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Mechanismus zum Begrenzen der Beschleunigung beim Anlassen
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einer Brennkraftmaschine.
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einer Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Begrenzen der Beschleunigung
beim Anlassen einer Brennkraftmaschine mit einem Drehzahlregler, dessen Abtriebelement
über eine drehbare Welle die Treibstoffpumpen der Maschine einstellt, welcher Mechanismus
einen an der drehbaren Welle befestigten Hebel und einen Anschlag, der in einem
Gehäuse geradlinig verschieblich ist zwischen einer unwirksamen Stellung, in der
er sich ausserhalb der Bewegungsbahn des Hebels befindet, und einer wirksamen Stellung,
in der er aus dem Gehäuse herausragt und gegen den Hebel anliegt, und zwar in einer
Stellung des Hebels, die einer Zylinderfüllung unter der maximal einstellbaren entspricht,
sowie eine Feder zum Zurückholen des Anschlages aus der wirksamen in die unwirksame
Stellung umfasst.
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Aus der eigenen Brennkraftmaschinenproduktion der Anmelderin ist bereits
ein Mechanismus der obengenannten Art bekannt geworden. Die Brennkraftmaschine,
z.B. ein Dieselmotor, wird durch Einleiten von Druckluft in die Motorzylinder angelassen,
während die Treibstoffzufuhr mit Hilfe des Drehzahlreglers durch die Reglerwelle
gesteuert wird, die auf bekannte Weise mit den Treibstoffpumpen der Zylinder gekuppelt
ist.
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Der an der Welle befestigte Hebel ist durch die Drehung der Welle
um einen Winkel zwischen einer der Nullfüllung und einer der maximalen Füllung der
Motorzylinder entsprechenden Stellung schwenkbar. Das Begrenzen der Beschleunigung
der Maschine beim Anlassen erfolgt mit Hilfe des Anschlages, der in Verbindung mit
dem Anlassen von einem durch Druckluft betätigten Kolben in einem pneumatischen
Zylinder gebildet wird. Unter der Einwirkung der Druckluft wird der Kolben aus dem
Zylinder des Mechanismus hinaus gegen
den Hebel gedrückt, der dadurch
entweder in seiner Bewegung in Richtung seiner der maximalen Zylinderfüllung entsprechenden
Stellung in einer Zwischenstellung gestoppt wird oder in diese Zwischenstellung
zurückgedrückt wird, falls er sich vor der Aktivierung des Kolbens auf seinem Weg
zu der der Maximalfüllung entsprechenden Stellung bereits über diese Zwischenstellung
hinwegbewegt hat. Die Zwischenstellung ist so gewählt, dass zwar das Anspringen
der Maschine sichergestellt, aber eine zu starke Beschleunigung verhindert wird.
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Zu einem gewissen Zeitpunkt wird der pneumatische Zylinder entlüftet,
und der Kolben oder Anschlag bewegt sich unter der Einwirkung der genannten Feder
zurück in den Zylinder, woraufhin sich der Hebel und damit die Welle ungehindert
über die genannte Zwischenstellung hinaus in Richtung der der maximalen Füllung
entsprechenden Stellung bewegen können.
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Der Zeitpunkt, zu dem der Zylinder entlüftet und damit der Hebel freigegeben
wird, wird von einem elektronischen oder pneumatischen Zeitrelais bestimmt, welches
jedoch nicht dazu imstande ist, Variationen desjenigen Zeitraumes zu berücksichtigen,
die die Maschine benötigt, um eine im voraus festgelegte Drehzahl zu erreichen.
Derartige Variationen können durch variierende Temperaturen der Bauteile der Maschine
und des schmieröls, durch die Friktion zwischen den beweglichen Teilen der Maschine
sowie durch die eventuelle Belastung verursacht werden, der die Maschine beim Anlassen
ausgesetzt ist.
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Eine zu frühzeitige Freigabe des Hebels führt zu einer unerwünscht
starken Beschleunigung und hohen Zünddrücken, durch die die verschiedenen Teile
der Maschine überlastet werden können, während eine zu späte Freigabe die optimale
Ausnutzung der Leistung der Maschine verhindert, d.h. es verhindert, dass die Maschine
so schnell wie möglich be-
lastet werden kann, was beispielsweise
dann von besonderer Wichtigkeit ist, wenn die Maschine zum Antrieb eines Notgenerators
Anwendung findet.
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Die Erfindung gibt einen Mechanismus an, der sich vom bekannten Mechanismus
durch ein in den Anschlag eingebautes Sperrelement unterscheidet, das bei Einwirkung
des schwenkbaren Hebels auf den Anschlag in dessen wirksamer Stellung den Anschlag
in dieser Stellung blockiert.
