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Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen zum Antrieb einer Schiffsschraube
mit einem Organ zur Solldrehzahleinstellung und einem Mengenbegrenzungsanschlag
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen zum
Antrieb einer Schiffssehraube, bei der außer einem Organ zur Solldrehzahleinstellung
ein Mengenbegrenzungsanschlag vorgesehen ist, der in seiner Normalstellung den bei
Dauerbetrieb zulässigen Höchstwert begrenzt und durch Betätigung eines pneumatischen,
hydraulischen und/oder elektrischen Gestänges vor erhöhter Leistungsabgabe so bis
zu einem festen Anschlag verstellt wird, daß der Maschine eine Kraftstoffmehrmenge
zugeführt wird.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Dieselmotoren für Schiffsantrieb
mit einem in weiten Grenzen bis zur zulässigen Höchstdrehzahl verstellbaren Drehzahlregler
auszurüsten.
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Der besondere Nutzen einer solchen Anordnung besteht darin, daß die
Motordrehzahl durch den Drehzahlregler unterhalb einer zulässigen Höchstbelastung
praktisch konstant gehalten wird.
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Die Motordrehzahl unterliegt in diesem Belastungsbereich bei jeder
gewählten Reglereinstellung praktisch keinen Schwankungen, auch wenn sich das Lastmoment
am Propeller infolge von Gegenwind, Strömung, Wellengang u. a. ändert.
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Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Schiffes liegt dabei höher als
bei den ebenfalls gebräuchlichen Füllungsregelung des Motors, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Fördermenge der Brennstoffeinspritzpumpe des Dieselmotors mittels eines
beliebigen Stellorgans manuell auf einen festen Wert eingestellt und nur bei Überschreitung
der zulässigen Motorhöchstdrehzahl durch einen Drehzahlbegrenzungsregler selbsttätig
verringert wird.
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Bei der eingangs genannten Drehzahlregelung wird die maximale Fördennenge
der Einspritzpumpe gewöhnlich durch einen fest einstellbaren Anschlag auf einen
für den Motor zulässigen Höchstwert begrenzt.
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Um einen Schaden auch bei Dauerbetrieb zu vermeiden, richtet sich
die Bemessung des Höchstwertes der Einspritzmenge nach der zulässigen Dauerleistung,
die der Motor seiner thermischen Belastbarkeit entsprechend dauernd abgeben kann.
Ein so eingestellter Motor kann während einer begrenzten Zeit ohne Schaden eine
höhere Leistung abgeben.
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Schiffsantriebsmotoren können daher allgemein während einer begrenzten
Zeit eine 10 % höhere Leistung abgeben. Da beim Schiffsbetrieb die Möglichkeit
gegeben sein muß, den überlastbereich jederzeit ausnutzen zu können, wird der Anschlag
für die Einspritzmenge an der Einspritzpumpe gewöhnlich auf den der zulässigen,
kurzzeitigen überlast entsprechenden Wert eingestellt. Steigt das Lastmoment am
Propeller infolge von Gegenwind, Strömung, Wellengang u. a. an, kann der Motor trotz
einer Einstellung der Drehzahl unter der zulässigen Höchstdrehzahl für eine unkontrollierte
Zeit ungewollt überlastet werden.
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Um zu verhindern, daß der überlastbereich fahrlässig oder absichtlich
über längere Zeiträume in Anspruch genommen und damit eine Gefährdung des Motors
herbeigeführt wird, sind Anordnungen geschaffen worden, bei denen zwar der überlastbereich
durch einen festen Anschlag an der Einspritzpumpe begrenzt ist, durch einen zweiten
beweglichen Anschlag aber eine Begrenzung der Einspritzmenge auf einen entsprechend
kleineren Wert geschaffen wird. Dieser bewegliche Anschlag wird bei bekannten Anordnungen
meist kontinuierlich durch selbsttätige Stellorgane, die in Abhängigkeit von der
Ab as-C 9
temperatur, der Drehzahl, dem Aufladedruck und anderen Betriebsgrößen
wirken, bewegt.
