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Steuerung für Kraftmaschinen, insbesondere Großverbrennungsmaschinen.
In dem Patent 370:11Z ist erwähnt worden, daß die bekannte hydraulische Ventilantriebsv
orrichtung, bei welcher ein aktiver und ein passiver Steuerkolben zusammenwirken,
den Vorteil besitzt, daß die jeweiligen Venti'.erhebungen der Zeit und Größe nach
genau den gestellten Bedingungen entsprechen und daß die praktische Verwendung dieses
Mittels bei gewissen Maschinen, insbesondere bei Großgasmaschinen u. dgl., bisher
nur daran gescheitert ist, daß die zu übertragenden Kräfte zu groß werden. Erfindungsgemäß
kann man jedoch dieses Hilfsmittel vorteilhaft anwenden in Verbindung mit dem Steuerungsantrieb
nach dem erwähnten Patent, indem man an Stelle des Steuerungsgestänges, welches
die Übertragung der Bewegung von dem Nocken auf der Steuerwelle zu dem Steuerschieber
bewerkstelligt, das bekannte hydraulische Übertragungsmittel mit aktivem und passivem
Steuerkolben anwendet. Hierbei ergibt sich der große Vorteil, daß die bei Großkolbenmaschinen
sehr schweren Gestänge und ihre Antriebsvorrichtungen fortfallen, so daß an Kosten,
Maschinengewicht und auch an Platz gespart wird.
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Ganz besondere Vorteile ergeben sich dabei insofern, als jetzt die
zur Betätigung der aktiven Steuerkolben dienenden Nocken sämtlicher Steuerungsorgane
auch bei der großen Maschine in an sich bekannter Weise auf einer kurzen Steuerwelle
in unmittelbarer Nähe der Hauptmaschinenwelle vereinigt werden, von der auch gleichzeitig
die Druckpumpe für die Beschaffung des Drucköles o. dgl. zum Antrieb der Ventile
selbst angetrieben werden kann. Wenn man außerdem sämtliche übrigen Vorrichtungen
zum Antrieb der Maschine, z. B. die Anlaßvorrichtungen, die Vorrichtungen für die
Zündung usw., auf der erwähnten kurzen Steuerwelle vereinigt, so könnten an der
eigentlichen Maschine alle bisher üblichen Gestänge, Wellen, Lockenscheiben usw.
fortfallen, so daß sich der Aufbau der Maschine ganz außerordentlich vereinfacht.
Auf den Zylindern sitzen dann an den Ventilgehäusen nur die Steuerschieber und die
zum Bedienen der Ventile nötigen hydraulischen Kolben, während in der Nähe der Hauptmaschinenwelle
alle sonst über die ganze Maschine verstreuten Antriebsvorrichtungen vereinigt sind.
Man kann auf diese Weise die Bedienung und Überwachung der gesamten Großkolbenkraftmaschine
von einem Punkt aus bewerkstelligen, was im Interesse einwandfreier und sicherer
Betriebsführung äußerst vorteilhaft und schätzenswert ist. Auch" wird durch die
beschriebene Anordnung die :Möglichkeit geschaffen, die großen Rohrleitungen (Gas-,
Luft-, Spülluft- und Auspuffleitung, die bisher stets entweder ganz oder doch größtenteils
nach der dem Steuerungsantrieb gegenüberliegenden Seite verlegt werden mußten, an
einer beliebigen Stelle der Maschine unterzubringen, wodurch sich häufig wesentliche
Vorteile bezüglich der Anordnung und Unterbringung der Maschinen im Raum sowie bezüglich
Anordnung und Festigkeit der Fundamente (infolge Fortfallens von Aussparungen usw.)
