DE564962C - Steuerung mit uebergelagerter Zusatzbewegung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für Kraft- und Arbeitsmaschinen und betrifft eine Zusatzsteuerung, durch welche die von einer Grundsteuerung beliebiger Art ausgeübte Bewegung während einer Umdrehung der Maschinenwelle periodisch beschleunigt und verzögert wird. Zu diesem Zweck verändert die Zusatzsteuerung den Geschwindigkeitsablauf der von der Grundsteuerung nach dem inneren Steuerorgan zu ausgeübten Bewegung, wobei jedoch Grundsteuerung und Zusatzsteuerung vollkommen unabhängig - voneinander arbeiten. Die Zusatzsteuerung^vsendet in das von der Grundsteuerung angetriebene Laufwerk der Steuerung periodische Bewegungswellen, die sich mit der Grundbewegung additiv oder subtraktiv verbinden. Das Laufwerk der Steuerung muß natürlich so eingerichtet sein, daß es eine VerbindungTgewissermaßen Überlagerung, zweier voneinander unabhängigen Bewegungsvorgänge zuläßt, ohne daß sich die beiden Antriebe gegenseitig beeinträchtigen oder stören. '

Die gebrachten Ausführungsbeispiele beziehen sich durchweg auf eine Grundsteuerung mit stetig kreisförmigem Verlauf des Antriebes. Die Zusatzsteuerung verändert diese Bewegung in eine unstetige, abwechselnd beschleunigte bzw. verzögerte. Die Stetigkeit oder Kreisform der Grundbewegung bildet aber kein Kennzeichen der Erfindung. Die Zusatzsteuerung· kann auch in vollem Umfang auf einen unstetigen Ellipsenantrieb einer Grundsteuerung einwirken. Einzig kennzeichnend für den Erfindungsgedanken sind vielmehr folgende Teile:

1. eine Vorrichtung, die es ermöglicht, zwei verschiedene, von zwei unabhängigen Antrieben ausgehende Bewegungen miteinander additiv oder subtraktiv zu verbinden, ohne die Unabhängigkeit der beiden Antriebe zu beeinträchtigen (Bezugszeichen 1 bis 20);

2. ein Schwingungserreger, mit dem die Zusatzsteuerung periodische Bewegungswellen erzeugt, die den von der Grundsteuerung veranlaßten Bewegungen übergelagert werden. Die Phasen der Bewegungswellen stehen in Zusammenhang mit der Drehzahl der Maschinenwelle (Bezugszeichen 21 bis 40).

Außer diesen beiden unentbehrlichen Bestandteilen der Erfindung sind noch folgende Vorrichtungen meist anzuordnen und im Laufe der Beschreibung erläutert:

3. eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Einwirkung der Zusatzsteuerung auf die Grundsteuerung während des Betriebes der Maschine auszuschalten oder abzustufen (z.B. zum Zwecke der Füllungsänderung) (Bezugszeichen 41 bis 60).

4. Bei Kraft- und Arbeitsmaschinen, die in verschiedenem Drehsinn laufen müssen, ist außerdem eine Umschaltvorrichtung anzuordnen (Bezugszeichen 61 bis 80).

Mit kleinen Buchstaben sind Teile einer bekannten Steuerung (z. B. Hubdaumen n, Schiebers s u. a.) bezeichnet, mit Bezugszeichen 81 bis 100 Zubehörteile, z. B. Sperrvorrichtungen, HilfsSteuerungen u. a. Die mit Buchstaben gekennzeichneten Teile stehen außer-

halb des Erfindungsgegenstandes; sie werden nur dargestellt, um die Wirkungsweise der neuen Steuerung zu veranschaulichen. Mit w ist durchweg die Hauptwelle oder eine Hilfswelle der Maschine bezeichnet, die sich synchron zur Hauptwelle dreht, mit ν eine Welle, die unter Mitwirkung der Zusatzsteuerung periodisch beschleunigt und verzögert werden kann. Auf Welle ν sind die Hubdaumen der ίο Einlaß steuerung aufgekeilt. Meist ist noch eine dritte Welle erforderlich, die mit y bezeichnet wurde. Diese Welle dreht sich ebenfalls synchron zur Maschinenwelle w, kann aber dieser gegenüber, z. B. zum Zwecke der Umkehrung des Drehsinnes der Maschine, um gewisse Winkel gegenüber Welle w vor- oder zurückgedreht werden. An der periodisch abwechselnden Beschleunigung oder Verzögerung der Welle ν nimmt Welle y nicht teil. Auf y sind u. a. die Hubdaumen der Auslaßsteuerung befestigt. Bei Maschinen umkehrbaren Drehsinnes muß auch die Welle v, ebenso wie Welle y, um einen gewissen Winkel gegenüber w verdreht werden können. Die Abb. ι zeigt das Zusammenwirken der verschiedenen Steuerungsteile, Abb. 2 die Welle ν mit den Einlaßhubdaumen n, Abb. 3 die Welle iv mit einem Ausschnitt des Schwingungserregers 21 in etwa natürlicher Größe. Auf der Maschinenwelle ze/, Abb. 1, befindet sich fest aufgekeilt das Kettenrad 1, das mittels der fest gespannten Triebkette 3 das Kettenrad 2 von gleichem Durchmesser wie 1 dreht. Auf der Welle ν sind ferner befestigt die Hubdaumen η (Einlaß) und ni (Auslaß) einer Ventilsteuerung. Von diesen Hubdaumen sollen die Ventile dreier Zylinder, die im Kurbelkreis um 120⁰ gegenseitig versetzt sind, nacheinander bewegt werden. Die Lage *° dieser Zylinder ist durch Mittellinien angedeutet. Der Schwingungserreger 21 ist mit einer Kurvenbahn versehen, in die nach Abb. 3 eine Rolle 23 eingreift, die an der senkrecht geführten Stange 22 befestigt ist. Die Form der Kurvenbahn ist so gewählt, daß die Rolle 23, während die Winkel α, β durchlaufen werden, um die Strecke α nach innen bzw. außen gleitet, wobei sie die Stange 22 mitnimmt. Außerhalb der beiden Winkel unterbleibt jede Bewegung der Rolle 23.