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Mit dem erfindungsgemässen Mechanismus erreicht man, dass der Anschlag,
und zwar auch dann, wenn er entlastet wird, z.B. wenn die Zuführ von Druckluft zum
Anlassen der Maschine aufhört, durch den Hebel festgehalten wird, solange der Regler
den Hebel in Richtung der der maximalen Füllung entsprechenden Stellung zu bewegen
sucht. Wenn grössere Füllung nicht mehr verlangt wird, d.h. genau in dem Augenblick,
in dem die Maschine ihre normale bzw. für das Anlassen normale Drehzahl erreicht
hat, dreht der Regler die Welle und damit den Hebel zurück in der einem kleineren
Füllungsgrad entsprechenden Richtung. Dadurch wird der Kontakt zwischen dem Hebel
und dem Anschlag und somit die Blockierung des Anschlages aufgehoben, und der Anschlag
wird unter der Einwirkung der Feder wieder in das Gehäuse zurückgezogen, wonach
der Hebel und die Reglerwelle ungehindert in Richtung maximalen Ausschlags bewegt
werden können, falls die Maschine so belastet wird, dass dies vom Regler verlangt
wird.
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Durch die Erfindung hat man mit Hilfe eines einfach ausgestalteten
und zuverlässig funktionierenden Mechanismus erreicht, die Beschleunigungsbegrenzung
genau in dem Augenblick aufzuheben, in dem sie nicht mehr erforderlich ist, d.h.
wenn die Maschine die gewünschte Drehzahl erreicht hat, und zwar unabhängig von
eventuellen Variationen des Zeitraumes, den die Maschine benötigt, um diese Drehzahl
zu erreichen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Mechanismus,
die besonders einfach ist, weil der Anschlag selbst das Sperrelement bildet, so
dass sich zusätzliche bewegliche Teile im Anschlag erübrigen, hat der Anschlag in
seiner wirksamen Stellung im Gehäuse Spielraum in seitlicher Richtung, und das Sperrelement
wird von einer schrägen Auflagefläche am Anschlag gebildet, die in der wirksamen
Stellung des Anschlages durch seitliche Verschiebung desselben unter der Einwirkung
des Hebels mit einer ihr gegenüberliegenden schrägen Auflagefläche am Gehäuse in
Eingriff gebracht wird.
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Damit auch während der seitlichen Verschiebung des Anschlages eine
sichere Führung des Anschlages im Gehäuse ermöglicht und ausserdem bei einem Gehäuse
in Form eines Druckluftzylinders Dichtigkeit zwischen dem Anschlag und dem Zylinder
gewährleistet wird, wenn sich der Anschlag in seiner seitlich verschobenen Stellung
befindet, kann der Anschlag an seinem vom schwenkbaren Hebel abgekehrten Ende einen
in einer zylindrischen Führung im Gehäuse des Anschlages geführten Flansch mit einer
sphärischen Peripheriefläche aufweisen.
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Falls der Flansch eine plane Unterseite besitzt, die, wenn sich der
Anschlag in der Stellung befindet, in welcher er maximal aus dem Gehäuse herausragt,
gegen eine Fläche im Gehäuse anliegt, die mit der Achse der Führung einen von 900
verschiedenen Winkel bildet, so nimmt der Anschlag in seiner wirksamen Stellung
bereits eine seitlich verschobene Lage ein, bevor der Hebel auf Ihn einwirkt, so
dass das durch den Hebel bewirkte Bewegen des Anschlages in die Sperrstellung erleichtert
wird.
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Der Anschlag kann an seinem dem beweglichen Hebel am nächsten liegenden
Ende einen zylindrischen Abschnitt haben, der in der unwirksamen Stellung des Anschlages
in einer zylindrischen Bohrung im Gehäuse geführt wird, und seine schräge Auf-
lagefläche
kann eine konische Fläche sein, die den Übergang in einen Abschnitt mit kleinerem
Durchmesser bildet. Diese konische Fläche und der zylindrische Abschnitt erleichtern
das Zurückziehen des Anschlages in das Gehäuse, nachdem er freigegeben worden ist,
und ermöglichen ferner eine einfache Herstellung des Anschlages durch Drehen.
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Um das Aufrichten und Zurückholen des Anschlages in seine unwirksame
Stellung im Gehäuse mit Hilfe der Feder noch zusätzlich zu erleichtern, kann die
konische Auf lagefläche des Anschlages durch eine zusätzliche konische Fläche mit
kleinem Scheitelwinkel in den zylindrischen Endabschnitt übergehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
für einen erfindungsgemässen Mechanismus und unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erklärt. Es zeigen die Fig. 1-4 jeweils einen axialen Längsschnitt durch einen
erfindungsgemässen Mechanismus, welche Längsschnitte in verschiedenen Stufen die
Funktion des Mechanismus veranschaulichen.
