Omkeer Mechanisme

Omkeren van de bewegingsrichting met wisselschuif wisselkraan of los excentriek.
Aan boord van een schip en verschillende hulpwerktuigen moeten in twee richtingen kunnen draaien (ook bij een locomotief, stoomwals, stoomtractor).
Daar zijn deze machines voorzien van een omkeermechanisme.
Dit kan zijn een bijzondere inrichting van het stoom verdelingorgaan zelf, of een bepaalde uitvoering van de beweging van dit orgaan.
Tot de eerste soort behoren de wisselschuif en de wisselkraan, tot de tweede soort o.a. de inrichtingen met een los of verstelbaar excentriek.
Deze verschillende methoden zullen we in het kort bespreken.

Om de stoommachine de andere kant op te laten draaien moet er een mechanisme aan de stoom installatie aanwezig zijn die er voor kan zorgen dat stoomschuif of kleppen een ander voorloophoek krijgt.

foto hiernaast: Schaarbeweging van Stephenson

Deze staat verder naar onder beschreven.

Wisselschuif.

Als een cilinder een volle toelaat heeft, de hoek tussen excentriek en kruk 90° moet bedragen.
Verder, dat bij een buitenladende schuif het excentriek voor de kruk staat in de bewegingrichting, terwijl bij een binnen ladende schuif het excentriek achter de kruk aanloopt.
Heeft de cilinder dus volle toelaat en een buitenladende schuif, dan staat het excentriek een hoek van 90° voor de kruk.
Een binnen ladende schuif wordt onder deze omstandigheden dus bewogen door een excentriek dat 90° achter de kruk staat.
Ook kunnen we omgekeerd zeggen, dat bij het gebruik van een buitenladende schuif de as draait in een richting van de kruk naar excentriek, bij een binnen ladende schuif daarentegen in een richting van excentriek naar de kruk.

Van deze eigenschappen kunnen we gebruik maken voor het omkeren van de bewegingrichting bij kleine machines.
Laten we dus eens aannemen, dat we een hulpwerktuig hebben, werkende met volle toelaat en dat deze machine, die dus klein zal zijn, zowel vooruit als achteruit moet kunnen draaien.
Is de K in het plaatje rechts boven de stand van de kruk op een gegeven ogenblik en geeft de pijl V de draairichting van de as aan voor vooruit, dan zal E de stand van het excentriek zijn, 90° voor de kruk, bij vooruitdraaien van de as bij een buitenladende schuif.
Maken we nu op een of andere wijze deze schuif binnenladend, terwijl aan E stand van het excentriek ten opzichte van de kruk niets wordt veranderd, dan zal (in plaat boven) de as gaan draaien in een richting van excentriek naar kruk, dat is dus volgens pijl A, achteruit bijgevolg.
Hiermede hebben we dus een eenvoudig middel verkregen om de machine in twee richtingen te laten draaien.
We hebben niets anders te doen dan de stoomtoevoer en afvoer met elkaar te verwisselen.
Maar we dienen wel te bedenken dat dit alleen kan bij machines met volle toelaat, waar dus het excentriek 90° voor of achter de kruk staat.
Dit systeem van omkeren ontmoet men bij stoom stuurmachines, omdat het een zeer eenvoudige inrichting mogelijk maakt en verder alleen bij hulp werktuigen die weinig worden gebruikt, zodat het hoge stoomverbruik geen bezwaar is.
We noemen als voorbeeld hiervan de stoom tornmachine voor het hoofdwerktuig en de stoom ankermachine.

De inrichting, met behulp waarvan de wegen voor de verse en de afgewerkte stoom onderling kunnen worden verwisseld, ziet men afgebeeld rechts.
De cilinder heeft de normale twee stoompoorten H en K. De stoomschuif G is vanzelfsprekend uitgevoerd als bosschuif, omdat een binnen ladende vlakke schuif van de spiegel zou worden weggedrukt en dus niet meer zou afsluiten. Aan de bovenkant bevindt zich de wisselschuif B die dient om de stoomschuif G naar willekeur binnen of buitenladend te maken. Ook B is een bosschuif.
De tweede stoomcilinder die niet is getekend moet men zich denken aan de bovenkant van het plaatje.
De verse stoom V.S. is lans opening C aangesloten op de buitenkant van de wisselschuif, de afgewerkte stoom A.S. op de ruimte A en het binnenste van de wisselschuif.