Die so gewonnene Bewegung der Stange 22, die eine dreimalige Schwingung je Umlauf von w darstellt, wird nach Abb. 1 in die periodische Steuerbewegung eingeleitet, indem Stange 22 unter Mitwirkung des einarmigen Hebels 24 die Schwinge 41 bewegt, die um den Festpunkt 43 schwingt. Die Schwingenstange 47 kann durch 42 von Hand oder durch mechanische Regelung in verschiedene Stellungen gebracht werden. In Lage 47 überträgt die Schwingenstange jede senkrecht nach unten gerichtete Bewegung von 22 senkrecht nach oben. In Stellung 47' unterbleibt jede Bewegung der Schwingenstange, in Stellung 47" verlaufen die Bewegungen von 47 und 22 gleichgerichtet.

Die Schwingenstange 47 ist an ein Rollenpaar 45 angelenkt, das in vertikalen Führungen gleitet und die Kette 3 beiderseits faßt. Senkrecht oberhalb 45 befindet sich ein zweites gleichartiges Rollenpaar 46, das mittels einer durch Feder 2 nur angedeuteten Vorrichtung die Kette 3 stets in voller Spannung erhält. Die Bewegung des Rollenpaares 46 erfolgt unabhängig von 45. Bewegt sich Rollenpaar 45 nach oben, so wird der untere Strang der Kette 3 verlängert; ζ drückt alsdann die Rollen 46 nach unten und verkürzt den oberen Strang von 3 um das Maß der unteren Verlängerung. Bei diesem Vorgang wird das Rad 2, in dessen Aussparungen die Kette 3 eingreift, um das Maß der Veränderung beider Kettenstränge in Pfeilrichtung vorgedreht. Die Welle ν wird also gegenüber w beschleunigt, Das findet statt, während der Schwingungserreger den Winkel α durchläuft. Wird dagegen der Winkel β durchlaufen, so tritt eine umgekehrt gerichtete Bewegung der Schwingenstange 47 ein; die vorher nach Welle ν und Rad 2 eingeleitete Beschleunigung wird durch eine Verzögerung gleicher Größe ausgeglichen, derart, daß Welle ν nach Durchlaufen eines Drittels seiner Umdrehung wieder in gleichem Winkel zu Welle w steht. Wie ersichtlich, wird der Lauf von Welle«' und Rad 1 durch das Eingreifen des Schwingungserregers in keiner Weise gestört, die beiden Vorrichtungen arbeiten unabhängig voneinander. Ist der Winkel a an richtiger Stelle angeordnet, so bewirkt eine Beschleunigung der Welle ν innerhalb seines Bereiches eine Verminderung der Füllung, denn der auf ν aufgekeilte Hubdaumen η der Einlaßseite wird schneller unter der Ventilrolle r vorbeibewegt.

Befindet sich die Schwingenstange in Stellung 47", also links vom Schwingendrehpunkt 43, so wird, während Winkel α durchlaufen wird, eine Verkürzung des unteren Kettenstranges von 3 veranlaßt; das Rad 2 mit Welle ν und Hubdaumen η wird gegen die Pfeilrichtung zurückgedreht. Dadurch wird die Füllung verlängert, da der Hubdaumen η längere Zeit mit der Ventilroller in Berührung bleibt. Umgekehrt wirkt in diesem Fall der Winkel β beschleunigend auf die Welle v. Auch hier ist nach einem Drittel Wellendrehung· ν in gleicher Winkelstellung zu w.

Größe und Lage der Winkel α, β richtet sich nach den vorliegenden Steuerungsverhältnissen und kann willkürlich angenommen werden. Abb. 2 gibt dafür nur einen kleinen

Anhalt. Die gezeichnete Lage des Daumens η gilt für Totlage des zugehörigen Arbeitskolbens. Bei Vorwärtsgang der Maschine in Pfeilrichtung befinde sich die Wurzel ο des Hubdaumens η in der Kolbenbeweglinie KW. Entsprechend dem Winkel b der Voreinströmung ist die Ventilrolle r bereits in dieser Stellung des Hubdaumens etwa ²/₃ angehoben. Xach weiterem Durchlaufen eines Winkels b ίο ist die Rolle r nahezu voll angehoben. Alsdann kann ohne besonderen zusätzlichen Kraftaufwand die Beschleunigung beginnen. Winkel α schließt sich an 2 & an. Die Ventilrolle r ist nach Durchlaufen von /J nicht mehr im Eingriff mit dem Hubdaumen n. Der Ausgleich der zugefügten Beschleunigung bzw. Verzögerung erfolgt also gewissermaßen bei leer laufender Welle v. Die Erfindung ermöglicht also das Anheben und Niedersetzen des Steuerventils in normaler Drehzahl der Welle w. Wie aus Abb. 2 und 3 zu ersehen, dreht sich Welle ν während des Durchlaufens der Winkel 2 b annähernd in gleicher Geschwindigkeit wie Welle w. Erst nach Anhub der Ventilrolle r setzt die Periode der Beschleunigung bei verkleinerter Füllung ein. Diese Periode ist so kurz zu bemessen, daß auch bei kleinster Füllung das Steuerventil wieder mit normaler Geschwindigkeit von zi· gesenkt wird.

Nach Abb. 1 und 2 ist angenommen, daß der Hubdaumen m der Auslaßseite ebenfalls auf Welle ν aufgekeilt wird. Dieser Hubdaumen erleidet dann verschiedentlich Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, die für ihn zwecklos oder schädlich sind. Im allgemeinen ist vorzuziehen, m auf besonderer Welle aufzukeilen (vgl. Abb. 8, 9).

