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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zentrale Schmiervorrichtung
zum Schmieren von Maschinenzylindern in großen Dieselmaschinen, insbesondere
in Schiffsmaschinen, durch Öleinspritzung, die
gebildet ist aus mit Druck beaufschlagten Zerstäubungsdüsen und aus einer kompakten
Pumpeinheit, die mit den Düsen
verbunden ist und eine Reihe von Kolbenpumpen umfasst, die durch
eine gemeinsame sich drehende Welle angetrieben werden, die mit
Antriebsstößeln versehen
ist, die mit Schubflächen
für jeweilige
axial verlagerbare, federbelastete Kolben in der Reihe von Kolbenpumpen
in Wechselwirkung stehen, wobei die Welle auf ihrer Länge durch
eine oder mehrere Lagergleitflächen
unterstützt
ist, die diametral entgegengesetzt zu den axial verlagerbaren Kolben
angeordnet sind.
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Diese
Schmiervorrichtungen werden herkömmlich
als kompakte Pumpeinheiten hergestellt, die in enger Verbindung
mit ihren jeweiligen Zylindern angebracht werden, und die mit einem
Zufuhr-Vorratsbehälter
mit Schmieröl
und mit mehreren Öleinspritzdüsen an verschiedenen
Teilen der Zylinderwand über
Rohre verbunden sind. Jede Einheit hat eine Reihe von Kolbenpumpen,
die die verschiedenen Schmierpunkte betreiben, wobei sie durch eine gemeinsame
sich drehende Welle angetrieben werden, die mit Stößeln versehen
ist, die durch die Drehung der Welle in einem Gehäuse für die Vorrichtung mit
Schubflächen
an jeweiligen axial verlagerbaren Kolben in Wechselwirkung stehen,
die in Richtung zu der Welle federbelastet sind, derart, dass die
Kolben durch die Drehung der Welle Hin- und Herbewegungen ausführen, um
jeweilige Kolbenpumpen zu betätigen,
von denen die Kolben einen Teil bilden.
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Im
Prinzip wurden diese Schmiervorrichtungen gemäß diesem Prinzip über viele
Jahre hinweg tadellos betrieben, wobei sie unter der Bedingung betrieben
wurden, dass der Entladungsdruck von den Kolbenpumpen nicht sehr
groß sein
musste, da es eine feststehende Regel ist, dass das Öl während des
aufwärts
gerichteten Rückhubs
des Maschinenkolbens, d. h. während
der Kompressionsbewegung, jedoch vor dem nachfolgenden Arbeitshub
bei der gezündeten
Verbrennung in den Zylinder eingespritzt werden muss. Dadurch war
es von unmittelbarem Interesse, mit Einspritz- oder Pumpdrücken in
der Größenordnung
von 10 bar zu arbeiten.
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In
späteren
Jahren wurde beispielsweise in WO 00/28194 vorgeschlagen, die Schmierung
durch Einspritzen des Öls
durch mit Druck beaufschlagte Zerstäubungsdüsen wirtschaftlich zu machen,
um eine Ölnebelschmierung
zu erzielen, und auch wenn dies ununterbrochen während der Aufwärtsbewegung
des Kolbens erfolgen kann, muss das Öl bei einem weit höheren Druckzugeführt werden,
um eine feine Zerstäubung
durch gewöhnliche,
einfache Zerstäubungsdüsen, z.
B. bei einem Druck bis zu 100 bar oder mehr sicherzustellen. Dies
ist weit mehr als die Möglichkeit
von Konstruktionen einer Schmiervorrichtung des Standes der Technik,
und folglich wurden vollkommen neuartige Pumpenkonstruktionen in
Erwägung
gezogen.
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Von
WO 96/09492 und DE-A-36 37031 ist eine Schmiervorrichtung des Standes
der Technik des in der Einleitung beschriebenen Typs bekannt. Dieser
Stand der Technik beschreibt nicht ausdrücklich Lager; derartige Merkmale
sind jedoch zur Unterstützung
einer sich drehenden Welle eingeschlossen. Die Dokumente enthalten
keine Angabe der Befestigung von Lagern auf eine bestimmte Weise.
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Durch
die Erfindung hat es sich jedoch überraschend gezeigt, dass es
tatsächlich
möglich
ist, Konstruktionen des Standes der Technik zu verwenden, wenn diese
an wenigstens einem von zwei wesentlichen Punkten abgeändert werden,
und zwar zum Teil durch eine gleitende, feste Unterstützung der
Welle gegenüber
der Rückwand
des Gehäuses der
Vorrichtung, und zum Teil dadurch, dass die Antriebsstößel und
der Teil, mit dem diese in Wechselwirkung stehen, in einer gehärteten Version
hergestellt werden. Ausführlicher
wird hinzugefügt,
dass es außerdem
erforderlich ist, die Welle etwas stabiler herzustellen, als sie
bisher war, und die Stößel noch besser
an der Welle zu befestigen.