Bewegen we nu deze schuif b.v. naar links, zoals het pijltje aangeeft, dan kan de verse stoom rondom B door het kanaal E naar de ruimte F gaan en door de holle stoomschuif G ook aan de andere zijde hiervan komen.
Tegelijkertijd staat dan de ruimte rondom G door kanaal D en de ruimte binnen de regelschuif in verbinding met de afgewerkte stoomleiding A.S.
De stoomschuif G is nu dus buitenladend en de machine zal gaan draaien in een hiermede overeenkomende richting.
Bewegen we de regelschuif B naar rechts, dan blijkt evenzo, dat de stoomschuif G binnenladend wordt en dat de machine dus in omgekeerde richting gaat draaien.
De hulpwerktuigen, waarbij men deze inrichting gebruikt, hebben gewoonlijk twee krukken onder een hoek van 90°
Deze werktuigen zijn dus in iedere stand van de as onmiddellijk aan te zetten.
Bij een stuurmachine wordt de stang van de regelschuif door middel van het stuurrat op de brug bewogen, bij de ander hulpwerktuigen van deze soort bezit de stang van de wisselschuif een draadeinde dat men een handwiel door het bediende personeel heen en weer kan worden geschoven. (dit verhaal ging dus voornamelijk over machines op een schip)

Wisselkraan
In plaats van een wisselschuif gebruikt men ook vaak een wisselkraan als het plaatje rechts hier naast.

Dit is een pakkingkraan met een holle plug die door een schotje in de lengterichting in twee helften is verdeeld.
De opening V.S. is aangesloten op de verse stoom leiding, het gat A.S. op de afgewerkte stoomleiding. Verder voet de opening A bv. naar de ruimte binnenin de stoomschuiven van de desbetreffende machine, de opening B naar de ruimte buitenom de schuiven.
We zien hieruit, dat deze kraan op volmaakt dezelfde wijze werkt als de wisselschuif van (links boven) in de stand van plaatje rechts hiernaast zijn de stoomschuiven dus binnenladend.Draait men de kraanplug een kwartslag, dan zijn de schuiven buitenladend.
Een degelijke wisselkraan gebruikt men veel daar waar de stoomschuiven uit de hand binnen of buitenladend worden gemaakt en in middenstand worden teruggezet, zoals bij tornmachines en ankermachines.

klik op de plaat voor groot

Draaischuif

de figuren 1 en 2 boven geven weer een ander methode van omkering aan.
Hier is de wisselschuif gecombineerd met de eigenlijke stoomschuif tot een enkele draaischuif.
In fig.1 ziet men in het buitenoppervlak van de schuif twee blinde gaten A en B en een kwart slag verder langs de omtrek nog de poorten C,D en e, van elkaar gescheiden door de dammen F en G.
De stang van de schuif heeft een vierkante borst, waarmede zij in een passende opening van de schuif valt, zodat de stang niet tegenover de schuif kan worden gedraaid.
De schuifstang heeft aan het boveneinde ook een lang vierkant gedeelte H, dat vrij op en neer kan schuiven in een passende opening van een in horizontale richting draaibare hefboom K.

klik op de plaat voor groot

De schuifstang is met het boveneinde gekoppeld aan de excentriekstang, die de schuif op en neer beweegt.
In het linkergedeelte van fig.2 staan de blinde poorten A en B tegenover de stoomporten in de spiegel.
De verse stoom laat men toe in de middenpoort V.S.
Staat de schuif dus bv. iets boven haar middenstand, dan kan de verse stoom langs port B onder de zuiger komen, terwijl de stoom boven de zuiger door boven cilinderport en poort A naar de ruimte A.S. kan wegstromen.
De zuiger zal bijgevolg in de cilinder omhooggaan en de kruk zal draaien in de richting van het onder een hoek van 90 staande excentriek, daar we hier eigenlijk een buitenladende schuif hebben.
Draaien we nu met het handel K de schuif een kwart slag, dan krijgen we het beeld uit het rechtergedeelte van fig.2 waar de dammen F en G nu juist de stoomporten bedekken.
Staan nu de schuif even boven het midden, dan komt de verse stoom door kanaal D boven de stoomzuiger, terwijl de stoom onder de zuiger door poort E naar de ruimte A.S. kan afvloeien.
De zuiger beweegt zich dus naar omlaag, dan is in tegengestelde richting als hiervoor.
De schuif kunnen we nu als binnenladend beschouwen.
Kleine hulpwerktuigen zijn vaak met deze zeer eenvoudige omkeerinrichting uitgerust.