Die dargestellte Anordnung ermöglicht etwa kleinste Füllungen von 8 °/₀ und größte von 50 °/₀. Für noch größere Füllungen wäre eine besondere Anfahrvorrichtung vorzusehen. Zu beachten ist ferner, daß bei doppeltwirkenden Arbeitszylindern eine zweite Vorrichtung genau gleicher Art erforderlich wird, die aber gegen die erste um i8o° versetzbar arbeitet. Die bisher beschriebene Anordnung bringt es mit sich, daß Welle ν erst jeweils nach Durchlaufen von 120⁰ wieder in gleiche Winkelstellung zu Welle ty gerät, nach i8o° eilt sie dieser gegenüber vor oder bleibt zurück, so daß Hubdaumen η die Gegenseite der drei Arbeitszylinder nicht richtig steuern kann.

Zwecks Umkehrung des Drehsinnes ist in Abb. 4 im Steuerdiagramm der Vorgang der Umsteuerung bei einer Dampfkraftmaschine dargestellt. Die sämtlichen Punkte der Ein- und Auslaßseite (VE = Voreintritt, Exp z= Ende der Füllung, VA = Vorausströmung, C = Beginn der Verdichtung) sind symmetrisch zur Kolbenweglinie KW umzukehren (vgl. Abb. 4, punktierte Linien). Es ist aus Abb. 4 ersichtlich, daß es ohne Schwierigkeit möglich ist, diese Umstellung dadurch zu bewirken, daß sowohl Einlaß- wie Auslaßhubdautnen η bzw. m um den nämlichen Winkel ω in Pfeilrichtung vorgedreht werden. Die Spiegelbildlage zur Kolbenweglinie KW bildet in Abb. 2 Daumen n' zu n, Daumen ηϊ zu m. Der Winkel der Verschiebung in Pfeilrichtung beträgt a-\- β -\- 2b. Ist dieser Winkel gleich ω, so wird Umsteuerung sehr einfach dadurch veranlaßt, daß Welle ν gegenüber -jü um Winkel ω in Pfeilrichtung vorgedreht wird. Diese Verdrehung kann dadurch bewirkt werden, daß nach Abb. 1, nicht dargestellt, das Rollenpaar 45 angehoben wird, wodurch sich der untere Strang der Kette 3 verkürzt. Auch Stellschraube oder Planetengetriebe können zu diesem Zweck Verwendung finden.

Ist Winkel a>—a^Jr2b~^Jrß wie in Abb. 3, so bedarf der Schwingungserreger gar keiner Verstellung bei Umkehrung des Drehsinnes, er wirkt in jedem Drehsinn gleich: die von ihm veranlagten Bewegungsphasen erfolgen ohnedies stets symmetrisch zur Kolbenweglinie KW. Nur bringen nun die Winkel β die Füllungsänderung, die Winkel α den nachträgliehen Ausgleich. Zwecks Regelung der Füllungen ist ihre Reihenfolge jetzt umzukehren. Da das Rad 2 jetzt in anderem Drehsinn, entgegen der Pfeilrichtung, bewegt wird, wirkt eine Verkürzung des unteren Kettenstranges 3 verzögernd auf Welle v, also die Füllung vergrößernd und umgekehrt. Größere Füllungen liegen also nunmehr auf der rechten Seite der Schwinge 41, kleinere auf der linken Seite. Zusammenfassend sei folglich hervorgehoben, daß eine einfache Vordrehung der Welle ν um den Winkel ω und eine Umdrehung der Füllungsskala genügt, um die Steuerung für umgekehrten Drehsinn verwendbar zu gestalten.

Als Vorteile der neuen Steuerung kommen in Betracht: leichte Verstellbarkeit der Füllung auch bei hoher Umlaufzahl, Verminderung der Rückdrücke auf den Regler, einfache Umkehrbarkeit des Drehsinnes, Erreichbarkeit kleiner Füllung.

Bei der praktischen Ausführung werden allerdings die einzelnen Teile zweckmäßig anders durchgebildet werden, als es in Abb. 1 vorwiegend der Erläuterung wegen vorgeführt wurde. Für Präzisionssteuerung eignet sich z. B. eine Triebkette schon deswegen weniger, weil sie sich ständig in die Länge dehnt. An ihrer Stelle ist besser eine Steilschraube oder ein Planetengetriebe anzuwenden. Auch Schwingungserreger und Regler sind so zu gestalten, daß sie bei den höchsten Umlaufzahlen einwandfrei arbeiten.

Abb. 5 bringt eine Ausführungsform, die für eine Dampfmaschine umkehrbaren Drehsinnes von höchstens 400 minutlichen Umlaufzahlen gedacht ist. Der Deutlichkeit wegen mußten dabei die Einzelheiten der Druckmittelsteuerung übermäßig groß dargestellt werden; die wirklichen Maße dieser Teile sind im Vergleich zu den Teilen der Steuerung selbst reichlich klein zu halten. Auf Welle w der Maschine befindet sich aufgekeilt Zahnrad 4, das seine Drehung auf das Planetenzahnrad 5 überträgt. Solange der Arm des Planetenrades 8 feststeht, findet nur . eine einfache Drehungsübertragung statt. Zahnrad 5 dreht das innen und außen verzahnte Rad 6, das seinerseits Zahnrad 7 bewegt, das auf Welle ν aufgekeilt ist. Welle ν trägt auch wieder die Einlaßhubdaumen n. Ohne Mitwirkung des Armes 8 dreht sich Rad 7 in gleicher Drehzahl wie Rad 4, Welle ν also wie w.

Wird jedoch während des Ganges des miteinander verbundenen Räderwerkes der Arm 8 vor- oder zurückgebracht, so tritt eine Geschwindigkeitsänderung im Umlauf, von Rad 7 und Welle ν ein. So bewirkt z. B. eine Bewegung des Armes 8 nach 8' eine Beschleunigung der Welle z/ und damit eine kleinere Füllung der Steuerung, sofern sich das Räderwerk im eingetragenen Pfeilsinne dreht.