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Auf der Zeichnung ist im Querschnitt eine Reglerwelle 1 wiedergegeben,
die mit den Treibstoffpumpen eines nicht eingezeichneten Dieselmotors gekuppelt
und, überlicherweise durch ein federndes Gelenk, mit der Abtriebswelle des Drehzahlreglers
des Motors verbunden ist. An der Welle 1 ist ein Hebel 2 befestigt, der mit Hilfe
der Welle zwischen den Stellungen I und II hin- und hergeschwenkt werden kann, welche
Nullfüllung bzw. maximaler Füllung der Motorzylinder entsprechen.
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Eine Begrenzung der Beschleunigung des Motors beim Anlassen erfolgt
mit Hilfe eines Anschlages 3, der bei der dargestellten Ausführungsform von einem
Kolben in einem pneuma-
tischen Zylinder 4 gebildet wird. In den
Zylinderkopf 5 ist die Rohrkupplung 6 für ein Rohr 7 eingeschraubt, welches an das
Anlassluftsystem des Motors angeschlossen ist, so dass beim Einleiten von Anlassluft
in die Motor zylinder gleichzeitig Druckluft in den Zylinder 4 eingeleitet wird.
Dadurch wird der Kolben 3 nach unten gedrückt und stösst gegen den Hebel 2, der
entweder in einer Zwischenstellung III, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, angehalten
oder in die Zwischenstellung III zurückbewegt wird, falls sich der Hebel 2 vorher
bereits im Uhrzeigersinn über diese Stellung hinausbewegt hatte. Die Zwischenstellung
III ist so gewählt, dass zwar das Anspringen des Motors sichergestellt, aber eine
zu starke Beschleunigung verhindert wird.
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Unten im Zylinder 4 ist ein Futter 8 eingebaut, das eine schräge obere
Stirnfläche 9 aufweist, und da der Kolben 3 oberhalb seines unteren Abschnitts 11,
der im Zylinder 4 geführt wird, einen Abschnitt 10 mit kleinerem Durchmesser hat,
stellt sich der Kolben 3 in seiner unteren Endstellung oder wirksamen Stellung im
Zylinder schräg, wenn er gegen den Hebel 2 stösst, so wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
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An seinem oberen Ende hat der Kolben 3 einen Flansch 12 mit einer
sphärischen Peripheriefläche, der in dem als zylindrische Führung ausgebildeten
Hohlraum des Zylinders geführt wird und auf Grund seiner sphärischen Form gute Dichtigkeit
gegen das Austreten der Druckluft gewährleistet sowie die seitliche Verschiebung
des Kolbens in die genannte schräge Stellung ermöglicht.
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Am Übergang zwischen dem Abschnitt mit dem grösseren Durchmesser und
dem Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser hat der Kolben 3 eine relativ flache
konische Fläche 13, und die Unterseite des Zylinders 4 ist mit einer entsprechenden
konischen Auflagefläche 14 versehen. Wenn die Zufuhr von Anlassluft zu den Motorzylindern
und zum Zylinder 4 un-
terbrochen wird, wird der letztgenannte
Zylinder 4 gleichzeitig entlüftet, und eine Feder 15 sucht deshalb den Kolben 3
hochzuheben. Da der Kolben unten gegen den Hebel 2 anliegt, der auf Grund der Forderung
des Reglers nach grösserer Füllung versucht, sich im Uhrzeigersinn zu bewegen, so
wie es in Fig. 2 durch einen Pfeil gezeigt ist, wird die genannte konische Fläche
13 am Kolben gegen die konische Auflagefläche 14 des Zylinders gepresst, wodurch
der Hebel 2 den Kolben in der in Fig. 3 gezeigten Stellung sperrt und der Kolben
wiederum den Hebel daran hindert, sich aus der Zwischenstellung III weiter in die
Stellung II zu bewegen, die der maximalen Zylinderfüllung entspricht.
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In dem Augenblick, in dem der Motor die verlangte Drehzahl erreicht
hat, dreht der Regler die Welle 1 und damit den Hebel 2 rückwärts in Richtung einer
kleineren Füllung entsprechenden Stellung,so wie es in Fig. 4 durch einen Pfeil
angedeutet ist. Dadurch wird der Kontakt zwischen dem Hebel 2 und dem Kolben 3 aufgehoben,
so dass der Kolben unter der Einwirkung der Feder 15 in lotrechte Stellung aufgerichtet
und wieder in den Zylinder in die Ausgangsstellung nach Fig. 1 zurückgezogen wird.
Hierdurch werden der Hebel 2 und die Reglerwelle 1 freigegeben, die dann ihre Bewegung
ungehindert fortsetzen und den Motor auf seine maximale Drehzahl beschleunigen können,
falls dies vom Regler gefordert wird.
