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"Doppelfunktionsverteiler"
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BESCHREIBUNG Druckluftanlasser für Kolbenmotoren Die Erfindung betrifft
einen Druckluftanlasser mit Steuerblock und Startluftverteiler zur Verteilung der
dem Steuerblock zugeführten Druckluft an die Zylinder eines Kolbenmotors in einer
vorbestimmten Reihenfolge.
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Viele Dieselmotoren werden über die Kolben gestartet, d. h. mit Anlasserventil,
Startluftverteiler und pro Zylinder ein Startventil. Die Luftanlassung über den
Kolben ergibt ein grosses Drehmoment und ein kräftiges Durchdrehen
des
Motors, was die Startfreudigkeit verbessert.
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Bei kleineren Motoren wird die Startluft direkt vom Verteiler in
der entsprechenden Kolbenstellung in den Zylinderraum eingeblasen. Bei grösseren
Motoren muss mit vorgesteuerten Ventilen gearbeitet werden, d. h. der Verteiler
bringt nur die Steuerluft zu den entsprechenden Ventilen. Diese Art der Luftanlassung
ist beispielsweise aus den schweizerischen Patentschriften 347.041 und 491.290 bekannt.
Die Druckluft wird über ein Absperrventil einem Startluftverteiler zugeführt und
über die mit einem Steuerschlitz versehene Steuerscheibe in Zündreihenfolge den
einzelnen Startventilen zugeleitet. Die bekannten Druckluftanlasser eignen sich
gut zum Starten der Motoren in einer Drehrichtung. Zum Ausüben zusätzlicher Funktionen,
wie Starten in die andere Drehrichtung oder Bremsen, sind sie weniger geeignet.
Dazu war es bis heute notwendig, besondere Vorkehrungen zu treffen. So erfolgte
beispielsweise die Umsteuerung durch Verdrehung der Verteilerwelle über Gewindebuchsen
und Hebel. Eine andere Umsteuerungsmöglichkeit besteht darin, die Nockenwelle zu
verdrehen oder zu verschieben. Schliesslich gibt es auch einzelne Sternventile,
die
direkt von der Nockenwelle betätigt werden und zum Umsteuern dienen. Die erwähnten
Umsteuerungssysteme sind teuer und aufwendig.
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Die Erfindung stellt sich daher zur Aufgabe, einen Druckluftanlasser
zu schaffen, der für verschiedene Funktionen eingesetzt werden kann, und der einfach
und betriebssicher aufgebaut ist. Erfindungsgemäss wird dies so erreicht, dass im
Steuerblock zwei synchron rotierende, getrennt voneinander ansteuerbare Verteilerscheiben
angeordnet sind, und dass die Abgangsleitungen von den Verteilerscheiben je paarweise
in doppelt wirkenden Rückschlagventilen zusammen geführt sind, von welchen Sammelleitungen
zu den Motorzylinder führen, das Ganze derart, dass jeweils nur die Abgangsleitungen
der angesteuerten Verteiler scheibe mit den tdotorzylindern in Verbindung stehen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Druckluftanlassers zeichnet
sich dadurch aus, dass jedes doppeltwirkende Rückschlagventil einen Schieberkolben
aufweist, der in einem Schieberraum frei hin- und herbeweglich gelagert ist, und
dass die beiden Abgangsleitungen des Abgangsleitungspaares an gegenüberliegenden
Seiten des Schieberraumes in diesen münden und alternativ vom Schieberkolben verschlossen
werden.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Mehrfunktionssteuerblock
eines Druckluftanlassers, Fig. 2 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles II auf
den Steuerblock gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III gemäss
Fig. 5 durch den Steuerblock, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV gemäss
Fig. 3 durch den Steuerblock, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V - V gemäss Fig.
3 durch den Steuerblock, wobei zur besseren Veranschaulichung der Abschlussdeckel
weggelassen ist, und die sekundärseitigen Luftleitungen gestrichelt eingezeichnet
sind, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI - VI gemäss Fig.