Als Schwingungserreger ist diesmal ein Kolben 26 vorgesehen, der, durch ein beliebiges Druckmittel (z. B. Preßluft, Dampf, Druckwasser u. a.) bewegt, im Zylinder 29 hin und her gleiten kann. Bei Druckausgleich zwischen beiden Zylinderseiten drücken die Federn 27, 28 den Kolben 26 in seine Mittellage. Alsdann befindet sich Arm 8, durch Zahn 96 und Sperrklinke 81 festgehalten, in der aus Abb. 5 ersichtlichen Lage.

Die Verteilung des Druckmittels wird durch eine HilfsSteuerung geregelt, die von der umlaufenden Scheibe 30 aus betätigt wird. Scheibe 30 bringt Abb. 7 in etwa natürlicher Größe; ihre Stellung auf der Achse y ist aus Abb. 9 zu ersehen.

In vorliegendem F^aIl sollen die beiden um i8o° versetzten Zylinderseiten einer Dampfmaschine gesteuert werden. Der Einlaßhubdaumen η soll für die normale Füllung 20 °/₀ bemessen sein; als kleinste Füllung kommen. 5 °/o, als größte 60 °/₀ in Betracht. Der Auslaßhubdaumen m soll bei allen Füllungen einer Fahrtrichtung I5^o/o Voraustritt und 5° % Verdichtung ergeben. Änderung der Drehrichtung soll durch eine einzige Schaltung von Hand vorgenommen werden können. Abb. 5 zeigt die grundsätzliche Lösung der Aufgabe, insbesondere die Schaltung des Druckmittels, das in den Behälter 100 an Flansch E eingeführt wird. ' Von " hier aus wird es durch Ventil 85 und Rohrleitung 87 der rechten Seite des Zylinders 29, durch Ventil 84 und Rohrleitung 86 der linken Seite des Zylinders 29 zugeführt. Rolle und Stößel 88 betätigen mit Hebel 89, der um Punkt 90 ausschlägt, das Ausgleichventil 83 auf dem Zylinder 29. Ist dieses Ventil geschlossen, so sperrt es die beiden Zylinderseiten voneinander ab. Wird es durch Stößel 88 und Hebel 89 angehoben, so läßt es den Druck aus beiden Zylinderseiten ins Freie entweichen. Die Druckmittelsteuerung betätigt gleichzeitig auoh die Sperrklinke 81 mittels des kleinen Hilfszylinders 82. Herrscht Überdruck in einer der beiden Zylinderseiten von 29, so ■ strömt dieser auch in den Hilfszylinder 82 rechts und drückt einen kleinen Kolben nach links, welcher dabei die Sperrklinke 81 lüftet. Dadurch wird der Zahn 96 und mit ihm Arm 8 freigegeben. Verschwindet der Überdruck in 29 durch Anheben des Ventils 83, so drückt die Feder 98 die Sperrklinke 81 und den Kolben in 82 zurück. Arm 8 wird neu verriegelt, wenn er von seinem Ausschlag zurückkehrt.

Der Augenblick, wann ein Ausschlag von Kolben 26 nach links oder rechts erfolgt, wobei mit Gestänge 25, 31 auch Arm 8 mitgenommen wird, ergibt sich durch die Stellung der um i8o° gegenseitig versetzten Hubdaumen d, e auf der mit Welle y umlaufenden Scheibe 30 (Abb. 7). Das in dieser Abbildung angehoben dargestellte Ventil 85 bewirkt eine Verdrehung des Armes 8 nach links, 8', bei dem eingezeichneten Drehsinn des Räderwerkes.4 bis 7 in Abb. S eine Beschleunigung von Welle ν mit n, also kleinere Füllung. Würde durch Ventil 84 und Rohrleitung 86 Druckmittel in den Zylinder 29 gegeben, so müßte eine Schwenkung des Armes 8 nach rechts, also eine größere Füllung eintreten.

Die Stangen 48, 49 dienen mit ihrem Hebelwerk dazu, um den Grad der Füllungsänderung ebenso wie die Richtung der Bewegung von Kolben 26 zu bestimmen. Die Schaltung ist so angeordnet; daß eine dieser beiden Stangen nur verstellt werden kann, wenn sich die andere in Ruhestellung befindet. Sind beide Stangen 48, 49 in Ruhestellung, so liegen die Hubbegrenzer 50, 51 im Zylinder 29 dicht auf Kolben 26 auf, in Rohr 99 sperren gleichzeitig die Tauchkolben 52, 53 die Zuleitung des Druckmittels aus den Rohren 86, 87 dicht ab, Arm 8 bleibt von Zahn 96 und Klinke 81 fest verriegelt: die Steuerung arbeitet mit normaler Füllung. Welle ν dreht sich synchron zu Welle w, ebenso Welle y mit Scheibe 30. ·

In Abb. 5 ist dargestellt, wie die Stange 49 zurückgezogen wurde. Hubbegrenzer 50 gibt für eine gewisse Füllung eine Bewegung des Kolbens 26 nach links frei. Gleichzeitig hat

Tauchkolben 52 den Zutritt des Druckmittels zu der linken Zylinderseite abgesperrt, während der Tauchkolben 53 den Zutritt des Druckmittels nach der rechten Zylinderseite freigab. Scheibe 30 (Abb, 7) hat mit Daumen d das Ventil 85 angehoben; im nächsten Augenblick muß Kolben 26 sich an Hubbegrenzer 50 anlegen und dabei Arm 8 nach 8' verlegen, nachdem sich vorher die Sperrklinke 81 angehoben hat. In dieser Stellung verharrt Arm 8 so lange, wie die Druckmittelsteuerung Überdruck in der rechten Kammer des Zylinders 29 hält. Hat sich die Scheibe 30 (Abb. 7) um den Winkel X in Pfeilrichtung weitergedreht, so hat sich Ventil 85 wieder gesenkt; dagegen wird nun Ventil 84 angehoben. Da der Tauchkolben 52 den Zutritt zum Zylinder 29 absperrt, bleibt diese Ventilbewegung ohne Einfluß auf die Steuerung der Maschine bzw.