Schuifbus is te vergelijken met een los excentriek

De inrichting voor het omkeren van de beweging door middel van een schuifbus is te vergeleken met die van een los excentriek zie fig.8
Zij wordt veelvuldig toegepast bij schroefboot machines aan boord van riviervaartuigen.
Over het dunner gedraaide gedeelte E van de as is een gegoten ijzeren bus F geschoven, die een geheel uitmaakt met het excentriekschijf C.
Deze bus ligt op dit gedeelte van de as opgesloten door middel van een ring L en twee moeren M.
De as is daartoe voor een tweede maal dunner gedraaid, zodat op dit laatste gedeelte N de schroefdraad kan worden gesneden voor de beide moeren M en vervolgens zijn er in dit dunnere gedeelte twee spiebanen P gestoken, waarin spieën zijn vastgelegd.
Naar de zijde van de machine is de bus F voorzien van een aangegoten nok B, terwijl op de overgang van het dunnere gedeelte E op de as het materiaal van deze laatste zo ver is weggenomen, dat de nok B en met deze het excentrieke D en de bus F zich over een hoek gelijk aan 180° - 28 kan verplaatsen.
Tot deze verdraaiing wordt de binnenste bus gedwongen door de buitenste bus K uit de getekenden stand naar rechts of naar links te verplaatsen.
De buitenste bus kan zich niet over de omtrek van de as bewegen maar slechts in de lengte richting.
De beide spiebokken G, die in deze bus zijn vastgezet en waarvoor in de binnenste bus schroefvormige spiebouten D zijn gefreesd, kunnen zich dus ook alleen in de lengterichting van de as bewegen, waarbij ze de binnenste bus dwingen zich rechts om of linksom over de as te draaien, totdat de nok B tegen een van de opstaande kanten A van de as aanligt.
De draaiende as blijft tegen de nok B aanliggen en drijft het excentriek dus voor zich uit.
Het verstellen gebeurd door middel van een sleepring Q, dat scharnierend bevestigd is in de hefboom R
Dit is een inrichting, waarbij men ook slechts een excentriek gebruikt.
Voor beide bewegingsrichtingen, echter kan men hier toch met expansie werken.
Hieronder een doorsnede van een diagonale machines deze heeft ook een los excentriek met een schuifbus.
De hartlijnen van de cilinders liggen in vlakken, die loodrecht staan op de as.
De as ligt langsscheeps en onder de cilinders ( schroefschip ).
De grote koppen van de drijfstangen omvatten een gemeenschappelijke krukpen, en de stoomschuiven ontlenen hun beweging aan een gemeenschappelijk excentriek.
Deze machines vinden wegens hun beknoptheid soms toepassing aan boord van rivierschepen en sleepboten.

Schuifbus klik op de plaat voor groot

Schaarbeweging van Stephenson
De excentriek is bedoeld voor de stoomschuif te laten bewegen, om stoom toe te laten naar de cilinder via een schaarbeweging.
Deze is bedoel om een ander voorloophoek te verkrijgen, en de machine de andere kant op te laten draaien, daarom zijn er telken bij ieder cilinder er twee, een voor vooruit en de ander voor achteruit als de schaar in het midden wordt gezet stopt de machine.
De scharen worden tegelijkertijd door 1 hendel bedient

Schaarbeweging van Stephenson

klik op de plaat voor groot

Deze methode voor de verandering van de draairichting treft men bij zuiger stoommachines aan boord vrijwel uitsluitend aan.
Het omkeren van de bewegingsrichting brengt men hierop een zeer voor de hand liggende wijze tot stand.
Men heeft namelijk, zoals fig.9 schematisch aangeeft, voor elk van de twee draairichtingen een afzonderlijk excentriek, E1 voor vooruit, en E2 voor achteruit draaien.
Daarbij beschrijft het middelpunt K van de krukpen de krukcirkel en de punten E1 en E2 liggen op de excentriekcirkel.
De hoeken KOE1 en KOE2 moeten aan elkaar gelijk zijn, omdat dezelfde stoomschuif voor vooruit en achteruit wordt gebruikt en omdat de stoom­verdeling bij beide draairichtingen dezelfde moet zijn.
In fig.9 de genoemde hoeken groter zijn dan 90°, en hebben we hier met een buitenladende schuif te maken en geeft pijl 1 de draairichting voor vooruit, 2 die voor achteruit aan.
De beide excentrieken maken weer met de kruk een hoek 90° + δ en onderling een hoek 180° - 2δ
Zou de kruk bij dezelfde standen E1 en E2 van de excentrieken een stand OK innemen, dan verandert er niets aan de draairichtingen voor vooruit en achteruit, maar de stoomschuif zou dan binnenladend zijn, omdat nu de excentrieken een hoek 90° - δ achter de kruk aanlopen.

op deze link klikken voor een simpel voorbeeld van de schaar hoe deze verschuift word.

