-
Sicherheitsvorrichtung für umsteuerbare Verbrennungskraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung für umsteuerbare Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere Dieselmaschinen, mit einer unter der Wirkung eines über Umsteuerventile
mit Druckluft beaufschlagten Servomotors in zwei Lagen verschiebbaren Steuer- oder
Nockenwelle, wobei die eine Lage zur Drehrichtung »voraus«, die andere Lage zur
Drehrichtung »zurück« gehört.
-
Bei derartigen Verbrennungskraftmaschinen ist die Steuerwelle oder
Nockenwelle im allgemeinen mit je zwei Nocken für jedes Ein- und Auslaßventil bzw.
Anlaßventil sowie für jeden Einspritzpumpenzylinder versehen, von denen jeweils
einer bei einer bestimmten Drehrichtung zur Wirkung gelangt. Das Herüberwandern
des entsprechenden Stößels bzw. der Stößelrolle von dem Vorwärtsnocken auf den Rückwärtsnocken
und umgekehrt geschieht vielfach unter Zuhilfenahme von geeigneten Schrägflächen,
wobei sich die Steuer- oder Nockenwelle in Achsrichtung verschiebt, während die
Stößel und Rollen an ihrem Platz bleiben. Das Überwechseln des Ventilantriebes auf
einen anderen Nocken kann auch durch eine Verlagerung der Stößel und Rollen geschehen.
In jedem Fall treten bei dem Umsteuervorgang erhebliche zusätzliche Beanspruchungen
an Nocken, Stößeln und Rollen auf, die unter gewissen Umständen Beschädigungen dieser
Teile hervorrufen können. Man hat festgestellt, daß die Drehzahl der Steuer-oder
Nockenwelle während des Umsteuervorganges eine ausschlaggebende Rolle in diesem
Zusammenbang spielt.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schäden an Nocken, Stößeln
und Rollen zu verhindern, die durch zu hohe Motordrehzahl beim Umsteuern entstehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein drehzahlabhängiges Steuerorgan
der Druckluft den Weg von den Umsteuerventilen zu dein Servomotor erst beim Stillstand
der Maschine oder bei einer für den Umsteuervorgang ungefährlichen Drehzahl freigibt.
-
Die Umsteuervorgänge »voraus - zurück« sowie »zurück - voraus« lassen
sich mit Hilfe eines drehzahlabhängigen Steuerorgans überwachen, wenn in die Verbindungsleitungen,
die von den Umsteuerventilen zu den beiden Arbeitsräumen des Servomotors führen,
je ein druckluftbetätigtes Absperrventil eingeschaltet ist, wobei die Arbeitsräume
der Betätigungsvorrichtung der Absperrventile an eine gemeinsame Leitung angeschlossen
sind, in deren Verbindungsleitung mit einer Druckluftquelle das drehzahlabhängige
Steuerorgan eingeschaltet ist.
-
Eine sparsame Druckluftversorgung für die Betätigung der Absperrventile
wird dadurch erreicht, daß die Verbindungsleitungen von der Druckluftquelle zu den
Betätigungsvorrichtungen der Absperrventile über die Umsteuerventile führen und
mit einem D.oppelrückschlagventil versehen sind, dessen mittlerer Anschluß mit dem
drehzahlabhängigen Steuerorgan verbunden ist, so daß lediglich dann Druckluft zu
dem drehzahlabhängigen Steuerorgan gelangt, wenn eines der Umsteuerventile geöffnet
ist.
-
Es ist zwar bekannt, bei pneumatischen Manövriersteuerungen ein drehzahlabhängiges
Steuerorgan für die Druckluft vorzusehen. Jedoch dient dieses bekannte drehzahlabhängige
Steuerorgan nicht dem Verhindern der Nockenwellenverschiebung bei zu hoher Drehzahl,
sondern dem selbständigen Um-. stellen von Anlassen auf Betrieb bei Erreichen der
Zünddrehzahl. Bei einer anderen bekannten Manövriersteuerüng dient das drehzahlabhängige
Steuerorgan dazu, die Druckluft zur Betätigung des Hauptanlaßventils und zur Entriegelung
der Kraftstoffsperre zu überwachen, so daß Anlaßluft und Kraftstoff erst bei Stillstand
der Maschine oder bei einer für den Umsteuervorgang ungefährlichen Drehzahl freigegeben
werden.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in schematischer Darstellung am Beispiel einer pneumatischen Fernbedienungsanlage
für einen Schiffsdieselmotor gezeigt.