ao auf Arm 8. Erreicht indessen nach weiteren 90⁰ Drehung der Daumen d von Scheibe 30 die Rolle 88, so wird der Überdruck in der rechten Kammer von Zylinder 29 aufgehoben; der Kolben 26 kehrt durch Feder 27 getrieben wieder in Mittellage zurück, mit ihm Arm 8. Diese Schaltung findet statt, wenn im Arbeitszylinder der Maschine bereits die Vorausströmung eingesetzt hat. Rolle r der Einlaßseite ist dann außer Eingriff mit Hubdaumen η. Bevor auf der Gegenseite des Arbeitszylinders die Voreinströmung beginnt, ist also Welle ν wieder in gleicher Winkelstellung zu zv; die eingeleitete Beschleunigung ist wieder durch eine entsprechende Verzögerung ausgeglichen und umgekehrt.

Es bliebe noch zu erwähnen, warum in diesem Falle die Schaltventile 84, 85 für die Druckmittelgabe in Zylinder 29 um den Winkel X voneinander entfernt angeordnet sind.

Hier in Abb. 6 ist jedoch der Hubdaumen η nicht in Kolbenweglinie eingezeichnet; die Maschinenkurbel ist bereits um den Winkel τ (Abb. 7) über die Totlage hinausgedreht, das Einlaßventil nahezu voll angehoben. Soll kleinere Füllung gegeben werden, so setzt zweckmäßig Ventil 85 jetzt sofort ein. Es beendet seine Wirkung, während der Winkel ζ (Abb. 6) durchlaufen wird. Der vorher in Lage n'" befindliche Hubdaumen η wird durch Beschleunigung bis no" vorgedreht und senkt alsdann das Steuerventil mit normaler Umlaufgeschwindigkeit. Soll dagegen größere Füllung gegeben werden, so empfiehlt es sich, diese Schaltung zeitlich zu vergrößern. Es wird damit gewartet, bis Daumen η die Stellung no" erreicht hat. Dann wird er durch Verzögerung von Welle ν bis nach n'" zurückgedreht und läuft von da ab mit normaler Drehzahl weiter. So kann eine größte Füllung erzielt werden, die einem um η -j- ζ größeren Kurbelwinkel entspricht (Abb. 6).

Alle Vorgänge der Beschleunigung oder Verzögerung von Welle ν spielen während solcher Perioden, wenn Rolle r entweder auf dem Sattel des Hubdaumens n gleitet oder wenn n überhaupt ganz außer Eingriff mit Rolle r ist.

Die Umkehrung des Drehsinnes der Maschine wird auch hier dadurch wesentlich vereinfacht, daß bei allen zu verstellenden Teilen überall der nämliche Verdrehungswinkel φ gewählt wird. Bei Einlaßdaumen n (Abb. 6) und Auslaßdaumen m (Abb. 8) ist das genau wie früher in Abb. 4 behandelt, zu lösen. Diesmal ist nur auch die Scheibe 30 ebenfalls zu verdrehen. Die Winkel X und φ sind so zu wählen, daß bei einer Vordrehung der Scheibe 30 (Abb. 7) in Pfeilrichtung um Winkel φ Rolle 84 von dem nun vorgedrehten Daumen d' entgegengesetzt der Pfeilrichtung genau so betätigt wird wie vorher im Sinne der Pfeilrichtung Rolle 85. Die Reihenfolge der Füllungen ist wieder umzukehren; bei umgekehrtem Drehsinn des Räderwerkes 4 bis 7 (Abb. 5) ändert Beschleunigung und Verzögerung ihre Richtung.

Abb. 9 zeigt eine Umsteuervorrichtung für eine Steuerung nach Abb. 5 bis 8 in Ansicht. Die Maschinenwelle w trägt ein Kegelrad 63 und ist in die Hohlwelle y eingeführt, die ein Kegelrad gleicher Größe 64 trägt. Wellen- _Q0 achsen von w und y stimmen überein. Mit Handhebel 61 ist um die nämliche Wellenachse das Kegelrad 62 verdrehbar, das die Drehung von 63 und 64 übermittelt. Die Hülse des Hebels 61 greift um die Welle y. Wie ersichtlich, kann durch Vordrehen von Hebel 61 die Welle y gegen w um einen Winkel φ verdreht werden, ohne daß sich in der Bewegungsübertragung von w auf y im übrigen etwas ändert. Auf Welle y ist aufgekeilt Scheibe 30, Kettenrad 9 und Auslaßdaumen m. Kettenrad 9 überträgt die Drehung von y auf Zahnrad 4 (Abb. 5). Wird Rad 9 um Winkel φ vorgedreht, so verdreht sich auch Rad 7, mit Welle ν und Einlaßdaumen n um den nämlichen Winkel. Das einfache Vorlegen von Hebel 61 stellt also die ganze Steuerung auf umgekehrten Drehsinn um, wobei nur noch die Füllungsskala sich mit umkehren muß.

Im Vergleich zu den üblichen Druckmittelsteuerungen, wobei die Steuerorgane unmittelbar durch Preßluft, Öl usw. angehoben werden, sind folgende Vorteile erreicht:

1. Das Arbeiten mit normaler Füllung ist auf alle Fälle gesichert. Hierzu dienen die Hubdaumen?! bzw. m.

2. Das Druckmittel hat die Ventile niemals anzuheben, dies geschieht vielmehr stets durch die Hubdaumen.

3. Ein gewisses Nacheilen der Druckmittelsteuerung ist bei hoher Umlaufgeschwin-

digkeit unvermeidlich. Diese Erscheinung bleibt bei vorliegender Erfindung ohne jeden Einfluß auf das Steuerungsergebnis, das ein-

■ zig von dem Ausschlag des Armes 8 bzw. KoI-bens 26 (Abb. 5) abhängt.