ergeben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Abb. i einen Schnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen
Steuervorrichtungen bei geschlossenen Ventilen; Abb. Z in größerem Maßstab einen
Schnitt nach Linie a-b der Abb. i ; Abb. 3 den gleichen Schnitt wie Abb. i, jedoch
gleichfalls in größerem Maßstab und bei geöffnetem, in Zwischenstellung befindlichem
Ventil. Die Abb. 4. und 5 zeigen die Gesamtanordnung der S teuervorrichtung auf
der Steuerwelle bzw. an der Maschine. Gemäß Abb. i und 3 ist das obere Ende der
Spindel b des Einlaßventils a mit einem im Kraftzylinder d ge-
führten Hohlkolben
c fest verbunden, der mit gegen die Innenwände des Kraftzylinders d anliegenden
Ringen vl, v2 versehen ist, so daß sich zwischen dieser- Wand und dem Kolben c ein
durch die Ringe vl, v2 unterteilter Ringraum w befindet. Dieser Ringraum erstreckt
sich jedoch nicht auf die ganze Umfläche des Kolbens c, sondern er ist gegen den
Einlaßkanal f für das zur Bewegung des Kolbens c dienende Drucköl durch Rippen x
(Abb. Z ) abgeschlossen. Diesem Einlaßkanal f gegenüber befindet sich demnach
eine besondere Kammery, von der eine Durchbrechung z der Wand des Kolbens c in das
Innere des letzteren führt. Auf der dem Oleinlaß gegenüberliegenden Seite des Kolbens
c steht die zwischen den Ringen vl, v2 liegende Abteilung des Ringraumes w einerseits
mit dem Olauslaß i, anderseits über die Bohrung 14 der Wand des Kolbens c mit dessen
Innenraum in Verbindung. Ferner führen zwei Bohrungen g, 1a vom Innern des Kolbens
c zu den oberhalb bzw. unterhalb
der Ringe v1, V2 liegenden Abteilungen
wl, 7e,= des Ringraumes w. Im Innern des Kolbens c ist mittels der Ringflansche
=5, 16, welche in der Schließstellung des Ventils ca die Bohrungen g, h überdecken,
der Steuerschieber e in der Weise geführt, daß auch zwischen ihm und der
Innenwand des Kolbens c ein Ringraum 17 entsteht, der sich jedoch gleichfalls nicht
über den ganzen Umfang des Schiebers e erstreckt, sondern durch Rippen 18 (Abb.
2) ähnlich wie der Raum w gegen die dem Öleinlaß f gegenüberliegende Bohrung z des
Kolbens c abgeschlossen ist. Auf der Seite des Öleinlasses bilden also die Rippen
18 ebenfalls eine besondere Kammer z9, während im übrigen der Ringratun 17 mit der
dem ÜIauslaß i gegenüberliegenden Bohrung 1a und daher mit dem Ringraum
w bzw. dem Abflußkanal i in Verbindung steht. Auf der dem Oleinlaß
entsprechenden Seite ist die Schieberwandung mit einer Durchbrechung 2o versehen,
so daß das Drucköl durch f, y, z, zg, 2o in das Innere des Schiebers e und des Kolbens
c eintreten kann. Der Steuerschieber e ist mit dem passiven Druckkolben r mittels
der Kolbenstange az verbunden und der Zylinder des passiven Steuerorgans r steht
über die Rohrleitung s mit dem Zylinder des aktiven Steuerkolbens t in Verbindung.
Die Anordnung des Steuerschiebers e und der zugehörigen Bohrungen g, h des Kolbens
c ist so getroffen, daß der Hub dieses Kolbens c und somit des Ventils ra genau
dem Hub des Schiebers e bzw. des passiven St,-uerkoll,ens r entspricht, wobei der
Kolben c die sogenannte Nachführung bildet, wie nachstehend noch näher ersichtlich
sein wird. Auch der Hub des von dem Nocken der Steuerwelle betätigten aktiven Steuerkolbens
t wird genau auf den passiven Kolben y und somit auf das Ventil aa übertragen, was,
wie bereits im Hauptpatent angegeben, unbedingte Voraussetzung für eine einwandfreie
Wirkung der Steuerung ist.
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Die Wirkungsweise ist folgende Wenn durch den Nocken aa der aktive
Kolben t in seinen Zylinder eingedrückt wird, so wird infolge der Inkompressibilität
der Flüssigkeit der passive Kolben r eine Bewegung ausführen, welche genau dem jeweils
vom aktiven Kolben t verdrängten Flüssigkeitsvolumen entspricht. Diese Bewegung
des passiven Kolbens r wird mittels der Kolbenstange 2z auf den Steuerschieber e
übertragen, welcher sich im Kolben c abwärts bewegt. Das Innere des Kolbens c und
des Steuerschiebers e steht, wie bereits erwähnt, über f, y, z, z9, 2o ständig unter
dem Druck der zugeführten Flüssigkeit, während die Räume 17, w durch die Öffnung
1q. unter sich und äußerdem mit der Abflußleitung i in Verbindung stehen, wie insbesondere
auch aus Abb. 2 ersichtlich ist. Bei dem in Abb. r gezeigten Zustande bedecken die
steuernden Kanten 22 der Ringflansche 15, 16 des Steuerschiebers e gerade die Öffnungen
g und lt, welche die Verbindung zwischen den Räumen w1 und w2 einerseits und dem
Raum 23 im Innern des Kolbens c oder den Ringräumen 17 und w anderseits herstellen
könnten. Diese Öffnungen g und h erstrecken sich nicht auf den ganzen Umfang des
Kraftkolbens, sondern nur auf die Länge der Ringräume 17 und w (in Abb. 2
angegeben). Solange der Steuerschieber e seine Lage nicht ändert, muß auch der Kraftkolben
c in seiner Stellung bleiben, da die in den Räumen wi und w2 eingeschlossene Flüssigkeit
nicht entweichen kann. Der im Raum 23 vorhandene Flüssigkeitsdruck wirkt anderseits
auf die Kolbenstange 2r und hat das Bestreben, dieselbe stets nach oben zu drücken.
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Wenn nun durch den aktiven Kolben t der passive Kolben y nach unten
gedrückt wird, so geht der Steuerschieber e mit und nimmt unter anderem die in Abb.
3 gezeichnete Lage ein. In dieser Lage überdecken die steuernden Kanten des Schiebers
e nicht mehr die Öffnungen g und lt des Kraftkolbens c, sondern sie gestatten
der Druckflüssigkeit, durch g in den Raum wt einzutreten und dort auf die Ringfläche
24 des Kraftkolbens c zu drücken, so daß dieser dem Schieber e nachfolgend (Nachführung)
sich nach unten bewegt. Gleichzeitig ist durch den Kanal h der Raum te)2 über den
Raum 17 die Wanddurchbrechung 1q. und den Raum w mit der Abflußleitung i in Verbindung
getreten, so daß die im Raum w2 befindliche Flüssigkeit austreten kann. Der Kraftkolben
wird daher durch diese Flüssigkeit in der Abwärtsbewegung nicht mehr gehindert und
bei der Abwärtsbewegung desselben wird das mit ihm durch die Spindel b verbundene
Ventil ca entsprechend geöffnet. Die Abwärtsbewegung des Kraftkolbens c dauert so
lange, bis die Öff-' nungen g und h durch die steuernden Kanten 22 des Steuerschiebers
e wieder überdeckt werden. Die Bewegungen des Schiebers e und des Kolbens c erfolgen
natürlich nicht absatzweise, sondern stetig, und da der freie Umfang der Öffnungen
g und h gegenüber den Kolbenflächen 24,25 sehr groß ist, wird der Kraftkolben immer
nur um ganz kleine Beträge hinter dem Steuerschieber e zurückbleiben. Da ferner
die Gesetzmäßigkeit, nach der dieses geringe Zurückbleiben erfolgt, bei allen gleichartigen
Ventilen ein und derselben Maschine genau die gleiche ist, so werden auch alle Ventile
völlig gleichmäßig arbeiten, so daß sich die Ventiierhebungskurve genau festlegen
läßt.
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Für den Rückgang des Ventils ca geht zunächst der passive Kolben r
und damit der Steuerschieber e unter dem Einfluß des aktiven Kolbens und des auf
der Kolbenstange 2Z wirkenden
Flüssigkeitsdruckes wieder nach oben.
Es steht in diesem Falle der Raum w2 und damit die untere Ringkolbenfläche 25 unter
Druck, während der Raum w1 mit der Abflußleitung i in Verbindung kommt.
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Während der Zeit, in welcher das Ventil a geschlossen gehalten werden
soll, wird der Steuerschieber e durch den passiven Kolben r zum Kraftkolben c in
einer grundsätzlich ähnlichen Stellung gehalten, wie sie sich beim Rückgang des
Steuerschiebers in die Schließstellung des Ventils ergibt, mit dem Unterschied aber,
daß die Öffnung la noch wenig offenbleibt, der Schieber also etwas höher steigt
als in Abb. i gezeigt ist, so daß der Raum w2 und damit die untere Ringkolbenfläche
25 dauernd unter dem Einfluß der Druckflüssigkeit steht. Das Ventil wird dann mit
großer Kraft geschlossen gehalten. Auf diese Weise erübrigt sich auch die Anwendung
von Federn, die durchAbbrechen bei den bisherigen Ventilsteuerungen häufig den Anlaß
zu Betriebsstörungen geben.
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Im übrigen ergeben sich die Vorgänge des Gas- und Mischlufteinlasses
usw. aus der Zeichnung, gemäß welcher auf der Spindel b des Einlaßventils in bekannter
Weise der Schieber k für die Steuerung des Gaszutritts bei in und des Mischluftzutritts
bei L untergebracht ist. Die Betätigung des Spülluftschiebers n, der den Zutritt
der Spül- und Aufladeluft o regelt, erfolgt im vorliegenden Falle durch hydraulische
Übertragung, wofür die beiden Druckölleitungen p und q vorgesehen sind.
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In Abb.4 ist gezeigt, wie für alle Ventile, Schieber und sonstigen
Steuerungsorgane einer großen Maschine die hydraulische Steuerung an einer Stelle
vorteilhaft vereinigt werden kann. Auf der Welle i, die unmittelbar mit der Hauptmaschinenwelle
gekuppelt ist, sitzt eine Ölpumpe, die ihr 01 aus dem Behälter 2 durch die
Leitung 3 ansaugt und durch die Leitung 4 unter Druck zu den Verbrauchsstellen fördert.
Eine solche Stelle ist z. B. der in Abb. i mit c bezeichnete Kolben, dem das Drucköl
bei f zugeleitet wird, während es bei i in dem in Abb.4 mit 2 bezeichneten Behälter
zurückläuft. Es werden in ähnlicher Weise sämtliche Einlaßventile von der einen
Ölpumpe aus versorgt.
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Durch ein Zahnradübersetzungsgetriebe wird von der Hauptwelle i aus
weiterhin die Steuerwelle 5 angetrieben, auf der zunächst der Regler 6 sitzt. Weiterhin
sind auf der Steuerwelle die Nocken für die Einlaßsteuerungen 7 und 8 angebracht
und der Nocken 9 für die Auslaßsteuerung. Selbstverständlich entspricht die wirklich
vorhandene Zahl der aktiven Kolben dem bei jeder Maschine vorliegenden Bedürfnis;
im vorliegenden sind nur zwei Einlaßnocken bzw. -kolben und ein Auslaßnocken bzw.
-kolben dargestellt. Die Nocken arbeiten zusammen mit aktiven Steuerkolben io, ii
und 12, die in der Weise, wie in Abb. i dargestellt, mit Steuerschieber und Oldruckkolben
zusammenarbeiten. Die erforderliche Regelung der Einlaßventilhübe wird im vorliegenden
Falle dadurch erreicht, daß die Einlaßnocken 7 und 8 vom Regler 6 aus mit Hilfe
einer die Steuerwelle 5 umschließenden Hülse 13 verschoben werden können,
so daß je nach Bedarf größere oder kleinere Hübe usw. eingestellt werden können.
In ähnlicher Weise wie die Betätigung der Auslaßsteuerung von dem Nokken 9 und dem
aktiven Steuerkolben 12 können auch die Anlaßvorrichtungen usw. angetrieben werden;
auch kann auf der Steuerwelle 5 die elektrische Stromverteilungsvorrichtung für
die Zündbüchsen untergebracht werden.
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Die Anordnung der in Abb. 4 gezeigten zusammengefaßten Steuerung bei
einer Großgasmaschine ist in Abb. $ gezeigt, wo das die Steuerungsteile und die
Ölpumpe umschließende Gehäuse kräftig ausgezogen ist, während die übrige Maschine
mit leichteren Linien angedeutet wurde. Die zu den einzelnen Steuerorganen führenden
Ölleitungen werden dem Maschinengestell möglichst angepaßt, so daß sie nach außen
hin kaum hervortreten. Die ganze Maschine gewinnt dadurch ein einfaches Aussehen,
und es werden die bereits eingangs erwähnten weiteren Vorteile erzielt.