DE1028385B - Brennkraftmaschinenanlage, die starken Belastungsstoessen ausgesetzt ist - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschinenanlage zum Antrieb eines wenigstens eine Verbrauchsstelle beliefernden Erzeugers von elektrischem Strom, Druckflüssigkeit oder Druckgas, die von der bzw. den Verbraucherstellen her starken Belastungsstößen ausgesetzt ist und bei der das Regelglied der Brennstoffeinspritzpumpe unter dem Einfluß eines Drehzahlreglers und einer der Drehzahlregelung überlagerten, in Abhängigkeit von der Belastung gesteuerten Regelvorrichtung steht.

Bei Anlagen dieser Art wird üblicherweise die Brennstoffördermenge nach Maßgabe der Drehzahländerung des mit dem Stromerzeuger gekuppelten Motors verändert. Erfahrt dieser vom Netz aus z. B. eine Höherbelastung, so nimmt seine Drehzahl so lange ab, bis der Regler das Regulierglied der Brennstoffpumpen um einen solchen Betrag verstellt hat, daß die Brennstoffördermenge der veränderten Belastung entspricht. Dabei treten bekanntlich Verzögerungen des Reguliervorganges und Schwankungen der Drehzahl auf, die um so ausgesprochener sind, je stärker und rascher einerseits der jeweilige Belasluingsanstieg auftritt und andererseits je größer der Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers und je kleiner die mit dem Rotor gekuppelte Schwungmasse ist.

Für gewisse Stromverbrauchsanlagen, wie z. B. elektrische Stumpfschweißtmaschinen, werden aber Anforderungen an die Konstanz der Frequenz der Klemmenspannung und der Einhaltung der Sinusform der Spannungskurve und somit an die Einhaltung der Drehzahl des Stromerzeugers gestellt, denen mit bekannten Mitteln kaum mehr zu genügen ist. Zwar könnten Regler mit kleinem Ungleichförmigkeitsgrad verwendet werden; aber solche Regler neigen zu einem unerwünschten Pendeln, besonders bei geringer Belastung des Motors. Ferner könnte durch Verwendung eines übermäßig großen Schwungrades dem Drehzahlabfall bei starkem Belastungsanstieg entgegengewirkt werden. Jedoch reicht diese Maßnahme meistens nicht aus und ist überdies der Gewichtsvermehrung wegen in vielen Anwendungsfällen, wie bei fahrbaren Anlagen, unerwünscht.

Um bei Brennkraftmaschinenanlagen, die mit mehreren Betriebsdrehzahlen betrieben werden, möglichst schnell von einer zur anderen Drehzahl zu gelangen, ist schon vorgeschlagen worden, der drehzahlabhängigen Einspritzmengenregelung eine vom Aufladedruck abhängige Regelung zu überlagern und beim Übergang von einer zur anderen Drehzahl den Ladedruck zunächst willkürlich — z. B. durch eine vorübergehende Überlastungseinstellung — stärker zu verändern, als der neuen Drehzahl entspricht. Abgesehen davon, daß eine solche Regelung umständlich ist, kann auch sie nicht gewährleisten, plötzlich bei der Ver-

Brennkraftmaschinenanlage, die starken Belastungsstößen ausgesetzt ist

Anmelder:

Schweizerische Lokomotiv-
und Maschinenfabrik,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 14. August 1964

Dr.-Ing. Rene Feiss, Winterthur (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

brauchssteile auftretende Belastungsstöße an der Brennkraftmaschine so aufzufangen, daß Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine ausreichend vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Mängel zu beheben und die durch starke Belastungstöße und insbesondere durch brüske Belastungsanstiege verursachten Drehzahlschwankungen und -rückgänge der Antriebsmaschine und des an diese angeschlossenen Erzeugers weitmöglichst auszuschließen. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die in bei anderen Brennkraftmaschinenanlagen an sich bekannter Weise von der Verbrauchsstelle aus beeinflußbare zusätzliche Regelvorrichtung beim Auftreten eines Belastungsstoßes schlagartig in eine durch einen einstellbaren Anschlag festgelegte Endstellung gebracht wird, wodurch das im übrigen weiterhin unter dem Einfluß des Drehzahlreglers stehende Regelglied der Einspritzpumpe ebenfalls schlagartig in eine der neuen Belastung entsprechende Stellung gelangt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, die Leistung der Antriebsmaschine schon im Augenblick des Auftretens eines Belastungsstoßes etwa im Ausmaß seiner Intensität zu steigern. Ein Dreh-

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zahlabfall der Brennkraftmaschine kann dann nur noch in unbedeutendemT."Maße eintreten.