We zien uit Fig.9 dat we, zowel bij buitenladende als bij binnen ladende schuif de vooruit draairichting van de machine vinden door van het vooruit ­excentriek El langs de kortste boog op de excentriekcirkel naar het achteruitexcentriek te gaan.
Omgekeerd is de richting van E2 naar El altijd de draairichting voor achteruit.
De stoomschuif H moet men nu naar willekeur kunnen laten bewegen door een van de excentrieken El of E2.
De boveneinden F I en F 2 van de excentriekstangen moet men dus een van beide kunnen koppelen aan het ondereinde B van de stoomschuifstang en om dit op eenvoudige wijze te kunnen bewerkstelligen, ook bij draaiende machine, heeft George Stephenson zijn schaar aangebracht, een stalen gebogen balk A, die draaibaar aan de boveneinden F 1 en F 2 van de excentriekstangen is verbonden.
Om of in deze schaarbalk grijpt het schaarblok B, dat weer draaibaar is gekoppeld aan het ondereinde van de stoomschuifstang.
Verplaatst men dus de schaar van rechts naar links, dan glijdt zij door of langs het schaarblok heen, omdat de stoomschuifstang niet zijdelings kan uitwijken door de aanwezigheid van het leioog G.
Het aankoppelpunt F 2 komt dan bij het schaarblok en dus ook onder de stoomschuifstang te liggen, zodat deze laatste nu wordt bewogen door het achteruit excen­triek E2.
Het verplaatsen van de schaar doet men door middel van twee trek- of ophaalstangen C, aan het ene einde scharnierend bevestigd aan een paar pennen M van de schaar en aan het andere einde NI gekoppeld aan een hefboom D die is gespied op een langs de machine in lengterichting lo­pende as S, de omzet as of stoomschuif as genaamd.
Om de machine over te zetten van vooruit op achteruit heeft men dus niets anders te doen dan deze as over een hoek N1 SN 2 te verdraaien, waarbij het punt N1 in N 2 komt.
Bij een machine met twee, drie of vier cilinders heeft ieder stoomschuif uiteraard haar eigen schaarbeweging nodig.
Daarom zijn alle hefbomen D dan op een stoomschuif as S gespied, zodat, waneer men deze as verdraait, alle scharen tegelijk van vooruit op achteruit worden gezet, of omgekeerd.

Marshall beweging met buitenliggende schuif

Stoomschuif beweging met een excentriek
Stoomschuif bewegingen met één excentriek
Bij dergelijke mechanismen is er op de krukas slechts één excentriek aangebracht.
Dit excentriek kan zowel bij vooruit als bij achteruitdraaien dienst doen en de hoek die het excentriek maakt met de kruk bij vooruitdraaiende as gelijk moet zijn aan die bij achteruitdraaiende as, zal deze hoek gewoonlijk 0° of 180° zijn.
Het ene excentriek staat dus in dezelfde richting als de kruk, of juist tegenover de kruk.
Verder is de inrichting in het algemeen gesproken zo, dat men een punt van de excentriekstang een bepaalde baan laat beschrijven en dat men een ander punt van de excentriekstang aan de stoomschuifstang koppelt.
De verandering in draairichting van de machine verkrijgt men dan door de bovengenoemde baan die door het punt van de excentriekstang wordt beschreven, een andere stand te geven.

Een van de oudste en meest bekende stoomschuif bewegingen van deze soort is die van Marshall, later in Duitsland genaamd die van Klug. In fig.6 ziet men hiervan een schematische afbeelding.
Hier is 0 het middelpunt van de as, K dat van de kruk en E dat van het excentriek.
De hoek tussen kruk en excentriek is hier dus 180°.
Het uiteinde P van de excentriekstang A is scharnierend verbonden aan de slingerstang D, zo genoemd omdat zij kan slingeren om het uiteinde van de stilstaande straalarm C.
De stoom schuifdrijfstang B is met haar ondereinde draaibaar gekoppeld aan een punt H op de excentriekstang en met haar bovenkant aan de stoomschuifstang.
De slingerstang D en de straal arm C zijn even lang, zodat deze stangen in verschillende vlakken moeten liggen.
Bij draaiende machine beschrijft het punt E de excentriekcirkel en het punt P een cirkelboog met het uiteinde van de straal arm C tot middelpunt en de lengte van de slingerstang D tot straal.
De door P beschreven cirkelboog zal als gevolg van zijn hellende stand iets langer zijn dan de dubbele excentriciteit.
De door E en P beschreven banen maken, dat de door het punt H doorlopen weg een ovale figuur zal zijn met een gedaante en een stand als in fig.6 onder is aangegeven.
Bij vooruitdraaiende machine wordt dit ovaaltje hier door het punt H rechtsom beschreven.
We zien dat in deze figuur het punt H ongeveer zijn laagste stand in­neemt, zodat thans ook de stoomschuif zo laag mogelijk staat.
Daar is ondersteld, dat de kruk rechtsom draait, zal de bovenste stoompoort van de cilinder dus vol open staan voor toevoer, m.a.w. we hebben hier een buitenladende schuif.
Zouden we een binnen ladende schuif gebruiken, dan zou bij dezelfde krukstand het punt H zich in het hoogste punt van het ovaaltje moeten bevinden, wat we eenvoudig kunnen bereiken door het excentriek in zijn tegenovergestelde stand op de as te bevestigen.
In dit geval zou de richting van het excentriek dus moeten samenvallen met die van de kruk.
De straalarm C is bevestigd op een horizontale omzet as die kan draaien in stoelen G,
Beweegt men dus de trekstang F naar beneden, dan ver­plaatst zich het uiteinde van C over "middenstand" naar "achteruit".
Het punt P beschrijft nu een cirkelboog met een helling die tegengesteld is aan de helling in het hier getekende geval.
Ook het door H beschreven ovaaltje zal een tegengestelde helling vertonen en de machine draait nu achteruit.
Het schema van fig.11, waarin de verschillende onderdelen van de schuifbeweging dezelfde onderlinge verhouding hebben en door dezelfde letters zijn aangegeven als in fig.6, stelt ons in staat, nauwkeurig na te gaan welke beweging de schuif verkrijgt.
Het door het aankoppelpunt H van de stoom schuifdrijfstang B be­schreven ovaal tekent men gemakkelijk als volgt: Men verdeelt de om­trek van de excentriekcirkel in een aantal gelijke delen, bv. 12 zoals in fig.6, en bij de deelpunten zet men, rechtsom gaande, de cijfers 1 tot en met 12.
Als dit overeenkomt met de vooruit draairichting, plaatst men de straalarm C in de vooruit stand V, waarbij het einde P van de excen­triekstang het cirkel boogje V beschrijft.
De lengte van de verschillende stangen moet men zo kiezen, dat P in de verticale lijn door M valt, als het excentriek in top of bodem staat, dus in de punten 1 of 7.
We nemen nu een strookje papier en tekenen daarop drie streep­jes, die de juiste plaatsen aangeven van de punten E, H en P op de excentriekstang.
We laten dan het merk E op het strookje achtereenvol­gens samenvallen met de deelpunten 1, 2, ... op de excentriekcirkel en tegelijkertijd houden we het punt P op de cirkelboog V, dan krijgen we op deze laatste de overeenkomstige punten 1, 2, ... , 12. Bij iedere stand van het strookje tekenen we eveneens de ligging van het punt H aan, alle punten weer gemerkt 1, 2, ... , 12. Dan kunnen we door deze laatste punten het ovaal trekken, dat de door het punt H beschreven baan aan­geeft.

kan op beide tekening worden geklikt voor groot voormaat

Stoom schuifbeweging van Hackworth

Ook hier is de excentriekstang a niet dierecht aan de stoomschuifstang gekoppeld, maar met behulp van de drijfstang c, zie de tekening hier onder.
De excentriekstang is liggend en wordt hierom aan het einde verbonden aan een schaarblok d, dat als het excentriek draait, langs de beide platen van een schaar of leibaan e heen en weer schuift.
Door deze inrichting is het mogelijk de stoom schuifkast niet naast de cilinder, maar voor of er achter te plaatsen, zodat de machine korter wordt.
 

de stoomschuif beweging van Walschaert

deze zie men nog veel in gebruik bij stoomlocomotieven.
Het schema fig.8 met horizontale cilinder getekend.