-
Auf der Kommandobrücke oder auf einem an anderer Stelle in einiger
Entfernung von der Maschine eingebauten Bedienungsstand befinden sich ein Ventil
2 für Umsteuern und Anlassen in Drehrichtung .>voraus«, ein Ventil l für Umsteuern
und Anlassen in Drehrichtung »zurück« und das Stopventil3. Die
Ventile
können, wie dargestellt, in einem gemeinsamen Gehäuse 4 untergebracht sein, welches
einen mit Druckluft versorgten Raum 5 enthält. Die Ventile 1, 2, 3 können
an Stelle der dargestellten Einzelbetätigung durch Druckknöpfe auch mit Hilfe einer
Nockenwelle, an der ein Hebel befestigt ist, betätigt werden. Jedes Ventil besteht
aus einem Ventilkegel 1 a, 2a, 3 a und aus einer Druckfeder
l b, 2 b
und 3b, welche den Kegel auf seinem Sitz
hält.
-
Alle übrigen Teile sind an der Maschine selbst angebaut. Von dem Ventil
2 führt die Leitung 6 zu dem Raum 7 des Betätigungszylinders 8, in dem der Kolben
9 gleitet, der von den Federn 10 und 11 bei entlüfteten Räumen 7 und 12 in die gezeigte
Mittelstellung gebracht wird. Den anderen Raum 12 des Zylinders 8 verbindet
die Leitung 13 mit dem Ventil 1. Mit dem Kolben9 ist die Kolbenstange 14 verbunden,
an deren Kulisse 15 der Umsteuerhebe116 mit Hilfe der Verzahnung 16a angreift.
Der Hebel 16
kann die Stellungen V (voraus) und Z (zurück) sowie die dargestellte
Mittelstellung einnehmen. Mit dem Umsteuerhebe116 in Drehrichtung fest, in Achsrichtung
des Nockens verschiebbar durch die aufgeschnitten dargestellte Führungsbuchse 17
verbunden ist der verkürzt dargestellte Mehrfachnocken 18, der Einzelnockenl8a für
Umsteuern »voraus«, 18b für Umsteuern »zurück«, 18c für Anlassen »voraus«
und »zurück« aufweist. Der Nocken 18 ist drehbar auf einer Verlängerung 19
der Steuerwelle 20 befestigt und gegen Längsverschiebung gesichert, so daß
er jeder Längsverschiebung der Steuerwelle 20
folgt. Die Führungsbuchse 17
greift mit ihrer Nut 22 in den Keil 23 des Mehrfachnockens 18 ein,
so daß sie der Längsbewegung des Nockens nicht folgt. Der Einzelnocken 18a befindet
sich in Stellung »zurück« der Steuerwelle 20 im Eingriffsbereich des Umsteuerventils
24 für Umsteuern »voraus«. Der Einzelnokken18b befindet sich in Stellung
»voraus« der Steuerwelle 20 im Eingriffsbereich des Umsteuerventils 25 für Umsteuern
»zurück«. Der Einzelnocken18c befindet sich in Stellung »voraus« und »zurück« der
Steuerwelle 20 mit seinen entsprechenden Vorsprüngen im Eingriffsbereich
des Anlaßsteuerventils 26.
Die Ventile 24, 25, 26 enthalten die Ventilkegel
24a, 25 a und 26a sowie die Druckfedern 24 b,
25b und 26b, welche die Ventilkegel auf ihrem Sitz halten. Zu den Ventilen
24 und 25 führt die von dem Druckminderventil 27 kommende Leitung 28, in der ein
Druck von etwa 8 kg/cm2 herrscht. Zu dem Druckminderventi127 führt der Zweig29a
der Hochdruckluftleitung 29 und zu dem Anlaßsteuerventil 26 der Zweig 29b derselben
Leitung, während die Leitung 29 selbst mit dem Hauptanlaßventi130 verbunden ist.
Das Hauptanlaßventi130 enthält das Kolbenventil 30a. In den Raum 30 b
über dem Kegel 30c des Kolbenventils 30a mündet die Leitung 29. Das Ventil
30 ist durch die Leitung 31 mit den nicht dargestellten auf den Maschinenzylindern
sitzenden Anlaßluftventilen verbunden. In den Raum 30d über dem Kolben
30e führt die von dem Anlaßsteuerventil 26
kommende Leitung32a. Von
dem Umsteuerventi124 führt die Leitung 33 mit ihrem Zweig 33a zu dem Absperrventil
21. Von dem Umsteuerventil25 führt die Leitung 34 mit ihrem Zweig
34 a zu dem Absperrventil 50. Die Absperrventile 21 und
50 enthalten die Kolbenventile21a und 50a. In die Räume21b und 50b über den
Kegeln 21c und 50c der Kolbenventile 21a und 50a münden die Leitungen 33a und 34a.
Die Räume 21d und 50 d über den Kolben 21e und
50e sind durch die Leitung 41c verbunden., die wiederum durch die
Leitung 41b mit dem drehzahlabhängigen Steuerorgan 51 in Verbindung steht.