Es ist zwar schon bekannt, der Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschine eine zusätzliche Regelung in Abhängigkeit von der Verbrauchsstelle zu überlagern. Dabei handelt es sich jedoch um zwei im Ansaugkanal einer Vergaser-Brennkraftmaschine hintereinander angeordnete Drosselklappen, von denen die eine bei- plötzlichem Belastungsabfall an der Verbrauchsstelle sofort geschlossen wird, um ein »Durchgehen« der Brennkraftmaschine zu verhindern. Die der vorliegenden· Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist jedoch mit dieser Anordnung nicht lösbar, da im umgekehrten Falle des Auftretens eines brüsken Belastungsanstieges die der Brennkraftmaschine zügeführte Gemischmenge ,trotz geöffneter zusätzlicher Drosselklappe weiterhin von der Stellung der über die Maschinendrehzahl geregelten anderen Drosselklappe abhängig bleibt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 2 Drehmomentcnarakteristiken, Fig. 3 das Diagramm eines Schweißprogramms. Der Dieselmotor 1 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Brennkraftmaschnienanlage treibt über das »normal« dimensionierte Schwungrad 2 den Wechselstromgenerator 3 an. Der von diesem erzeugte elektrische Strom wird über das Netz 4 nach der Verbrauchsstelle geleitet, welche hier aus einer Stumpfschweißmaschine 5 besteht.

Am Dieselmotor 1 ist ein Fliehkraft-Drehzahlregler 6 mit »normalem« Ungleichförmigkeitsgrad vorgesehen, der über die Kegelräder 7 von der Motorwelle angetrieben wird und eine Drehzahleinstellvorrichtung 9 besitzt. Der Regler stellt die Regulierwelle 10 der Brennstoffpumpen 14 selbsttätig vermittels des Übertragungshebels 15, der Stange 16 und des mit Stellvorrichtung in das Reglerstellzeug eingebaut. Diese ermöglicht eine der normalen Wirkung des Drehzahlreglers 6 übergeordnete Vorsteuerung des Brennstoffpumpen-Reguliergliedes. Die Verstellvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 30, dessen Kolben 31 mit dem rechtsseitigen Ende des Übertragungshebels 15 verbunden ist und dessen Zylinderraum 32 vermittels des elektrisch betätigbaren Ventils 34 mit der Druckluftleitung 35 verbunden werden kann. Das Relais 36 des Ventils 34 ist durch die elektrische Leitung 37 mit der Steuerapparatur 38 der Schweißmaschine 5 verbunden und wird von dieser aus selbsttätig unter Spannung gesetzt. Eintretenden Falles tritt Druckluft aus der Leitung 35 in den Zylinderraum 32 ein, drückt den Kolben 31 entgegen dem Druck der Feder 33 nach unten, bis das rechte Ende des Übertragungshebels 15 am einstellbaren Anschlag 39 anstößt, wodurch die Hebel 15 und 17 die strichpunktiert gezeichnete Lage einnehmen und die so Regulierwelle 10 die Brennstoffpumpen 14 auf erhöhte Fördermenge einstellt.

Dieser Vorgang wird z. B. zur Zeit J₁ des in Fig. 3 dargestellten Schweißprogramms ausgelöst, da der Schweißstrom fast plötzlich auf die Stromstärke A₂ ^a5 anzuwachsen hat. Die entsprechende Änderung ist in Fig. 2 durch den gestrichelten Linienzug m' angedeutet, indem die Größe des vom Motor 1 abgegebenen Drehmomentes vom Leerlaufwert M₀ bei momentan gleichbleibender Drehzahl M₀ auf den Wert M₁ ansteigt, der nahe am Sollwert M₂ liegt, welcher der verlangten Stromstärke A₂ des zwischen den Zeiten t_t und i₈ liegenden Schweißprogrammintervalls entspricht. Der Regler 6 wird dann nur noch die kleine Drehmomentdifferenz (M₂-M₁) nachzustellen haben, so daß auch die Motordrehzahl nur um einen kleinen Wert, nämlich (M₀—M₂) zurückgeht.

Wäre das Reglerstellzeug nicht durch die Verstellvorrichtung in der beschriebenen Weise vorgesteuert worden, würde der Reguliervorgang sich der Normal-

der Regulierwelle verkeilten Hebels 17 entsprechend 40 charakteristik m entlang abspielen und somit die Dreh-

der jeweiligen Belastung ein. Dessen Drehmomentcharakteristik ist in Fig. 2 durch den ausgezogenen Linienzug m dargestellt.