4. Sanftes Anheben bzw. Niedersenken der Steuerventile bleibt ohne besondere Maßnahmen gesichert.

Der Erfindungsgedanke ist ohne weiteres auf solche Steuerungen übertragbar, die mit hin und her schwingendem Steuerorgan arbeiten, z. B. Schiebersteuerungen. In der Wirkung solcher Steuerungen besteht ja gegenüber Ventilsteuerung kein grundsätzlicher Unterschied. Auch die Steuerventile schwingen ja während ihrer Bewegung hin und her. Ihre Masse, ihr Hub ist zwar kleiner als bei einem Schieber, auch ist letzterer fest an seinen Antrieb gekuppelt; das sind aber keine grundsätzlichen Unterschiede. Nach Abb. 10 sei ein Muschelschieber j im Schiebergehäuse t von einem Planetengetriebe nach Ziffer 4 bis 7 der früheren Abb. 5 angetrieben, wobei wieder Arm 8, von Stange 31 angetrieben, periodische Schwingungen ausführt. Durch die hierbei auftretende abwechselnde Beschleunigung und Verzögerung der Wellen wird der Lauf des Schiebers s genau so beeinflußt wie früher nach Abb. 5 das Einlaßsteuerventil. Der nicht dargestellte Schwingungserreger hätte lediglich größere Kraft auszuüben als bei Ventilsteuerung.; diese Kraftäußerung läßt sich jedoch beherrschen. Der große Hub des hin und her schwingenden Schiebers ermöglicht eine Vereinfachung, die bei Ventilsteuerung undenkbar erscheint. Der Schwingungserreger kann auf oder in dem hin und her bewegten Schieber selbst angeordnet werden. Eine solche Ausführungsform zeigt andeutungsweise Abb. 11. Auf der Maschinenwelle w ist in üblicher Art mit Gegenkurbel oder Exzenter der Schieberantrieb aufgekeilt. Die Bewegung der Welle ζυ ist gleichmäßig gedacht, die Aufkeilung des Schieberantriebes entspricht der normalen Füllung. Der Schieber j wird aber von der Schieberstange nicht unmittelbar angefaßt. Diese Stange greift vielmehr einen Rohrzylinder 32 an, dessen Wirkung genau dem Zylinder 29 von Abb. 5 entspricht. Inmitten des Rohres 32 befindet sich der Kolben 33, der mit den festen Stangen 34, 35 den Schieber s anfaßt. Federn 36, 37 führen den Kolben 33 in Mittellage zurück, entsprechend Federn 27, 28 bei Kolben 26 bei Abb. 5.

Befindet sich Kolben 33 (Abb. 11) in Mittellage, wo er zu verriegeln wäre, so bewegt sich der Schieber s genau, wie es dem Antrieb von Welle w aus entspricht (normale Füllung). Soll andere Füllung veranlaßt werden, so wird durch eine HilfsSteuerung Druckmittel, z. B. Dampf, in den vorderen oder hinteren Teil des Rohres 32 gegeben. Kolben 33 schlägt aus und erteilt damit dem Schieber s eine zusätzliche Beschleunigung oder Verzögerung. Die Druckmittelsteuerung ist in Abb. 11 nur angedeutet, sie kann ähnlich durchgebildet sein, wie die ausführlich beschriebeneDruckmittelsteuerung der Abb. 5. In Abb. 11 ist angenommen, daß ein Rohr 10 in den Schieberkasten t eingeführt ist, in das Stange 11 außerhalb des Schieberkastens t mit Keil oder Vierkant eingreift. Stange 11 wird von Kettenrad 12 aus synchron zur Maschinenwelle w gedreht. Auf dem Rohr 10, das drehbar auf Zylinder 32 gelagert ist, befinden sich die Steuerdaumen 13, 14 aufgekeilt, die Druckmittel auf die linke bzw. rechte Seite des Zylinders 32 gelangen lassen. Dadurch beeinflussen diese Daumen 13, 14 genau so die HilfsSteuerung wie nach Abb. 5 die umlaufende Scheibe 30. Während ihres Umlaufs um ihre Achse wird dabei Rohrhülse 10 ständig gemeinsam mit Zylinder 32 hin und her bewegt. Die hin und her schwingende Bewegung bleibt aber ohne jeden Einfluß auf die Hilfssteuerung.

Es ist einleuchtend, daß die Beschleunigung bzw. Verzögerung bei praktischer Ausführung nach Abb. 11 sich nicht auf den ganzen go Schieber erstrecken würde, sondern nur auf einzelne seiner Teile. Man könnte in bekannter Art den Schieber mehrteilig ausbilden und durch Kolben 33 nur diejenigen Stücke des Schiebers beeinflussen, die für die Einlaß- oder Auslaßsteuerung in Betracht kommen. Auch ist nicht immer eine verwickelte HilfsSteuerung für den Schwingungserreger erforderlich (Rohr 10 mit Daumen 13, 14). Es genügen meist verstellbare Anschläge oder Hilfsdampfkanäle, die Dampf nach dem Kolben 33 leiten und ihn aus seiner Mittellage entfernen. Erfüllt wird der Erfindungsgedanke bereits dadurch, daß dem hin und her schwingenden Schieber bzw. einzelnen seiner Teile während seines durch die Grunds teuer ung bedingten Laufes zusätzliche periodische Beschleunigungen oder Verzögerungen erteilt werden zu dem Zwecke, die durch die Grundsteuerung eingestellten Steuerergebnisse abzuändern.