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Es ist bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen
für Fahrzeuge bekannt (deutsche Patentschrift 1104 260), den Anschlag
für die Begrenzung der Einspritzmenge durch den Hydraulikdruck eines hydraulisch
angetriebenen Werkzeuges bis zu einem festen Anschlag zu verstellen. Die Verstellung
geschieht auch hier kontinuierlich und durch selbsttätige Stellorgane, so daß nicht
die Möglichkeit besteht, daß der Fahrzeugführer in Notsituationen den Überbelastungsbereich
der Antriebsmaschine ausnutzen kann. Da die überbelastung durch eine erhöhte Einspritzmenge
sich in unzulässig hohen Betriebstemperaturen der Maschine für den Dauerbetrieb
auswirkt, darf eine Überbelastung nur in bestimmten Intervallen erfolgen, so daß
bei automatischer Regelung der Fall eintreten kann, daß in
einer
Notsituationdie Brennkraftmaschine nicht mehr überbelastet werden kann. Derartige
Anordnungen sind daher im Schiffsbetrieb unerwünscht und nur bedingt brauchbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktionssichere Vorrichtung
zu schaffen, die es dem Bedienungspersonal erlaubt, jederzeit, insbesondere in Notsituationen,
den überlastbereich auszunutzen. Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß
es richtiger ist, der Schiffsführung die Verantwortung für die Ausnutzung des überlastbereichs
nach Zeitdauer und Höhe der Überlastung zu belassen, anstatt sie ihr durch selbstwirkende
Organe zu nehmen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Organ zur
Solldrehzahleinstellung derart mit dem Gestänge zusammenwirkt, daß der bewegliche
Anschlag verstellt wird, sobald das Organ zur Solldrehzahleinstellung einen bestimmten
Normalwert überschreitet, bei dessen Erreichen und/oder Überschreiten eine Anzeigevorrichtung
anspricht.
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In den A b b. 1 und 2 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
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A b b. 2 zeigt die Brennstoffeinspritzpumpe 1 des zeichnerisch
nicht dargestellten Dieselmotors. Eine Feder 2 wirkt im Sinn der Verstellung des
Pumpengestänges 3 auf größte Pumpenförderung.
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Die höchste, bei Überlastung des Motors kurzzeitig zulässige Einspritzmenge
wird durch einen den Weg des Pumpengestänges 3 begrenzenden fest eingestellten
Anschlag 4 bestimmt.
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Ein beweglicher Anschlag 5 ist so angeordnet, daß er die Einspritzmenge
in seiner in den Abbildungen gezeigten Normalstellung auf den im Dauerbetrieb zulässigen
Höchstwert begrenzt.
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Am Pumpenregelgestänge 3 greift das Gestänge 6
des Drehzahlreglers
7 an, der in einem weiten Bereich, beispielsweise durch Verändern der Vorspannung
der Reglerfeder 8 mittels einer Nockenbahn 9
und eines Handhebels
10 auf die gewünschte Solldrehzahl einstellbar ist.
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Der Drehzahlregler 7 bestimmt die Größe der Einspritzmenge
im Bereich der gewählten Solldrehzahl vom Leerlauf bis zu einer durch Anschläge
4 bzw. 5
begrenzten Höchstlast.
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Bei Überschreitung des dieser Höchstlast entsprechenden Drehmomentes
beginnt die Drehzahl abzusinken, wobei sich dann die Einspritzmenge pro Kolbenhub
der Einspritzpumpe 1 nicht mehr verändert.
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Mit dieser, dem Vollastdrehmoment entsprechenden Einspritzmenge, die
in dem gezeigten Beispiel durch die Stellung des beweglichen Anschlags
5 bestimmt ist, kann mit den betriebsmäßig vorkommenen Drehzahlen dauernd
gefahren werden. Auch wenn die Motordrehzahl durch äußere Einflüsse, wie Strömung
oder Gegenwind, unter den Einstellwert gedrückt wird, steht dem Motor eine Einspritzmenge
bis zu 100 % Füllung zur Verfügung.
