig. 5) strömt der Dampf durch die Muschel nach unten oder oben in den Zylinder, während das Innere des Schieberkastens mit dem Auspuff in Verbindung steht. Er ist dem vorigen weit überlegen. Für Dampfmaschinen gibt man den Kolbenschiebern mit Rücksicht auf die Abnutzung bei dauernder Bewegung besondere Dichtungsringe (vgl. [13]). Sie eignen sich im Gegensatz zu Flachschiebern auch für Heißdampf [14]. Fig. 8 zeigt den Kolbenschieber von 180 mm Durchmesser mit innerer Zuströmung für preußische Lokomotiven [15]. Die Trennung für Einlaß und Auslaß auf jeder Zylinderseite führt zu den Kolbenventilen (Fig. 9) nach Patent van den Kerchove mit Ausklinksteuerung für den (in Eröffnungsstellung, gezeichneten) Einlaßschieber [16]. Haben eingeschliffene Kolbenschieber längere Dichtungsflächen, so saugen sie sich, besonders unter hohem Dampfdruck, einseitig fest und verursachen nach Verdrängung der Schmiere große Reibung und Abnutzung sowie Dampfverluste an der gegenüber liegenden Seite, worauf Ingenieur Friedr. Becher in Landsberg a. W. aufmerksam macht und besondere Formen in Vorschlag bringt. Man muß, wie bei den in großer Länge aufliegenden Pumpenkolben (s.d.), die zylindrischen Gleitflächen durch Ringnuten teilen oder Setzringe anwenden.

Um den Abschluß der Dampfeinströmung unabhängig von der übrigen Steuerungstätigkeit des Schiebers einstellen zu können, läßt man besondere Expansionsschieber auf dem Rücken des Grund– oder Verteilungsschiebers laufen, welcher dazu mit durchgehenden Kanälen für den Dampfeintritt zu versehen ist. Der Grundschieber erhält etwa 20°, der obere Schieber 60–90° Voreilung und gleichen oder etwas größeren Exzenterradius. Die Füllung wird um so kleiner, je weiter die Außenkanten des Expansionsschiebers auseinander stehen. Die Meyersteuerung (Fig. 10) erreicht diese Veränderung dadurch, daß die beiden Schieberplatten auf linkem und[622] rechtem Gewinde der Schieberstange durch Drehung der Stange verstellt werden. Sie eignet sich für Einstellung von Hand an Pumpmaschinen, an den großen Zylindern von Verbundmaschinen u.s.w., wogegen der Regulator nur dann die Steuerung zu beherrschen vermag, wenn die Schraube statt des gewöhnlichen flachen oder halbrunden Gewindes nur einen einzigen, entsprechend Harken Schraubenumgang enthält, wobei Klemmungen nicht eintreten können [11].

Verbreiteter ist die Steuerung von Rider (Fig. 11), vgl. Bd. 2, S. 662. Beim Entwurf zeichnet man in der Abwicklung des Expansionsschiebers die schrägen Kanäle unter einem Winkel von 45° oder von 30° für kleineren Ausschlagwinkel der Stangendrehung, bestimmt ferner mit Hilfe des Schieberdiagramms die axiale Oeffnungsweite der Kanäle in Beziehung zur Füllung und ermittelt so den Drehwinkel für die Grenzwerte der Füllungen. Ist dieser Ausschlag groß, z.B. 60°, so erfolgt die Regulierung langsam; man strebt daher nach kleineren Winkeln von etwa 20°, wobei die Kanalmündungen auf dem Rücken des Grundschiebers geteilt werden müssen. Bezeichnet P die vom Regulator ausgeübte, auf den Schieberspiegel reduzierte Seitenkraft, Q die von der Stange ausgeübte Axialkraft, so wird √P² + Q² gleich der Reibungskraft des Schiebers. Ist letztere z.B. 500 kg und P = 2 kg, so ergibt sich Q zu fast 500 kg, und das Verhältnis P : Q = 2 : 500 = 0,004 gibt die Richtung der Verschiebung gegen die Achsenrichtung an, oder daß auf 100 mm Schieberweg 0,4 mm Seitenverschiebung kommen. Hieraus läßt sich weiter ermitteln, nach wieviel Hin- und Hergängen des Schiebers oder Umgängen der Maschine ein andrer Füllungsgrad erreicht werden kann, wenn nicht P noch veränderlich anzusetzen ist. In der Ausbildung dieser Steuerung als Kolbenschieber [18] kann der Grundschieber Flachschieber bleiben [19] oder es stecken beide als Kolbenschieber gleichachsig ineinander (Fig. 12) [20], wobei die Schieberstangen gleichfalls ineinander gefleckt sind [21] (s. Bd. 2, S. 604) oder von den beiden Enden aus in den Karten gehen oder exzentrisch angreifen (Fig. 12).