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Gemäß der Erfindung
zeichnet sich die zentrale Schmiervorrichtung dahingehend aus, dass
die Antriebsstößel und
die damit in Wechselwirkung stehenden Schubflächen wenigstens mit gehärteten Oberflächen gebildet
sind und dass die Lagergleitflächen
an einer Rückwand
in der Pumpeinheit unter Verwendung eines Bolzens montiert sind,
der die Einstellung der Position der Lagergleitfläche ermöglicht.
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Dadurch
wurde verwirklicht, dass es andererseits möglich ist, die Schmiervorrichtungen
im Wesentlichen in ihrer gegenwärtigen
Ausführungsform beizubehalten,
was selbstverständlich
ein beträchtlicher
Vorteil ist. Die Bereitstellung einer direkten Unterstützung einer
stabiler bemessenen Welle stellt die erforderliche Übertragung
eines genau definierten Hochdrucks für die Kolbenpumpen sicher,
und die gehärteten
Teile, die in Eingriff gelangen, sorgen für eine gute Verschleißfestigkeit
ihrer in Wechselwirkung stehenden Verschleißoberflächen.
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Bezüglich der
Verschleißfestigkeit
wird angemerkt, dass durch die Schmiervorrichtungen des Standes
der Technik ein merklicher Verschleiß an den Antriebsstößeln und
an den Kolben, die damit in Wechselwirkung stehen, oder an Schubflächen akzeptiert
worden ist, da dies lediglich eine kleine Änderung in dem Ölvolumen
zur Folge hatte, das pro Pumpenhub freigesetzt wurde. Hinsichtlich
der Erfindung ist die Situation unterschiedlich, da hier eine wesentliche
Funktion darin besteht, das Öl
unterhalb des erforderlichen hohen Zerstäubungsdrucks zu dosieren, wobei
nicht zerstäubtes Öl sehr unwirtschaftlich
genutzt wird.
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Durch
Experimente wurde festgestellt, dass sogar ein mäßiger Verschleiß an diesen
Teilen während
eines Hochdruckbetriebs einen entschieden negativen Einfluss auf
die Qualität
der Zerstäubung
des Öls
hat, und durch die Verwendung eines unveränderten Pumpenentwurfs wurden
Gründe
gefunden, festzustellen, dass insbesondere die vordere und die hintere
Wirkkante der Antriebsstößel der
stärksten Verschleißwirkung
ausgesetzt sind. Dies beinhaltet, dass die Stößel die Kolbenbewegungen mit
fortgesetzt stärker
gedämpften
Bewegungen beginnen und beenden, wodurch die Zeit beeinflusst wird,
während der
das Öl
bei den Düsen
unter ausreichendem Druck für
eine wirksame Zerstäubung
des Öls
steht.
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Durch
die Erfindung wird es folglich besonders wichtig, dass die Stößelkanten
besonders verschleißfest
hergestellt werden; es hat sich gezeigt, dass dies bereits durch
die allgemeine Verwendung von gehärtetem Stahl ausreichend erzielt
werden kann, es liegt jedoch im Umfang der Erfindung, andere Formen
einer bestimmten Verstärkung
gerade der betroffenen Stößel-Bereiche
bereitzustellen.
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Vor
diesem Hintergrund besteht durch die Erfindung sogar eine Möglichkeit,
dass bereits vorhandene Schmiervorrichtungen auf eine relativ einfache Weise
ohne jegliche grundsätzliche
Umstrukturierung für
den gewünschten
Hochdruckbetrieb abgeändert
werden können.
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Beschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend ausführlicher anhand
der Zeichnung erklärt,
in der:
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1 eine
Schnittansicht einer herkömmlichen
Schmiervorrichtung der maßgeblichen
Art ist,
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2 ein
Längsschnitt
davon ist,
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3 eine
Ansicht einer Schmiervorrichtung gemäß der Erfindung in Übereinstimmung
mit 1 ist, und
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4 eine
Teilansicht einer Stößelanordnung
in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist.
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Die
in 1 und 2 gezeigte Vorrichtung hat ein
kastenförmiges
Gehäuse 2,
das an einer vorderen Seite 4 eine Reihe von Kolbenpumpeinheiten 6 trägt, von
denen in 1 lediglich eine gezeigt ist. Die
Einheit hat ein Ventilgehäuse 8 mit
einem unteren Einlass für
Schmieröl,
einen mittleren Abschnitt zum Aufnehmen eines Kolbens 10,
der in das Gehäuse 2 vorsteht,
und einen oberen Auslass für
die so gebildete Kolbenpumpe. Über
eine Strömungsanzeige 12 ist
der Auslass mit einem oberen Verbindungsstutzen 14 verbunden,
und von der ganzen Reihe dieser Stutzen erstrecken sich Verbindungsrohre
zu den Schmierpunkten an dem zugeordneten Maschinenzylinder, z.