In den Abb. 12 bis 14 ist dargestellt, wie der Erfindungsgedanke auf einen schnelllaufenden Leichtmotor angewendet wird. Es mögen nur größere Füllungen als die normalen in Betracht kommen, beispielsweise, wenn der betr. Motor in höheren Luftschichten arbeitet. Abb. 12 zeigt die angenommenen Ventilrollen für einen sechszylindrigen Sternmotor, Steuerwelle ν und Hubdaumen n. Die minutliche Umlaufzahl der Steuerwelle betrage 1000, es kommt also eine Frequenz

im Schwingungserreger von 6000 in der Minute in Betracht. Solche Frequenzen übersteigen die Leistungsfähigkeit mechanischer Schwingungserreger, dagegen sind sie durch elektromagnetische Oszillatoren ohne weiteres erzielbar. Solche Oszillatoren ergeben aber im allgemeinen stets einen sinoidalen Schwingungsverlauf (Kurve/ in Abb. 13). Dagegen wäre eine für vorliegenden Fall brauchbare Schwingungskurve nach der stark hervorgehobenen Kurve h in Abb. 13 gestaltet. Eine solche Kurve würde auch ein mechanischer Schwingungserreger etwa nach Abb. 3 liefern. Die nicht brauchbaren Überschwingungen der sinoidalen Kurve/ sind in Abb. 13 beiderseits durch Schraffur gekennzeichnet.

Wie ersichtlich, bewegen sich diese Überschwingungen über konzentrische Kreise hinaus, die nach innen und außen die brauchbare Kurve h begrenzen. Läßt man also den elektromagnetischen Oszillator unter Zwischenschaltung einer Feder oder eines anderen elastischen Gliedes einwirken, so können die Überschwingungen durch Anschläge gedämpft werden, derart, daß sich ohne weiteres ein wirklicher Schwingungsverlauf nach Kurve /i ergibt.

Die Abb. 12 zeigt nur den Einlaßdaumen η auf Welle v, wie er nacheinander auf die sechs Rollen, der verschiedenen um je 6o° versetzten Einlaßventile einwirkt. Rolle r_t ist gerade angehoben. Die Bedeutung der Winkel α, β ist sinngemäß gleich denen der früheren Abb. 2, 3. Da nur vergrößerte Füllung einzustellen ist, wird der Lauf der Welle ν verzögert, während der Winkel α durchlaufen wird. Hierdurch bleibt der Sattel des Hubdaumens η in längerer Berührung mit der eröffneten Ventilrolle. Später, nachdem Daumen η außer Berührung mit der Ventilrolle geraten ist, findet während der Winkel β gleich große Beschleunigung der Wellen statt, derart, daß beim Anheben der nächsten Ventilrolle r_a Welle ν wieder in genau gleichem Winkel zur Maschinenwelle steht.

Wäre es erforderlich, mit Hubdaumen» avich kleinere Füllungen zu geben als normal, so müßte der Einfluß der Winkel α, β umso getauscht werden, α müßte beschleunigend wirken, β verzögernd. Dieser Austausch läßt sich in einem elektromagnetischen Oszillator sehr einfach veranlassen, indem eine Phasenverschiebung, in vorliegendem Falle von 30⁰, in den Oszillator eingeleitet wird. Alsdann verlaufen die Schwingungen 13 genau umgekehrt gerichtet.

Die Verbindung des Schwingungserregers

mit der Steuerung veranschaulicht Abb. 14.

Die horizontal geführte Stange 25 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem Schwingungserreger. Sie wirkt unter Zwischenschaltung der Feder 38 auf die Stange 31 ein, die den Ausschlag von Arm 8 im nunmehr bekannten Planetenräderwerk 4 bis 7 veranlaßt. Die Anschläge 54, 55 dienen dazu, die Überschwingungen über die Kurve h hinaus (Abb. 13) zu dämpfen. Außerdem werden noch zwei verstellbare Anschläge 56, 57 von Hand oder mechanisch (durch den Luftdruckmesser z. B.) in horizontaler Richtung verschoben. Bei Abb. 14 verhindert der Anschlag 57 jeden Ausschlag von 8 aus der Mittellage nach rechts. Anschlag 56 ermöglicht nach links nur einen Ausschlagwinkel von ε (8 nach 8').

Es mag auffallen, daß sich Arm 8 ohne Verriegelung nun frei bewegen kann, da die Feder 38 keinen festen Widerstand bietet. Es ist jedoch die sehr große Umlaufgeschwindigkeit des Räderwerks zu beachten. Der Oszillator hämmert seine Schwingungen mit einer Frequenz von 6000 in der Minute in das Getriebe hinein. Alle von dieser Schwingung betroffenen Teile geraten in entsprechende Schwingungen, vor allem auch Arm 8, der gar keine Zeit findet, selbständige Bewegungen auszuführen. Soll das Zufügen von Beschleunigungen oder Verzögerungen unterbleiben, die Welle ν also stets Sjjnchron zur Maschinenwelle laufen (normale Füllung), so sind die Anschläge 56, 57 so weit zu nähern, daß sie den Arm 8 festklemmen und dadurch verriegeln. Feder 38 nimmt dann allein die Schwingungen auf.

Die Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens sind durch die gebrachten Beispiele nicht erschöpft; die Einzelteile können in verschiedenster Art durchgebildet werden. Auch der nachträgliche Einbau der Erfindung in eine vorhandene Grundsteuerung beliebiger Bauart ist ohne Schwierigkeit möglich.