Die Dautzenbergsteuerung [22] enthält ineinander gleitende Kolbenschieber, getrennt für beide Zylinderenden und geregelt durch Verlegung des Schwingungsmittels der Expansionsschieber in der äußeren Steuerung.

Man hat auch die Schieber aus mehreren Teilen mit gegenseitigem Spielraum zusammengesetzt; doch sind diese Schleppschieber für die üblichen hohen Geschwindigkeiten nicht geeignet. Hierher gehören die Schieber von Ehrhardt mit loser Muschel im Schieber, von Farcot mit losen Expansionsplatten und stillstehenden Anschlägen, von Guhrauer mit Spielraum der Schneckengänge der Expansionsschieberstange in den Schieberplatten. Anderseits hat man versucht, den Arbeitskolben selbst oder die Kolbenstangen als Steuerungsschieber auszubilden; man erhält bei diesen Vereinfachungen wohl brauchbare, aber nicht sparsame Dampfverteilung. Aehnlich verhält es sich mit der Steuerung von Hoch- und Niederdruckzylinder mit einem einzigen Schieber [23].

Einen Steuerschieber von Bronze auf Stahlplatte für Druckwasser zeigt Fig. 13 [2].

Schieber an Stelle von Absperrventilen kommen bei Dampfhämmern und als Regulatoren bei Lokomotiven vor; Drehschieber, d.h. kreisrunde, um ihre Achsen drehbare Scheiben, bei kleinen Lokomotiven als Regulatoren, in weiterer Ausbildung mit Muschel und Kanälen im Führerbremsventil der Luftdruckbremsen. Die bei dauerndem Betrieb entstehende ungleiche Abnutzung der äußeren und inneren Flächenteile steht einer Benutzung zur Steuerung entgegen.

Literatur: [1] Die Lehrbücher über Dampfmaschinen, Schiffsmaschinen, Lokomotiven, Steuerungen, Schieberdiagramme. – [2] Ernst, Hebezeuge, 4. Auflage, Berlin 1903. – [3] Zeitschr.[623] d. Ver. deutsch. Ing. 1906, S. 500. – [4] Ebend. 1892, S. 73. – [5] Ebend. 1906, S. 453. – [6] Ebend. 1892, S. 926. – [7] Ebend. 1895, S. 762 und 800; 1896, S. 546 und 744. – [8] Ebend. 1905, S. 1324; 1907, S. 1384. – [9] Ebend. 1892, S. 1371. – [10] Ebend. 1908, S. 988. – [11] Ebend. 1897, S. 46 und 99. – [12] Ebend. 1892, S. 567; 1893, S. 538; 1897, S. 274. – [13] Ebend. 1892, S. 1157, 1178, 1276, 1406. – [14] Ebend. 1902, S. 155; 1903, S. 300. – [15] Ebend. 1906, S. 639; 1907, S. 1343. – [16] Ebend. 1908, S. 595. – [17] Ebend. 1892, S. 142. – [18] Ebend. 1903, S. 11–17. – [19] Ebend. 1892, 1246; 1897,1. – [20] Ebend. 1890, S. 1056. – [21] Ebend. 1897, X. – [22] Ebend. 1896, S. 466. – [23] Ebend. 1897, S. 187.

Lindner.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12., Fig. 13.