B. in einer Anzahl von 6–24.
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Die
Kolben 10 werden für
Gegendruck mittels Antriebsstößeln 16 an
einer durchgehenden Steuerwelle 18 betätigt, die mit der Nockenwelle
der Maschine synchron gedreht wird. Die Kolben werden nicht direkt,
sonder über
Schubflächen 20 an
jeweiligen Kipphebelarmen 22 betätigt, die um eine feste Achse 24 geschwenkt
werden und nach oben vorstehende Verlängerungen 26 aufweisen,
die an der Oberseite mit jeweiligen Stellschrauben 28 in
Wechselwirkung treten, die von der vorderen Wand nach innen vorstehen.
Die Kolben 10 sind nach innen gegen die Schubflächen 20 federbelastet,
die diese folglich nach innen gedrückt halten, bis jeweilige obere
Enden der Arme an den Stellschrauben 28 anliegen. Dadurch
wird für
jede Pumpeinheit die Anfangsposition festgelegt, von der die jeweiligen
Schubflächen 20 beim
Durchgang des zugeordneten Antriebsstößels 16 nach außen gedrückt werden.
Im Betrieb gibt es in der gezeigten Situation einen bestimmten Abstand
zwischen dem Armabschnitt 26 und der Stellschraube 28,
derart, dass die Schubfläche 20 während des
Stößel-Durchgangs
zur Betätigung
des Kolbens 10 nach außen
gedrückt
wird und nach diesem Durchgang unter der Einwirkung der Federkraft
des Kolbens zu der Ausgangsposition zurückkehren wird. Die Stellschrauben
können
hierbei betätigt
werden, um einzelne Arbeitshübe
der Kolben und dadurch die zugeordneten Leistungen der einzelnen
Pumpeinheiten festzulegen.
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Zuvor
wurde gezeigt, dass die Antriebsstößel 16 im Zusammenhang
mit der Erfindung besondere Aufmerksamkeit erfordern, und folglich
wird angemerkt, dass die Stößel herkömmlich genau
so hergestellt werden, wie es in 1 gezeigt
ist, und zwar als Teile von flachen Stangen, die nahe bei einem Ende
mit einem gebohrten Loch ausgebildet sind, um sie an der Steuerwelle 18 zu
montieren. Nach der Bohrung des Lochs wird die Lochkante aufgeweitet und
danach endbearbeitet, um sie sorgfältig an die Welle anzupassen,
wodurch der Stößelkörper auf einfache
Weise mittels eines Stifts befestigt wird. Wie es in 2 gezeigt
ist, wird die Steuerwelle 18 in Lagergehäusen 30 in
den Stirnwänden
des Gehäuses 2 aufgehängt, wobei
die feste Achse 24 in den gleichen Wänden mittels exzentrisch angeordneter
Endstifte 32 aufgehängt
ist, wodurch eine bestimmte Verlagerung der Achse 24 für gewünschte Einstellungen
ermöglicht
wird, die jedoch für
die Erfindung nicht besonders maßgeblich sind.
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Wie
es bereits erwähnt
wurde, kommt es durch die Erfindung zur Konfrontation mit dem Problem,
dass ein weitaus größerer Pumpendruck
erforderlich ist, als er bisher üblich
war, und dass sich die herkömmlichen
Pumpen angesichts dieses Zwecks als ungeeignet erwiesen haben. Im
Zusammenhang mit der Erfindung wurden viele Überlegungen bezüglich besser
geeigneter Konstruktionen angestellt, bis es sich überraschend
gezeigt hat, dass die herkömmliche
Grundkonstruktion tatsächlich
durch eine Kombination von relativ einfachen Abänderungen verwendet werden
kann, und zwar am besten wie folgt:
- a) Die
Steuerwelle 18 wird mit einem geringfügig vergrößerten Durchmesser in angepassten
Lagergehäusen 30 hergestellt,
derart, dass die Verwindung der Welle unter erhöhter Last auf einer annehmbaren
Höhe gehalten
werden kann.
- b) Sowohl die Antriebsstößel 16 als
auch die Kipphebelarme 22, 20 werden in einer
gehärteten
Version hergestellt, um ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
- c) Die Steuerwelle 18 wird in ihrer Querrichtung dadurch
stabilisiert, dass eine feststehende hintere Unterstützung für diese
Welle 18 in einem oder einigen der Zwischenräume zwischen
den Stößeln 16 mit
einer Pressverbindung zu der Rückwand
des Gehäuses
angeordnet wird; und
- d) Die Antriebsstößel 16 werden
auf eine abgeänderte
Weise an der Welle 18 befestigt.