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5 durch den Steuerblock, Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles
VII gemäss Fig. 5 auf den Steuerblock, Fig. 8 schematisch eine Druckluf-tanlasser-Anordnung
mit direkter Startluftzuführung zum Starten eines 6-Zylinder-Motors, und Fig. 9
schematisch eine Druckluftanlasser-Anordnung mit indirekter Startluftzuführung zum
Starten eines 6-Zylinder-Motors.
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Der in den Figuren 1 bis 7. dargestellte Mehrfunktionssteuerblock
1 eines Druckluftanlassers weist zwei Ventilkörper 2 bzw. 3 auf, zwischen denen
ein Verteilerkörper 4 und ein Antriebskörper 5 angeordnet sind. Im Verteilerkörper
4 sind zwei Verteilerwellen 6 gelagert, auf denen zwei Verteilerscheiben 7 sitzen.
Die Verteilerscheiben 7 sind je mit einem Steuerloch oder Steuerschlitz 8 versehen
und weisen Ausnehmungen 9 zur Entlüftung der Startventilkolben auf. Jede Verteilerscheibe
7 ist mittels einer Sechskantmutter 10 auf dem konischen Endabschnitt 11 ihrer Verteilerwelle
6
aufgepresst, wobei zwischen der Verteilerscheibe 7 und der Mutter 10 ein Distanzring
12 und ein Sicherungsblech 13 vorgesehen ist.
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Die Verteilerscheiben 7 sind durch zwei Anschlussdeckel 14 abgedeckt,
die mittels Schrauben 15 auf dem Verteilerkörper 4 gegen Druckdichtungen 16 gepresst
sind. In den Deckeln 14 sind die Einlassöffnungen 17 für die vom Druckluftbehälter
zugeführte Startluft angeordnet. Die Verteilerscheiben 7 liegen auf Spiegelscheiben
18 auf, die ihrerseits auf dem Verteilerkörper 4 befestigt sind.
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Eine der beiden im Innern des Verteiler- und des Antriebskörpers
4 bzw. 5 in Buchsen 20 gelagerten Antriebswellen 19, 24 ist beidseitig mit Schlitzen
21 versehen. Die Gleitflächen dieser Lagerbuchsen 20, ebenso wie die Gleitflächen
der Verteilerscheiben 7, sind mit selbstschmierendem Material beschichtet, so dass
eine besondere Schmierung des Verteilers entfällt.
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Der Anbau des Steuerblockes 1 an den Dieselmotor erfolgt normalerweise
am Ende der Nockenwelle. Das Ende
der Nockenwelle dringt in nicht
näher dargestellter Weise in das Führungsrohr 22 des Steuerblockes 1 ein und greift
mit einem Vorsprung 23 in den einen der Schlitze 21 der Antriebswelle 19 ein. Ein
am Ende der Verteilerwelle 6 vorhandener Vorsprung 23 greift in den anderen Schlitz
21 der Antriebswelle 19 ein, so dass die Nockenwelle über die Antriebswelle 19 drehfest
mit der Verteilerwelle 6 verbunden ist.
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Die zweite Antriebswelle 24 ist nur einseitig geschlitzt und nicht
direkt mit der Nockenwelle verbunden. Sie wird über den Zahnriemen 25 von der ersten
Antriebswelle 19 aus angetrieben. Dazu sitzen auf beiden Antriebswellen 19, 24 zwei
Zahnscheiben 26, die mittels der Gewindestifte 27 und der Federkeile 28 auf den
Wellen befestigt sind. Die Zahnscheiben 26 und der Zahnriemen 25 sind in einer Ausnehmung
29 im Antriebskörper 5 untergebracht.
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Der Zahnriemen 25 verbindet die beiden Antriebswellen 19, 24 schlupflos
miteinander, so dass die beiden Verteilerscheiben synchron miteinander rotieren
können.
