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Durch ein gespanntes Druckmittel einstellbares Steuerungsorgan fürVerpuffungskammern,
insbesondere von Brennkraftturbinen Der Betrieb von Verpuffungskammern, insbesondere
für Brennkraftturbinen, erfordert Steuerungsorgane mit Steuerphasen, die während
der Druckspitzen auftreffen, mit denen Verbrennungsgase in .der Verpuffungskammer
erzeugt werden. So hat es sich beispielsweise als höchst vorteilhaft erwiesen, die
Auslaßorgane der Verpuffungskammer nach dem Eintreten der Verpuffung entgegen dem
höchsten Verpuffungsdruck der in der Verpuffungskammer gebildeten Verbrennungsgase
während einer bestimmten Zeitspanne geschlossen zu halten, um dem in der Verpuffungskammer
zunächst gebildeten Brennstoff-Luft-Gemisch Gelegenheit zu geben, möglichst völlig
zu verpuffen und dadurch zur Ausbildung eines möglichst hohen Verpuffungsdruckes
beizutragen. Erst wenn die als Verpuffung verlaufende Verbrennung völlig beendet
.ist, werden die Verbrennungsgase zur Abgabe ihres Arbeitsvermägens, insbesondere
zur Arbeitsleistung in einem Turbinenrad, über die nunmehr eröffneten Auslaßorganeder
Verpuffungskammer aus derselben entlassen. Die damit kurz gekennzeichneten Verhältnisse,
unter denen derartige Steuerungsorgane bei Verpuffungskammern arbeiten müssen, haben
es bereits mit sich gebracht, daß man zur Einstellung der Steuerungsorgane gespannte
Druckmittel verwendet, da mit derartigen gespannten Mitteln mit Leichtigkeit diejenigen
Schließ- oder Eröffnungskräfte ausgeübt werden können, die dadurch auftreten, daß
einzelne Steuerphasen in die Zeitspanne des Auftretens höchster Verpuffungsdrücke
fallen. Da durch die bauliche Gesamtanordnung der Verpuffungskammer und ihrer Teile
eine obere Grenze für die Größe der Einflußflächen gegeben ist, über die das gespannte
Mittel auf das Steuerungsorgan zur Wirkung gebracht wird, muß, um die aufzuwendenden
Schließ- oder Eröffnungskräfte verwirklichen zu können, die Spannung des Druckmittels
entsprechend gesteigert werden. Würde man nun ein Druckmittel derartiger Spannung
auf einen einzigen Steuerkolben zum Einfluß bringen und diesen Steuerkolben in gleicher
Weise zur Durchführung aller Steuerphasen benutzen, auch wenn diese in die Zeitspanne
des Auftretens hoher Verpuffungsdrücke fallen, so würde ein verhältnismäßig hoher
Verbrauch an hochgespanntem Druckmittel entstehen, der die Wirtschaftlichkeit des
Betriebes derartiger Anlagen empfindlich senken würde. Zur Vermeidung eines derartigen
Nachteiles ist vorgeschlagen worden, die Bewegungen des Steuerungsorganes dadurch
zu erzeugen,
da!a man ein verhältnismäßig niedriggespanntes Druckmittel
auf einen verhältnismäßig großen Steuerkolben wirken läßt, den Steuerrauen des Steuerungsorganes
aber noch vor den kritischen Steuerphasen, d. h. vor solchen Steuerzeitspannen,
die in den Bereich des Auftretens hoher Verpuffungsdrücke fallen, vom Zuritt des
medriggespannten Druckmittels abschlieiat und nunmehr einem Druckmittel hoher Spannung
den Weg zum Steuerraum eröffnet, damit durch dieses Druckmittel hofier Spannung
die während der kritischen Steuerphasen erforderlichen größeren Zuhalte- od--r Oftenhaltekräfte
entstehen. Diese Art der Ausbildung der Steuerungsorgane hat sich besonders zweckmäßig
bei den Auslaßorgane>i von Vei-puftungs1,a:nmern erwiesen, weil diese Organe, wie
bereits bemerkt, während des Auftretens der höchsten Druckspitze der Verbrennungsgase
und während einer kurzen Zeitspanne hinterher geschlossen gehalten «-erden. Wählt
man die Bauart des Auslaßorganes so, daß der Druck der Verbrennungsgase die Eröffnungsbewegung