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Anmerkung
zu a): Dies beruht auf einer Auswahl eines Fachmanns auf dem Gebiet,
die auf die vorherrschenden Bedingungen angepasst wird, d. h. Vorhersagen
für eine
bestimmte Dimensionierung können
hier schwer getroffen werden. Für
eine geringfügige
Anpassung kann es jedoch erforderlich sein, dass die Welle 18 trotz
eines vergrößerten Durchmessers
weiter in Lagergehäusen 30 mit
unverändertem
Außendurchmesser
aufgenommen werden kann, so dass es nicht unbedingt erforderlich ist,
die Gehäusekonstruktion
zu verändern.
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Anmerkung
zu b): Die geänderten
Druckbedingungen haben wesentlich stärkere mechanische Einwirkungen
im Pumpsystem zur Folge, es hat sich jedoch durch die Erfindung
gezeigt, dass dieses System im Wesentlichen unverändert bleiben
kann, wenn die hier besprochenen Teile in einer gehärteten Version
als ein Kombinationsmerkmal in Verbindung mit den anderen Änderungen
hergestellt werden. Die stark erhöhte Verschleißwirkung
erfolgt lediglich zwischen den Antriebsstößeln und den Kipphebelarmen, und
es hat sich überraschend
gezeigt, dass die herkömmliche
Konstruktion sehr gut beibehalten werden kann, wenn lediglich gehärtete Verschleißteile verwendet
werden.
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Anmerkung
zu c): Eine Vergrößerung des Durchmessers
der Steuerwelle 18 wie auch bei Punkt a) ist erforderlich,
um einer Verwindung der Welle über
ein vertretbares Maß hinaus
entgegenzuwirken, ein weiterer notwendiger Parameter ist jedoch
die Biegesteifigkeit der Welle, da der Betriebshub der Kolbenpumpen
direkt durch die Steuerwelle an sich stark beeinflusst wird, die
unter dem starken Gegendruck, der durch die Kolben über die
Kipphebelarme und die Antriebsstößel ausgeübt wird,
nach außen nachgibt.
Eine erforderliche Steifigkeit der Welle würde folglich einen beträchtlich
vergrößerten Wellendurchmesser,
um nicht zu sagen, eine vollständig
unterschiedliche Vorrichtungskonstruktion erfordern, es hat sich
hier jedoch als völlig
annehmbar erwiesen, dass das herkömmliche System beibehalten
wird, und zwar, wenn eine geeignete Anzahl von hinteren Unterstützungen
für eine
gleitende Unterstützung
der Welle zu der Rückwand
des Gehäuses
hinzugefügt wird,
wie es in 3 gezeigt ist. Im gezeigten
Beispiel bedeutet dies kurze Unterstützungsstangen oder Nieten 32,
die an der Welle 18 mit einer Lagergleitfläche 34 anliegen.
Bei kleineren Vorrichtungen kann es ausreichend sein, eine einzige
derartige hintere Unterstützung
bei dem Zentrum der Welle anzuordnen, andernfalls können jedoch
mehrere derartiger Unterstützungen
sehr gut vorgesehen sein.
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Anmerkungen
zu d): Wie es bereits erwähnt wurde,
ist die bekannte Weise zum Befestigen der Antriebsstößel zur
Verwendung in Verbindung mit gehärteten
Stößeln nicht
geeignet, es hat sich jedoch als recht sicher herausgestellt, eine
andere, in mancher Hinsicht einfachere Anordnung zu verwenden, und
zwar wie es in 4 gezeigt ist: Die Stößel 16 sind
mit einer Umfangsabmessung hergestellt, die etwas geringer ist als
die Dicke der Welle 18, und sie sind mit einem Bolzenloch 36 in
der Mitte und mit einem Paar Löcher 38 in
der Nähe
der Seiten hergestellt, wenn möglich,
etwas gegeneinander versetzt in Längsrichtung der Welle. Entsprechende
Löcher sind
in die Welle gebohrt, und hierauf kann eine sehr gute Befestigung
des Stößels erzielt
werden, indem Stifte in die Löcher 38 eingesetzt
werden und indem ein Bolzen in das Loch 36 versenkt geschraubt
wird. Stattdessen können
jedoch auch zwei oder mehrere Schrauben verwendet werden.
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Die
Erfindung umfasst vorzugsweise die gleichzeitige Verwendung der
angegebenen Änderungen,
es kann jedoch Grenzfälle
geben, bei denen z. B. drei der Änderungen
ausreichend sein können.
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Als
eine mögliche
Alternative zur Befestigung der Stößel 16 kann ein Basiselement
verwendet werden, das als Stößel und
Welle zusammen profiliert ist. Die Laufflächen der Unterstützungen
und der Lageroberflächen
in den Lagergehäusen 30 und
die Wellenenden können
dann durch Drehbearbeitung in eine zylindrische Gestalt geformt
werden.