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Darüber hinaus verträgt der Motor während einer begrenzten Zeit etwa
10 0/e Überlastung.
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Um diesen Überlastbereich jederzeit in Notfällen, bei Manövern oder
zeitweilig erhöhter Strömungsgeschwindigkeit ausnutzen zu können, ist die Nockenbahn
9 in dem gezeigten Beispiel so ausgebildet, daß sie beim übersteuern der
mit 100 % gekennzeichneten höchsten Dauerbetriebsstellung des Handhebels
10
ein durch eine Feder 16 belastetes Ventil 11 aufsteuert,
über welches einem Stellzylinder 12 Preßluft zugeführt und damit dessen unter Federkraft
stehender, mit dem beweglichen Anschlag 5 verbundener Kolben zurückgezogen
wird, so daß die Fördermenge der Brennstoffpumpe nunmehr durch den auf überlast
eingestellten festen Anschlag 4 begrenzt wird.
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Es bedarf keiner weiteren Erläuterung, daß die Übertragung an Stelle
von pneumatischen Mitteln gleichwertige mechanische, hydraulische oder elektrische
Mittel aufweisen kann.
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Ab b. 1 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die
Verstellung des Drehzahlreglers durch Fernbedienung, z. B. von der Kommandobrücke
des Schiffes aus vorgenommen wird. Die eingetragenen Kennziffern 1 bis 12
haben die gleiche Bedeutung wie in A b b. 2. Zusätzlich ist für die pneumatische
Fernbedienung ein Druckregelventil 13 vorgesehen, welches über eine Druckleitung
14 mit einem Stellzylinder 15 für die Auflage der Reglerfeder 8 in
Wirb kungsverbindung steht.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist ohne weitere Erläuterung verständlich.
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Das Erreichen und überfahren der mit 100% gekennzeichneten Dauerbetriebsstellung
des Handhebels i 10 wird dem Bedienungspersonal durch eine höhere Verstellkraft
am Handhebe110 spürbar gemacht. Das geschieht in den gezeigten Beispielen dadurch,
daß im überlastbereich zusätzlich der Widerstand der Ventilfeder 16 überwunden
werden muß. Ein erhöhter Verstellwiderstand kann aber auch durch beliebige andere
äquivalente Mittel bewirkt werden. Beispielsweise kann die Bewegung des Handhebels
10 auch durch einen ortsfesten Anschlag begrenzt werden, gegen den der Handhebel
10 sich bei Erreichen der 100%-Stellung anlegt und der erst überfahren werden
kann, wenn eine mit dem Handhebel 10 verbundene Klinke ausgerückt wird.
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Eine weitere Sicherungsmaßnahme besteht darin, dem überlaststellbereich
des Handhebels10 auf einer in der Nähe seiner Bewegungsebene angebrachten Skalenscheibe
eine auffällige farbige Kennzeichnung zu geben.
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Auch ist beabsichtigt, im Überlastbereich optische oder akustische
Signale auszulösen, die auf das Bestehen eines nur kurzzeitig zulässigen Gefahrenzustandes
aufmerksam machen.
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Die Steuerung solcher Organe mittels vom Stellhebel 10 oder
der Nockenbahn 9 betätigter elektrischer Kontakte bedarf keiner besonderen
Erläuterung oder zeichnerischen Darstellung.
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Um dem Bedienungspersonal auch einen Hinweis auf die Dauer der Überlastung
zu geben, ist vorgesehen, über einen elektrischen Kontakt oder ein entsprechendes
Betätigungsglied eine Kurzzeituhr in Gang zu setzen, welche bis zur maximal zulässigen
überlastdauer, beispielsweise 60 Minuten, die Zeit anzeigt, während der im
überlastbereich gefahren worden ist.