An der Stumpf schweißmaschine 5 werden die miteinander zu verschweißenden Werkstücke 20 vermittels druckluftbetätigter Spannblöcke 21 eingespannt. Die Stromzuführung erfolgt von der Niederspannungsseite des mit Stufenregler 22 versehenen Transformators 23 über wassergekühlte Spannbacken 24. Beim Arbeiten der Schweißmaschine werden die inneren Enden der Stangen 20 zunächst vorgewärmt, dann abgebrannt und hierauf durch Bewegen des Stauchschlittens 25 gestaucht. Der letztere besitzt hierzu einen relaisgesteuerten Antrieb 26.

Der Ablauf der einzelnen Vorgänge geht nach einem dem zu verschweißenden Material und dessen Querschnittsgröße entsprechenden, genau vorgeschriebenen Schweißprogramm selbsttätig vor sich. Ein solches Schweißprogramm ist beispielsweise in Fig. 3 zahl nach Beendigung der Pendelungen des Reguliervorganges auf den Wert M₃ abfallen. Zum größeren Drehzahlabfall käme also in diesem Fall eine länger dauernde Regulierzeit als weiterer unerwünschter 4-5 Umstand.

An Stelle eines rein mechanisch arbeitenden Reglergestänges könnte ein· solches mit Servosteuerung, z. B. hydraulischer, elektrischer oder elektronischer Art, verwendet und die Verstellvorrichtung dementsprechend ausgebildet werden.

Ferner könnte an der Stromverbrauchsstelle selbst

ein Regulierorgan vorgesehen werden, das die Stärke der an die Steuerleitung abzugebenden Impulse der Größe der Belastungsstöße anpaßt bzw. auf ein bestimmtes Verhältnis zu diesen reguliert.

Für Anlagen mit Druckluft- oder Druckflüssigkeitserzeuger und solchen Verbrauchsstellen könnte an Stelle einer elektrischen Steuerleitung eine Druckluftoder Druckflüssigkeitsleitung zur Übertragung der

dargestellt, in welchem P den auf die Werkstückenden 60 Impulse von der oder den Verbrauchsstellen nach der

auszuübenden Anpreßdruck, A die Intensität des Schweiß stromes in Funktion der Zeit t darstellt. Gemäß diesem Programm ist vor und nach dem eigentlichen Schweiß Vorgang ein großer, während desselben nur ein geringerer Anpreßdruck erforderlich.

Um die vorgeschriebenen brüsken Stromstärkenanstiege und die Zeitintervalle möglichst genau und mit geringsten Fluktuationen einhalten zu können, den Drehzahlabfall von Antriebsmotor und Generator also Verstellvorrichtung verwendet werden.

Ferner kann gegebenenfalls die Steuerapparatur der Stromverbrauchsstelle mit Schaltorganen ausgerüstet sein, welche die Abgabe von Impulsen an die Verstellvorrichtung des Reglers ermöglichen, die der Stoßbelastung zeitlich vorauseilen. In den meisten Fällen wird eine Voreilzeit von wenigen Zehntelsekunden genügen, um die zwischen der Impulsabgabe und der Beendigung des Verstellvorganges ver

klein zu halten, ist am Motor 1 eine besondere Ver- 70 strichene Zeit zu kompensieren, so daß dann die am

Motor bewirkte Leistungserhöhung wirklich gleichzeitig mit der Stoßbelastung eintritt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschinenanlage zum Antrieb eines wenigstens eine Verbrauchsstelle beliefernden Erzeugers von elektrischem Strom, Druckflüssigkeit oder Druckgas, die von der bzw. den Verbrauchsstellen- her starken Belastungsstößen ausgesetzt ist und bei der das Regelglied der Brennstoffeinspritzpumpe unter dem Einfluß eines Drehzahlreglers und einer der Drehzahlregelung überlagerten, in Abhängigkeit von der Belastung gesteuerten Regelvorrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die in bei anderen Brennkraftmaschinenanlagen an sich bekannter Weise von der Verbrauchsstelle aus beeinflußbare zusätzliche Regelvorrichtung (30 bis 36) beim Auftreten eines Belastungsstoßes schlagartig in eine durch einen einstellbaren Anschlag (39) festgelegte Endstellung gebracht wird, wodurch das im übrigen weiterhin unter dem Einfluß des Drehzahlreglers stehende Regelglied (10) der Einspritzpumpe (1) ebenfalls schlagartig in eine der neuen Belastung entsprechende Stellung gelangt.

2. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Steuergeräten der Verbrauchsstelle Schaltorgane verbunden sind, die die Abgabe von der Stoßbelastung zeitlich vorauseilenden Impulsen an die zusätzliche Regelvorrichtung ermöglichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 729 124, 868 798;
schweizerische Patentschriften Nr. 242 920;
britische Patentschriften Nr. 548 468.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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