Der Geltungsbereich der Steuerung beschränkt sich jedoch keineswegs auf den Antrieb von inneren Steuerorganen zu Kraftbzw. Arbeitsmaschinen. Es können vielmehr nach gleichen Grundsätzen Steuer- und Schaltbewegungen verschiedenster Art durchgeführt werden. In einem Planetengetriebe nach Abb. 14 kann z. B. die periodische Schwingung des Armes 8 so gestaltet werden, daß eine ununterbrochene stetige Drehung des Rades 4 auf Rad 7 und Welle ν als eine ungleichförmig beschleunigte übertragen wird. Ellipsenräder, Kurventriebe können hierdurch vollwertig ersetzt werden, wobei noch der Vorteil erreicht ist, daß der Ungleichförmigkeitsgrad durch einfache Verstellung der Schwingungsweite von Arm 8 sehr einfach abzuändern ist. Es ist auch unerheblich, ob Arm 8 nach jedesmaliger Doppelschwingung

in seine Mittelstellung zurückkehren soll oder nicht.

Bei Schaltwerken kann im Gegenteil eine wesentliche Bedingung die sein, daß sich das angetriebene Rad 7 nach jedesmaligem Umlauf um einen bestimmten. Winkel weiter vorwärts gedreht hat. Dieser Forderung kann bei vorliegender Erfindung u. a. durch ein Klinkenwerk an Arm 8 entsprochen werden. Diese Klinken müßten (nicht dargestellt) so wirken, daß Arm 8 mit Planetenrad 5 nach jedem Umlauf von Rad 4 um eine gewisse Teilung im Umfang des Drehpunktes von 5 weiterwandert, so daß Planetenrad 5 langsam das Sonnenrad 4 umkreist.

Eine durch die Schwingung von Arm 8 in das Planetengetriebe eingeleitete Verzögerung kann der entgegengesetzt gerichteten Bewegung des Antriebrades 4 gleichen oder sie übertreffen. In ersterem Falle steht das angetriebene Rad 7 zeitweilig still, im zweiten Falle dreht sich Rad 7 abwechselnd vorwärts und rückwärts, während stets das Triebrad 4 mit Welle w gleichmäßig in einem Drehsinne weiterläuft. Auf solche Art können selbst verwickelte Schaltungen, z. B. die Mangelrad- und Pilgerschrittbewegung, auf ein Arbeitsstück übertragen werden.

An und für sich ist es zwar durchaus bekannt, ein Planetengetriebe zur Umänderung der Drehzahl und Umkehrung des Drehsinnes zu verwenden. Es ist jedoch neu, zu diesem Zweck den Führungsarm 8 eines Planetenrades 5 (Abb. 14) in periodische Schwingungen zu versetzen. Zu bemerken ist noch, daß eine Anordnung des Planetengetriebes nach Abb. 5 oder 14, Ziffer 4 bis 8, mit innen und außen verzahntem Rade 6 den großen Vorteil bietet, daß sich die gegenseitige Lage der Achsen von Triebrad 4 und angetriebenem Rade 7 bei allen möglichen Schwingungen des Armes 8 niemals ändert, während im ganzen Planetengetriebe nicht mehr als vier Räder benötigt werden.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerung für Kraft- und Arbeitsmaschinen mit einem durch einen umlaufenden Maschinenteil angetriebenen Steuerorgan, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite zusätzlich vorhandene Antriebsvorrichtung dem bewegten Steuerorgan mittels einer der ersteren übergelagerten Bewegung eine abwechselnde Beschleunigung und Verzögerung erteilt.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem umlaufenden, das Steuerorgan antreibenden Maschinenteil (Welle w, Abb. 1, 5, 10, 11, 14) und dem das innere Steuerorgan unmittelbar bewegenden Teil (Nockenwelle v, Abb. 1, 5, 10, 14 oder Stange 35, Abb. 11) ein mechanisch periodisch hin und her bewegtes Übertragungsglied (45, Abb. 1; 25, 26, 31, 8, Abb. S; 31, 28, Abb. 10; 33, 34, 35, Abb. 11; 25, 31, 8, Abb. 14) eingeschaltet wird, welches die Bewegung dieser Nokkenwelle oder Stange abwechselnd beschleunigt und verzögert, während der antreibende Maschinenteil (Welle«/, Abb. 1, 5, 10, 11, 14) von der durch die periodische Schwingung eingeleiteten Geschwindigkeitsänderung unberührt bleibt.

3. Steuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschleunigende bzw. zu verzögernde Welle (v, Abb. 6) ihren Antrieb nicht unmittelbar von der Maschinenwelle (w, Abb. 9) erhält, sondern von einer dritten Welle (y, Abb. 9) aus, welch letztere durch Handhebel (61, Abb. 9) und Planetenräder (62, 63, 64, Abb. 9) um einen bestimmten Winkel (φ, Abb. 7, 8) gegenüber der Maschinenwelle (w) verdreht werden kann, ohne im übrigen ihre Drehzahl zu ändern, wodurch gleichzeitig auch die Welle (v) um den nämlichen Winkel vor- oder zurückgedreht wird.

4. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3 für Maschinen umkehrbaren Drehsinnes, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Steuerungsteile, die unmittelbare Steuerwirkungen auslösen (Hubdaumen n, Abb. 6; m, Abb. 8; d,e, Abb. 7), auf ihrer Welle in solchem Winkel zur Kolbenweglinie der Maschine {KW in Abb. 4, 8) aufgekeilt sind, daß sie nach Verdrehung dieser Welle um einen bestimmten Winkel (φ, Abb. 7, 8) in Spiegelbildlage gegenüber ihrer bisherigen Stellung zur Kolbenweglinie geraten (»' gegen m in Abb. 8), wobei diejenigen Steuerkanten, die vorher Eröffnung brachten, nun bei entgegengerichtetem Drehsinn der Maschine Abschluß bewirken und umgekehrt.

5. Steuerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Übertragungsglied (8, ζ, Abb. 14) ausgeübten periodischen Schwingungen auf elektromagnetische Art erzeugt werden, einen sinoidalen Verlauf haben, ein Teil der S chwingungswellen durch Federdämpfung aufgehoben und die Bewegungsrichtung der Wellen durch Phasenverschiebung umgekehrt wird (Abb. 13, 14).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen