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Schubkurvensteuerung Es ist bereits bekannt, die Steuerventile von
Kolbenkraftmaschinen mittels eines quer zur Ventilspindelachse schwingend bewegten
Schubkurvenhebels zu steuern, dessen eine Flanke auf einer im Ventilbock gelagerten
Rolle gleitet, während die andere Flanke eine mit der Ventilspindel unmittelbar
oder mittelbar in Verbindung stehende Rolle bewegt. Es ist auch bekannt, die letztere
Flanke (Hubflanke) als Ebene auszuführen und nur an der mit der fest gelagerten
Rolle zusammenarbeitenden Flanke des Schwinghebels eine Schubkurve anzuordnen sowie
diesem Schubkurvenhebel eine (während des Ventilhubes) ungefähr senkrecht zur Ventilspindel
gerichtete Bewegung zu erteilen. In diesem Falle ist die Spindelführung entlastet,
was besonders bei schnellaufenden Maschinen vorteilhaft ist, um einen allzu raschen
Verschleiß des Führungskopfes der Ventilspindel zu vermeiden, da anderenfalls schon
nach kurzer Betriebszeit ein Klemmen oder Ausreiben der Spindeldichtung eintritt.
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Bei den bisher bekannten Ausbildungen solcher Steuerungen befindet
sich die feste Rolle einerseits neben dem Führungskopf der Ventilspindel und das
Triebgelenk des Schubkurvenhebels auf der anderen Seite der Ventilspindel. Infolgedessen
wird der durch die mit der festen Rolle zusammenwirkende Schubkurve erzeugte Hub
auf die Ventilspindel verkleinert übertragen, was zur Anwendung sehr steiler Schubkurven
zwingt. Solche schlagen aber bei hoher Drehzahl, außerdem ist auch der große Trägheitswiderstand
des Schwinghebels nachteilig, welcher dadurch bedingt ist, daß die Schubkurve und
der durch die Hubkräfte am stärksten beanspruchte und auszuführende Teil des Hebels
sich am freien Ende desselben befindet und somit einen großen Trägheitsradius in
bezug auf das Triebgelenk ergibt. Umruhig laufende flachere Schubkurven anzuwenden,
wird die Bewegungsrichtung des Schwinghebels in einem stumpfen Winkel zur Ventilbewegung
angeordnet oder noch eine zweite, mit der bewegten Rolle zusammenwirkende Schubkurve
am Schwinghebel ausgebildet. In beiden Fällen muß dann zur Entlastung des Ventilspindelkopfes
ein Zwischenhebel o. dgl. angewendet werden, dessen Massenwiderstand der Anwendung
höherer Drehzahlen hinderlich ist und welcher die Steuerung verteuert und kompliziert.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung der eingangs erwähnten
Art, welche aber auch für hohe Drehzahlen geeignet ist und die obenerwähnten Nachteile
vermeidet. Dies wird dadurch erreicht, daß die fest gelagerte Rolle zwischen der
Ventilspindel und dem Triebgelenk des Schwinghebels - im Grenzfalle in der Spindelachse
- angeordnet ist.
Dementsprechend liegt die Schubkurve und der durch
die Hubkräfte beanspruchte Teil des Schwinghebels in der Nähe des Triebgelenkes,
der Schubkurvenhebel wird leicht und hat dabei auch einen kleinen Trägheitsradius.
Der Hub der Schubkurve wird vergrößert oder mindestens in gleicher Größe auf die
Ventilspindel übertragen, so daß sich flache, für hohe Drehzahlen geeignete Schubkurven
ergeben. Infolgedessen kann auf die Anordnung einer zweiten Schubkurve an der Hubflanke
des Schwinghebels oder die Anwendung eines stumpfen Bewegungswinkels verzichtet
werden und der Schwinghebel mit ebener Hubflanke sowie zurVentilspindel etwa senkrechten
Bewegungsrichtung ausgeführt werden; die Spindelführung ist dann, wie schon erwähnt,
ohne Vermehrung der bewegten Teile entlastet.
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Diese Steuerung ist infolge ihrer geringen Massenwiderstände und flachen
Schubkurve für hohe Drehzahlen besonders geeignet und übertrifft in bezug auf Einfachheit
und billige Herstellung alle andern bekannten Steuerungen mit entlasteter Ventilspindelführung.
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Abb. i zeigt die beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes
bei einzeln angetriebenen, nach außen öffnenden Ventilen. Die Ventilhaube ist mit
i, die Ventilspindel mit 2 und der geführte Spindelkopf mit 3 bezeichnet. Die Ventilfeder
ist durch q. angedeutet. Der um seinen Triebzapfen 5 drehbare Schubkurvenhebel 6
ist in der Anhubstellung gezeichnet, wobei seine Bewegungsrichtung zur Spindelachse
senkrecht ist. In dieser Stellung liegt seine untere Flanke mit dem Anfangspunkt
der Schubkurve 7 an der im Ventilbock i gelagerten (festen) Rolle 8, während seine
obere (ebene) Flanke die im Spindelkopf 3 gelagerte (bewegte) Rolle 9 berührt. Der
Triebzapfen 5 wird über einen in der Ventilhaube i drehbar gelagerten Winkelhebel
io von der Exzenterstange ii bewegt. Bei der Weiterbewegung der Exzenterstange in
Pfeilrichtung wird das in der gezeichneten Stellung noch geschlossene (nicht dargestellte)
Ventil geöffnet und erst auf dem Rückweg bei Erreichung derselben Stellung wieder
geschlossen. Die feste Rolle 8 ist zwischen der Spindelachse und dem Triebzapfen
5 angeordnet, so daß der durch die Schubkurve 7 erzeugte Ausschlag auf die Ventilspindel
vergrößert übertragen wird, was die Anwendung einer besonders flachen Schubkurve
ermöglicht.
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Das über die Spindelachse hinausragende Ende des Schwinghebels 6,
welches nur zur Führung dient und keine Kräfte zu übertragen hat, kann ganz leicht
und schmäler als der mit den Rollen zusammenwirkende Teil des Schwinghebels ausgeführt
werden. -
Die Erfindung sieht bei doppelt wirkenden Kolbenmaschinen auch eine
- besonders bei hoher Drehzahl erwünschte - Vereinfachung des Antriebs der Steuerung
vor, indem die Schubkurvenhebel beider Zylinderseiten von einem gemeinsamen Schwinghebel
angetrieben werden. Bei Maschinen, deren Zylinder im Betrieb erhebliche Wärmedehnungen
aufweisen (z. B. Heißdampfmaschinen), hat diese Anordnung, insbesondere wenn die
feste Rolle in der Ventilspindelachse angeordnet wird, den Vorteil gegenüber anderen
Steuerungen, daß eine Verschiebung der Ventilgehäuse auf die Ruhe des Ganges und
präzise Wirkungsweise der Steuerung einflußlos ist.
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In Abb. 2 ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise bei Anwendung
einer gemeinsamen Schwingwelle für beide Zylinderseiten dargestellt. 12 sei der
Zylinder einer stehenden Heißdampfmaschine. 13 und 13' die Ventilgehäuse der beiden
Zylinderseiten. Die nicht gezeichneten Ventile sind in diesem Beispiel nach innen
öffnend angenommen und als Schlußkraft dient statt einer Feder der Dampfdruck auf
die Ventilspindel. Die in den Ventilhauben 14,14' gelagerten Rollen 15, 15'
und die in den Spindelköpfen 16, 16' gelagerten Rollen 17, 17' liegen hier in einer
Linie mit den Ventilspindelachsen. Die Schubkurvenhebel 18, 18' sind drehbar um
die Treibzapfen i9, r9' des zweiarmigen Hebels 2o angeordnet, welcher mit der Schwingwelle
21 fest verbunden ist. Diese ist in der am Zylinder 12 befestigten Konsole 22 gelagert
und wird vom (nicht gezeichneten) Steuerexzenter o. dgl. be-,vegt. Bei dieser Anordnung
ist eine Verschiebung der Ventilgehäuse 13, 13' infolge einer Drehung des Zylinders
12 auf die Ruhe des Ganges und die präzise Wirkungsweise der Steuerung praktisch
ohne Einfluß.
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Abb. 3 zeigt am Beispiel eines nach innen öffnenden Auslaßventilantriebes
die Ausbildung des Erfindungsgegenstandes als paarschlüssigen Schubkurventrieb.
Das Ventilgehäuse des Zylinders ist mit 23 bezeichnet, 2¢ ist der Ventilkorb, 25
die Ventilspindel, 26 die Ventilhaube, 27 der Spindelkopf. Der um seinen Triebzapfen
28 drehbare Schubkurvenhebe129 ist als Kulisse ausgebildet, welche sowohl die feste
Rolle 3o als auch die bewegte Rolle 31 umschließt. Die ö$nungskurve 32 und die Schließkurve
33 arbeiten beide mit der festen Rolle 30 zusammen, während die bewegte Rolle
31 zwischen zwei parallelen ebenen (oder nahezu ebenen) Flächen läuft, so daß beim
Öffnen und Schließen des Ventils auf die Spindel nur axiale Kräfte übertragen werden.
Der Schubkurvenhebel 29 ist in der Stellung am Hubanfang bzw. bei Ventilschluß dargestellt
und beispielsweise so
ausgeführt, daß er nach Ventilschluß die bewegte
Rolle 3 i verläßt und nur noch auf der festen Rolle weitergleitet, während das Ventil
bis zum Beginn des nächsten Hubes durch sein Eigengewicht und den Druck des Arbeitsmittels
auf die Spindel- und die Ventilsitzfläche auf seinem Sitz festgehalten wird.
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Auch bei paarschlüssigem Antrieb weist der Erfindungsgegenstand die
obenerwähnten Vorzüge auf und ist dabei erheblich einfacher und billiger herzustellen
als die bisher bekannten paarschlüssigen Schubkurvenventilsteuerungen.
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Der vorliegende Ventilantrieb gestattet natürlich auch andere als
die dargestellten einfachsten Ausführungsformen, insbesondere durch gegenseitiges
Vertauschen zusammenwirkender Rollen und Hubflächen. Es kann auch (bei langsamer
laufenden Maschinen) auf die Entlastung der Spindelführung verzichtet und der Schwinghebel
schräg zur Spindelachse bewegt werden; in diesem Falle hat die Erfindung den Vorzug
besonders großer Ventilhübe trotz flacher Schubkurve.