Von dem Ventil 21 führt die Leitung 33c zu dem Ölzylinder 35a. Die Leitung 34c führt
von dem Ventil 50 zu dem Ölzylinder 35 b des Servomotors. Die Ölzylinder
35a, 35b stehen mit den Räumen 35c und 35d
vor und hinter dem Verschiebekolben
35e in Verbindung, der auf der Steuerwellenverlängerung 19 befestigt ist.
Die Steuerwellenverlängerung 19 ist mit der Steuerwelle 20 gegenüber
derselben drehbar, in Achsrichtung jedoch fest verbunden.
-
Von dem Druckminderventi127 führt die Leitung 36 über das Absperrventil
37 zu dem Raum 5 des Gehäuses 4. Von dem Stopventil 3 führt die Leitung 38 zu der
Öffnung 39b des Doppelrückschlagventils 39, in dem der Ventilkolben 39a gleitet
und entweder die Öffnung 39b oder 39c mit der Öffnung 39d verbindet. Die Zweige
33b und 34b der Leitungen 33 und 34 sind an die Öffnungen 40c und
40b des Doppelrückschlagventils 40 angeschlossen, in dem der Ventilkolben
40a gleitet und entweder die Öffnung 40b oder 40c mit der Öffnung
40 d verbindet. Die Öffnung 40 d ist über die Leitung 41 mit der Öffnung
39c des Doppelrückschlagventils 39 verbunden. Von der Öffnung 39d des Doppelrückschlagventils
39 führt die Leitung 42 zu dem Betätigungszylinder 46,
in dem der Kolben
46a gleitet. Der Kolben 46a ist mit Hilfe der Kolbenstange 46b und des Winkelhebels
47 in der Lage, die Regelstange 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe in
Stoprichtung zu verschieben. An dem Winkelhebel 47 befindet sich die Raste 47a,
in die die Klinke 48 unter der Wirkung der Feder 49 einrasten kann, wenn die Regelstange
45 in Stopstellung steht. Die Leitung 32b verbindet das Anlaßsteuerventi126
mit der Kolbenunterseite 46e des Kolbens46a. In die von der Leitung41 abzweigende
Leitung 41a ist - das drehzahlabhängige Steuerorgan 51 derart eingeschaltet, daß
es die Leitung 41b überwacht. Es besteht aus dem Fliehkraftregler 52 mit dem Gewichtshalter
52a und den Fliehgewichten 52b.
Der Gewichtshalter 52 a ist
auf der Welle 53 befestigt, die in nicht darzustellender Weise von der Dieselmaschine
angetrieben wird. Die Fliehgewichte52b übertragen die bei schneller Drehung der
Welle 53
entstehenden Fliehkräfte auf die Muffe 54, die in dem Ventilgehäuse
55 annähernd dichtend geführt ist. An der Muffe 54 befindet sich ein Absatz 54a,
der zusammen mit einer Gegenfläche 55a des Gehäuses 55
ein Absperrventil
bildet, das die Verbindung zwischen den Leitungen 41 a und 41 b öffnet und schließt.
Auf die eine Seite der Muffe 54 wirkt die Kraft der Feder 56, die durch die Schraube
57 einstellbar ist. Dieser Federkraft entgegen wirken die an der anderen Seite angreifenden
Fliehkräfte.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung soll an Hand eines Umsteuervorganges
beschrieben werden.