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In jeder Verteilerkörperhälfte und in den Spiegelscheiben
18
ist eine Anzahl achsparalleler Startluftbohrungen 30 angeordnet, entsprechend der
Anzahl der maximal mit Druckluft zu versehenen Motorzylinder (z. B. sechs oder acht).
Je zwei einander zugeordnete Startluftbohrungen 30 der beiden Verteileranordnungen
sind über Querbohrungen 31 und Längsbohrungen 32 mit einer Auslassbohrung 36 verbunden.
Die zwei Längsbohrungen 32 münden an zwei einander gegenüberliegenden Seiten in
einen Schieberraum 33, in welchem ein Schieber 34 frei hin- und herbeweglich angeordnet
ist. Die den Bohrungsöffnungen entsprechenden Enden des Schiebers 34 sind mit einer
Dichtung 35 versehen. Je nach der gewählten Funktion des Startluftanlassers wird
die eine oder die andere Bohrungsöffnung freigegeben, so dass die entsprechende
Startluftbohrung 30 mit der ebenfalls in den Schieberraum 33 mündenden, gemeinsamen
Auslassbohrung 36 verbunden wird.
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Der Schieber hat somit die Funktion eines doppelt wirkenden Rückschlagventils.
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Wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, weist jede Verteilerblockhälfte
acht Startluftbohrungen 30 auf, denen acht Querbohrungen 31 und acht Längsbohrungen
32 entsprechen. Die Bohrtiefen der Startluftbohrungen 30
sind unterschiedlich,
so dass die Querbohrungen und Längsbohrungen in verschiedene Ebenen zu liegen kommen.
Die Startluftbohrungen 30, die Querbohrungen 31 und die Längsbohrungen 32 ergeben
zusammen die Startluftleitungen, welche in den Figuren 8 und 9 mit 43 bis 54 bezeichnet
sind.
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Auf beiden Seiten des Steuerblockes 1 befinden sich die je vier Schieberräume
33 mit den Schieberkolben (34). Von den total acht Schieberräumen führen die Sammelleitungen
aus den Auslassbohrungen 36 zu den Motorzylindern.
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In den Figuren 8 und 9 ist schematisch eine Mehrfunktions-Druckluftanlasser-Anordnung
zum Starten eines 6-Zylinder-Dieselmotors dargestellt. Von den acht möglichen Startluftleitungen
des Steuerblockes gemäss den Figuren 3 bis 7 werden nur sechs benutzt und zwei bleiben
verschlossen.
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Die Druckluftanlasser-Anordnung weist zwei separate Anlasserventile
37, 38 auf, die über die Leitungen 40 mit dem Startluftbehälter 39 verbunden sind.
Für die Funktion "rotor Start vorwärts" wird das entsprechende Anlasserventil 37
geöffnet, so dass die Startluft zur Verteilerscheibe 7a für den Vorwärtsstart des
Motors geführt wird. Die Verteilerscheibe
7a mit dem Steuerloch
oder -schlitz 8 dreht mit halber Motordrehzahl (beim 4-Takt-Motor) oder mit voller
Motordrehzahl (beim 2-Takt-Motor) auf dem Spiegel 18 und überstreicht nacheinander
die Oeffnungen der Startluftbohrungen 30. Das Einströmen der Startluft in die Zylinder
41 erfolgt in der Zündreihenfolge jeweils im oberen Totpunkt, beim Beginn des Arbeitstaktes.
Die Länge der Startluftzufuhr wird durch die Länge des Steuerlochschlitzes 8 begrenzt.
Vorgesteuerte Ventile werden durch die Entlüftungsbohrungen 42 und die Entlüftungsausnehmungen
9 in den Verteilerscheiben entlastet. Die Steuerleitungen werden dabei über den
Verteiler und die Aussparung 29 in demjenigen Teil des Motors entlüftet, an welchem
der Steuerblock angeflanscht ist. Eine direkte Entlüftung des Raumes 29 ist ebenfalls
möglich.
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Die sechs Startluftleitungen des Verteilers 7a sind mit 43 bis 48
bezeichnet. Die Startluft drückt die Schieber 34 der Rückschlagventile auf die Oeffnungen
der Startluftleitungen 49 bis 54 der nicht in Betrieb stehenden Verteilerscheibe
7b, so dass die Leitungen 43 bis 48 über die Schieberräume 33 mit den Sammelleitungen
43, 49; 45, 50; 44, 51; 46, 52; 47, 53; und 48, 54 verbunden werden.
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Beim indirekten Starten setzt die Verteilerscheibe 7a nacheinander
die Betätigungskölbchen 55 der Startventile 56 unter Druck. Die Startventile 56
sind an den Zylinderköpfen 41 ein- oder angebaut und lassen die Startluft aus der
Hauptleitung 57 in der Zündreihenfolge und während der vorgeschriebenen Zeit in
diejenigen Zylinder strömen, deren Kolben sich im Arbeitshub befinden. Damit wird
ein kräftiges Drehen und schnelles Zünden des Motors erreicht. Zum Steuern der Startventile
und zum Anlassen wird der gleiche 2 Druck verwendet, der normalerweise auf 40 kp/cm
beschränkt ist.
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Bei der direkten Startluftzuführung (Fig. 8) wird die Startluft aus
dem Verteiler direkt in die Motorzylinder geführt und für das Anlassen des Motors
verwendet.
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Soll nun der Motor rückwärtsangelassen werden, so wird das Anlasserventil
37 geschlossen und das andere Ventil 38 geöffnet. Die Startluft strönt nun über
die Verteilerscheibe 7b und die Startluftleitungen 49 bis 54 zu den Sammelleitungen
und von da zu den Motorzylindern.
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Der vorbeschriebene Mehrfunktionsdruckluftanlasser weist verschiedene
Vorteile auf: - Die Startventile können durch die gleichen Steuerleitungen für verschiedene
Funktionen eingesetzt werden, z. B. zum Starten in beide Drehrichtungen, zum Bremsen
und Starten, etc.).
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- Der Verteiler kann eingesetzt werden für zwei verschiedene Steuervorgänge
in gleicher oder umgekehrter Motordrehrichtung.
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- Der Mehrfunktionsdruckluftanlasser ist einsetzbar sowohl für direkt
wie auch indirekt gesteuerte Startluftzuführung, - Die Steuerzeiten und Steuerwinkel
können unabhängig voneinander eingestellt werden, ohne Verstellen der Motornockenwelle.
Nach Wegnahme des Abschlussdeckels sind die Verteilerscheiben von aussen gut zugänglich.
Die Einstellung erfolgt mit Hilfe einer Markierung am Schwungrad, wobei der Kolben
vom Zylinder 1 genau in den oberen Totpunkt, bei Beginn des Arbeitstaktes, gestellt
wird.
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Nach dem Lösen der Mutter 10 wird die Verteilerscheibe 7 auf dem Wellenkonus
in Drehrichtung solange gedreht, bis der Scheibenschlitz 8 die entsprechende Bohrung
30 im Spiegel 18 ganz leicht anschneidet. Dabei ist die Spiegelbohrung des vorangegangenen
Zylinders ungefähr gleich weit geöffnet. Bei Motoren mit acht oder mehr Anlasserzylindern
kann infolge der guten Ueberdeckung der Startluftzufuhr von Zylinder zu Zylinder
das Einströmen bereits 4 bis 6 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt erfolgen.
Diese Früheinstellung verbessert im allgemeinen die Anlassdrehzahl.
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- Der Druckluftanlasser weist wenig bewegte Einzelteile auf und ist
kostengünstig herstellbar und sehr servicefreundlich. Da er selbstschmierend ist,
und ein Trockenlauf möglich ist, ist er weitgehend wartungsfrei.
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Zweckmässigerweise könnten auch zwei Anlasserventile zum wahlweisen
Verbinden der Druckluftleitungen eines Druckluftbehälters mit der einen oder der
anderen Verteilerscheibe vorgesehen sein.