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Eine solche Uhr kann auch so hergerichtet werden, daß sich nach Ablauf
der zulässigen überlastungsdauer ein Notsignal einschaltet, welches akute Gefahr
durch zu lang dauernde überlast anzeigt.
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Die Uhr läuft bei solcher Anordnung allerdings schon an, wenn nur
der Handhebel 10 im überlastbereich steht, ohne Rücksicht auf das tatsächliche
Vorhandensein und die Höhe der Überlastung. Deshalb sind in weiterer Vervollständigung
der Erfindung noch weitere Maßnahmen vorgesehen.
Zunächst wird die
Uhr durch einen zusätzlichen vom Pumpengestänge 3 betätigten Kontakt od.
dgl. nur so lange im Laufen gehalten, wie sich das Pumpengestänge3 tatsächlich auf
der Strecke zwischen den Anschlägen 4 und 5 bewegt. So wird nur die Zeit
gemessen, während der die Einspritzpumpe 1
mit überlastförderung arbeitet,
aber noch kein Anhaltspunkt für die Höhe der während dieser Zeit aufgetretenen Belastung
gegeben.
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Um auch diesen Mangel zu beseitigen, wird die Uhr mit einem Antrieb
für veränderliche Laufgeschwindigkeit ausgestattet, welcher frühestens beim überschreiten
der für den Vollastbetrieb dauernd zulässigen Einspritzmenge anläuft.
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Das Anlaufen erfolgt in Abhängigkeit von der Stellung des Pumpengestänges
3, beispielsweise mittels eines Einschaltkontaktes, der sich in dem Augenblick
schließt, wo das Pumpengestänge 3 in den überlastbereich eintritt.
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Die Laufgeschwindigkeit der Uhr ist dann zunächst klein, steigert
sich aber in dem Maß, wie sich das Gestänge 3 weiter in Richtung überlast
verschiebt.
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Die Beeinflussung der Laufgeschwindigkeit in Ab-
hängigkeit
von der Stellung des Pumpengestänges, d. h. in Abhängigkeit von der Höhe
der gefahrenen überlast, kann bei einem elektrischen Laufwerk z.B. durch Verändern
der Betriebsspannung des Laufwerkmotors mittels eines vom Reglergestänge
3 verstellbaren Vorschaltwiderstandes oder bei mechanischen Laufwerken durch
Beeinflussung des Laufwerksreglers der Uhr durch das gleiche Gestänge erfolgen.
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Die Skala des Laufwerks wird in diesen Fällen zweckmäßig in Prozentwerten
geeicht, und zwar so, daß der Wert 100 % die nach Zeit und Höhe integrierte
überlast angibt, die der zulässigen höchsten Überlastung von beispielsweise
10 1/o während 60 Minuten entspricht. Beim Erreichen des 100%-Wertes kann
auch dieses Laufwerk ein Warnsignal einschalten.
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Um eine Gefährdung des Motors durch zwei kurzzeitig aufeinanderfolgende
Überlastperioden auszuschließen, wird das Laufwerk so ausgeführt, daß es nach Rückkehr
des Reglergestänges 3 in den Normalbetriebsbereich nicht auf den Nullwert
der Skala zurückspringt, sondern mit konstanter Geschwindigkeit in einer angemessenen
Zeit, z. B. in 60 Minuten, auf den Nullwert zurückläuft.
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Der technische Aufbau derartiger Laufwerke ist nach dem bekannten
Stand der Technik möglich und bedarf keiner besonderen Erläuterung.
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Die hiermit beschriebene Vorrichtung ermöglicht mit einfachen zuverlässigen
Mitteln jederzeit die volle Ausnutzung des gesamten Vollast- und überlastbereichs
durch das Bedienungspersonal, ohne daß diese Gefahr läuft, den Motor durch überlast
zu beschädigen oder in kritischen Situationen nicht die für Vollast- oder Überlastfüllung
erforderliche Einspritzmenge verfügbar zu haben.