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Auf der Zeichnung ist eine Lage der Kolben/Zylinder-Einheit 3, 4 in
bezug auf den Hebel 2 wiedergegeben, in welcher der Hebel 2 in seiner Stellung III
mit der Achse des Kolbens 3 einen spitzen Winkel bildet (siehe insbesondere Fig.
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2 und 3), so dass der untere Abschnitt 11 des Kolbens zwecks Sperrens
des Anschlages 3 in derselben Richtung noch weiter seitlich verschoben wird, wie
bereits mit Hilfe der schrägen Fläche 9 eingeleitet worden ist. Ausserdem bilden
der Hebel 2 und derjenige Teil der konischen Fläche 14 des
Zylinders,
der mit der konischen Fläche 13 des Kolbens in Eingriff gebracht wird, miteinander
einen spitzen Winkel (der grösser als oder gleich Oo ist und dessen Scheitelpunkt
in Fig. 3 links von der Zylinderachse liegt), so dass der Hebel 2 nicht die konische
Fläche 13 des Anschlages oder Kolbens ausser Eingriff mit der konischen Fläche 14
des Gehüases und nach Entlastung des Kolbens denselben nach oben in das Gehäuse
zu drücken sucht.
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An Stelle eines pneumatischen Kolbens 3 kann der erfindungsgemässe
Mechanismus eine entsprechende Stange umfassen, die mit Hilfe eines Elektromagneten,
der gleichzeitig mit dem Einleiten von Anlassluft in die Motorzylinder oder der
Aktivierung eines elektrischen Anlassers aktiviert wird, in ihre wirksame Stellung
gebracht wird. Auch in diesem Fall sperren sich diese Stange under der Hebel 2,
wie erläutert, gegenseitig in der beschleunigungsbegrenzenden Stellung nach Fig.
3. Die Freigabe der Stange, wenn eine geringere Füllung gefordert wird, erfolgt
wieder so, wie bereits erläutert worden ist, aber in diesem Fall nach Abschalten
des Erregerstromes für den Elektromagneten.
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Damit das Aufrichten und Zurückziehen des Kolbens 3 in den Zylinder
4 nach seiner Entlastung noch zusätzlich erleichtert wird, geht im gezeigten Beispiel
die konische Auflagefläche 13 des Anschlages durch eine zusätzliche konische Fläche
16 mit kleinem Scheitelwinkel in den zylindrischen Endabschnitt 11 über.
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Das erwähnte erfindungsgemässe Sperrelement kann auch anders ausgestaltet
wein, als es hier beschrieben und veranschaulicht ist. Beispielsweise kann in den
unteren Abschnitt 11 des Kolbens 3 ein federbelasteter, schrägliegender Stift eingesetzt
sein, auf dessen eine Ende der Hebel 2 in seiner Stellung III einwirken kann, wodurch
der Stift unter bber-
windung der Federkraft seitlich aus den Abschnitt
11 herausgedrückt wird und sich sperrend gegen die Unterseite des Gehäuses 4 legt.
Bewegt sich der Hebel 2 dann wieder gegen den Uhrzeigersinn, wird der Stift freigegeben
und von der Feder wieder in den Kolben 3 hineingezogen, der dann von der Feder 15
in das Gehäuse 4 hochgezogen werden kann.
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Eine dritte Lösung kann darin bestehen, dass zentral im Kolben 3 eine
Spindel vorgesehen ist, die zwecks Sperrung des Kolbens in der wirksamen Stellung
Kugeln herausdrückt und diese in sperrenden Eingriff mit einer Ringnut im Gehäuse
4 bringt, wenn der Hebel 2 gegen das unten aus dem Kolben herausragende Spindelende
drückt. Wenn sich der Hebel wieder gegen den Uhrzeigersinn bewegt, werden die Spindel
und die Kugeln und damit auch der Kolben freigegeben.
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Schliesslich kann im Kolben 3 ein Ventil zum Entlüften des Zylinders
vorgesehen sein, welches Ventil vom Hebel 2 durch eine Spindel geschlossen gehalten
wird, sich aber öffnet, wenn sich der Hebel gegen den Uhrzeigersinn vom Kolben 3
wegbewegt. Bei dieser Ausführungsform muss der Kolben im Zylinder abgedichtet sein.
Die Luft kann durch ein Rückschlagventil eingeleitet werden, das eine Entlüftung
durch die Zufuhrleitung verhindert.
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In allen diesen letztgenannten drei Fällen, die zusätzliche bewegliche
Teile im Kolben erfordern, braucht der Kolben nicht so ausgestaltet sein,dass er
in seitliche Richtung in seine wirksame Stellung verschoben werden kann.