-
In der Zeichnung ist die Steuerwelle 20 in Stellung »voraus«
dargestellt. Wird der Ventilkegel 1a niedergedrückt, so wird der Raum 12 des Betätigungszylinders
8 über die Leitung 13 mit Druckluft beaufschlagt, und der Hebel 16 geht in die Stellung
Z. Der Hebel 16 kann auch von Hand in diese Stellung gelegt werden. Dadurch
wird der Mehrfachnocken 18 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und der Einzelnocken
18b öffnet das Umsteuerventil 25, welches eine Druckluftverbindung
zum Absperrventi150 über
die Leitungen 34 und 34a herstellt. Gleichzeitig
strömt Druckluft über die Leitung 34b zu der Öffnung 40b des Doppelrückschlagventils
40, drückt den Ventilkolben 40 auf die Öffnung 40c, wodurch der Druckluft der Weg
zur Öffnung40d freigegeben ist, wobei die Druckluft über die Leitung 41 zur Öffnung
39c des Doppelrückschlagventils 39 strömt, dort den Ventilkolben 39 a auf
die Öffnung 39 b preßt, die Öffnung 39d somit freilegt und über die Leitung
42 die Seite 46f des Betätigungszylinders 46 beaufschlagt. DerKolben 46a geht in
seine untere Stellung und verschiebt mit Hilfe der Kolbenstange 46 b und des Winkelhebels
47 die Regelstange 45 in Stopstellung, wobei die Klinke 48 an der Raste 47a einrastet
und wodurch die Drehzahl der Maschine sinkt. Es sei angenommen, daß die Drehzahl
der Maschine infolge der Turbinenwirkung der Schiffsschraube noch so hoch sei, daß
ein sicheres Umsteuern nicht zu erwarten ist. In diesem Fall pressen die Fliehgewichte
52b den Absatz54a auf die Fläche55a, so daß die Verbindung zwischen den Leitungen
41a und 41b abgesperrt ist. Der Kolben 46a bleibt in seiner unteren Stellung und
das Absperrventil 50 bleibt geschlossen. An der Muffe 55 greifen lediglich
die Fliehkräfte und die Kraft der Feder 56 an, da der Durchmesser der Muffe 54 dem
Wirkdurchmesser der Dichtstelle 54a, 55a gleicht. Sinkt die Drehzahl auf
einen für das Umsteuern ungefährlichen Wert, so überwindet die Kraft der Feder 56
die von den Fliehgewichten ausgeübten Kräfte und hebt den Absatz 54 a von
der Fläche 55 a
ab: Nun .lastet die Druckluft auf der Muffe 55 und
öffnet die Dichtsteile 54a, 55a vollständig, wodurch der Raum 50d
über dem Kolben 50e über die Leitungen 41b und 41c beaufschlagt wird.
Der Kolben 50e wird unter Druck gesetzt und geht nach unten und hebt den Ventilkegel
50c von seinem Sitz ab. Druckluft strömt aus der Leitung34a über Leitung 34c zu
dem Luftbehälter 35b. Die Steuerwelle 20
wandert nach vorn, wobei der
Nocken 18b kurz vor Erreichen der Endlage außer Eingriff des Ventilkegeln
25a kommt, während der Einzelnocken 18 c das Anlaßsteuerventi126 öffnet.
Von dem geöffneten Ventil26 strömt Druckluft hohen Druckes über die Leitungen 32
und 32a zu dem Hauptanlaßventi130, öffnet dieses, wodurch die Maschinenzylinder
Druckluft erhalten. Gleichzeitig wird die Unterseite 46e des Kolbens 46a
beaufschlagt, so daß der Kolben 46a nach oben geht und die Regelstange
45 dem Einfluß des nicht dargestellten Drehzahlreglers freigibt, der sie
in Stellung volle Einspritzmenge bringt. Dadurch wird die Maschine abgebremst und
in Drehrichtung »zurück« angelassen. Wird der Ventilkegella bzw. der Hebe116 losgelassen,
so kehrt dieser unter der Wirkung der Feder 10, bzw. weil die Kammer
12 entlüftet ist, in die Mittellage zurück. Dadurch gerät der Nocken 18c
außer Eingriff des Anlaßsteuerventils 26,
dieses und das Hauptanlaßventi130
schließen und die Anlaßluftzufuhr hört auf, so daß die Maschine normal arbeitet.
Inzwischen ist die Drehzahl der Maschine auf den Normalbetrag gestiegen, auf der
Muffe 54 lastet kein Druckluft-Druck mehr, da das Umsteuerventi124 geschlossen
ist, so daß die von den Fliehgewichten52b ausgeübte Kraft die Kraft der Feder 56
überwindet und den Absatz 54a auf die Fläche 55a preßt. Die Sicherheitsvorrichtung
ist damit wieder funktionsbereit. Beim Umsteuern von »zurück« auf »voraus« läuft
sinngemäß der gleiche Vorgang ab mit dem Unterschied, daß in diesem Falle die Einzelnocken.18a
und 18c sowie das Ventil 2 in Tätigkeit treten und daß der Raum 7, der Ölzylinder
35a und der Raum 35 c des Servomotors 35 beaufschlagt werden.
-
Beim Niederdrücken des Ventilkegels 3 a strömt Druckluft über das
Ventil 3 durch die Leitung 38 zu dem Doppelrückschlagventi139, drückt dort den Ventilkolben
39a auf die Öffnung 39c, der dadurch die Öffnungen 39b und 39d verbindet,
so daß die Druckluft -zu dem Betätigungszylinder46 strömen kann. Die Regelstange
45 wird dadurch, wie bereits vorher beschrieben, in Stopstellung gebracht. Wird
der Ventilkegel 3 a losgelassen, so wird die beschriebene Leitungsverbindung entlüftet,
wobei die Regelstange 45 in Stopstellung eingerastet bleibt, bis die Maschine wieder
angelassen wird. Derselbe Vorgang kann auch durch Verdrehen des Handabstellhebels
58 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt werden.