Bei einer Dampfmaschine ist der Abschaltpunkt der Zeitpunkt im Kolbenhub , an dem das Einlassventil geschlossen wird. Bei einer Dampflokomotive wird der Abschaltpunkt durch das Umsteuergetriebe gesteuert .

Der Zeitpunkt, an dem das Einlassventil schließt und den Dampfeintritt vom Kessel in den Zylinder unterbricht, spielt eine entscheidende Rolle für die Steuerung einer Dampfmaschine. Nach dem Schließen des Ventils dehnt sich der im Zylinder eingeschlossene Dampf adiabatisch aus . Dabei sinkt der Dampfdruck. Ein später Abschaltpunkt liefert vollen Dampfdruck, um den Kolben über seinen gesamten Hub zu bewegen und so maximale Anlaufkräfte zu erzielen. Da jedoch am Hubende noch ungenutzter Druck im Zylinder vorhanden ist, geht dies auf Kosten des Wirkungsgrades der Maschine. In diesem Fall besitzt der Dampf beim Ausstoßen noch einen beträchtlichen Restdruck, was das charakteristische „Tschu-Tschu“-Geräusch einer Dampfmaschine verursacht. Ein früher Abschaltpunkt bietet einen höheren thermodynamischen Wirkungsgrad, führt aber zu einem geringeren mittleren effektiven Druck und damit zu einer geringeren durchschnittlichen Kraft auf den Kolben. Er wird daher für den Betrieb der Maschine bei höheren Drehzahlen eingesetzt.

Erläuterung

Schematisches Druckdiagramm im Zylinder einer Dampflokomotive. Der Druck im Zylinder sinkt nach dem Abschalten, da der Dampf den Kolben in seiner Bohrung nach unten drückt.

Die Ventilsteuerung ist eines der vier Ventilereignisse . Eine frühe Ventilsteuerung erhöht den Wirkungsgrad des Motors, indem der Dampf sich für den Rest des Arbeitstakts ausdehnen kann. Dadurch wird mehr Energie freigesetzt und Dampf eingespart. Dies wird als Expansionsbetrieb bezeichnet. Eine späte Ventilsteuerung sorgt für maximales Drehmoment an der Welle, geht jedoch auf Kosten des Wirkungsgrads und wird zum Anfahren des Motors unter Last eingesetzt.

Der Abschaltpunkt wird üblicherweise als Prozentsatz des Arbeitstakts des Kolbens ausgedrückt; wenn sich der Kolben am Abschaltpunkt bei einem Viertel seines Hubs befindet, wird der Abschaltpunkt mit 25 % angegeben.

Kleinere stationäre Dampfmaschinen haben in der Regel einen festen Abschaltpunkt, während bei größeren Maschinen Drehzahl und Leistung üblicherweise durch Verändern des Abschaltpunkts gesteuert werden, häufig über einen Regler mittels Expansionsventil oder Auslösemechanismus . Bei Dampfmaschinen für den Transport ist es wünschenswert, den Abschaltpunkt über einen weiten Bereich verändern zu können. Bei Dampflokomotiven benötigen die Zylinder zum Anfahren sowie bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Last während des größten Teils des Kolbenhubs eine moderate Dampfzufuhr (durch Drosselung des Dampfversorgungsdrucks). Der niedrigere Druck dient dazu, das beim Anfahren eines Zuges häufig auftretende „Radschlupf“ zu vermeiden. Sobald der Zug eine moderate Geschwindigkeit erreicht hat, wird der Abschaltpunkt reduziert und ein höherer Kesseldruck in die Zylinder geleitet, was zu einer deutlich besseren Motoreffizienz führt. Bei einer Zweizylinderlokomotive liegt der maximale oder „Volllast“-Abschaltpunkt beispielsweise typischerweise bei etwa 85 %. Bei hohen Geschwindigkeiten kann der Abschaltpunkt deutlich reduziert werden. Dampfmaschinen, die in Booten und Schiffen eingesetzt werden, verwenden typischerweise ebenfalls variable Abschaltventile, während einige mit einem festen Abschaltpunkt arbeiten, wobei die Drehzahl über den Regler gesteuert wird.

Die Bereitstellung eines variablen Abschaltverhaltens ist eine wichtige Funktion des Ventiltriebs .

Siehe auch

Referenzen

Quellen