des Organes mitunterstützt, indem die gespannten Verbrennungsgase auf die Unterschiedsfläche
zwischen Ventilspindel und Ventilteller wirken, so erreicht man dabei durch die
auf das Auslaßorgan ausgeübten hohen Beschleunigungskräfte aulierordentlich schnelle
Eröffnungsbewegungen des Auslaßorganes und damit kurze Eröffnungszeiten, also geringe
Drosselverluste. Bei derartigen Auslaßorganen wird also durch die bereits vorgeschlagene
Steuerung erreicht, daß die verltältnisiiläl,ig grollen Druckmittehnengen, die während
der eigentlichen Eröftnungs- utld Schliel,beti-egungcii des Ventils erforderlich
werden, nur mit geringer Spannung angeliefert zu werden brauchen, während in der
Zeitspanne, in der das hochgespannte Druckmittel auf den Steuerkolben zum Zwecke
der Zuhaltung des Ausfallorganes gegen den holten Druck der Verbrennungsgase zur
Wirkung gebracht ist, der Steuerkolben ruht, womit der Verbrauch an dem hochgespannten
Druckmittel auf die verhältnismäßig geringe Lechntenge beschränkt bleibt, die entlang
dein Steuerkolben und der Steuerkolbenführung durchzutreten vermag. Das Ziel, die
Beseitigung eines unnötig hohen Verbrauches an hochgespanntem Druckmittel, wird
also bei der bekannten Steuerungsausbildung voll erreicht. Jedoch in Kauf zu nehmen
ist die Notwendigkeit der Absperrung des Steuerraumes vom Druckmittel niedrigerer
Spannung und die Umschaltung auf das Druckmittel höherer Spannung sowie die plötzliche
Entlastung von diesem Druck bei dem Eröffnungsvorgang des Auslaßorganes, der außerdem
so gestaltet werden muß, daß er auch beim Ausbleiben einer Verpuffung regelmäßig
abläuft. Zur völligen Beherrschung dieser Vorgänge sind verhältnismäßig verwickelte
Steuerungseinrichtungen notwendig, deren Beseitigung unter voller Erhaltung der
bereits erreichten Vorteile vorliegender Erfindung zur Aufgabe gesetzt ist.
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Die erfindungsgemäß ermittelte Lösung der gestellten Aufgabe kennzeichnet
sich dadurch, daß das Steuerungsorgan außer dem seine Bewegungen hervorrufenden
Steuerkolben einen Zusatzkolben besitzt, der in den kritischen Steuerphasen dem
Einfluß gespannten Druckmittels unmittelbar und in der gleichen Richtung ausgesetzt
ist. wie der Steuerkolben, so daß der Zusatzkolben zu den durch diesen ausgeübten
Zu- oder Offenhaltekräfte zusäxzliche Zu- oder Offenhaltekräfte erzeugt. Mit dieser
einfachen X-Iaßnahine gelingt es, die erforderlichen hohen Schließ- oder Eröffnungskräfte
des Steuerungsorganes zu verwirklichen, den Verbrauch an hochgespanntem Druckmittel
auf eine Mindestmenge zu beschränken und einen überaus einfachen Auf-, bau des gesamten
Steuerungsorganes zu erzielen, der sich in günstigster Weise auf die ungestörte
Erhaltung seiner vollen Betriebssicherheit und in der gleichen Weise auf die Lebensdauer
des Steuerungsorganes auswirkt.
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Da die neue Ausbildung des Steuerungsorganes vorzugsweise für die
Auslaßorgane von Verpuffungskammern in Betracht kommt, die gegen den hohen Druck
der in der Verpuffungskanimer eingeschlossenen Verbrennungsgase zugehalten werden
müssen, sind zur weitgehenden Ersparnis an Druckmittel zweckmäßig Einrichtungen
vorgesehen, die den Zusatzkolben, der bei unter einheitlicher Spannung stehendem
Druckmittel für Steuer-und Zusatzkolben vorteilhaft eine größere Einflußfläche als
der Steuerkolben besitzt, dein Einfluß von gespanntem Druckmittel nur in praktisch
geschlossenem Zustand des Steuerungsorganes aussetzen.
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Besondere Maßnahmen sind jedoch erforderlich, um zu verhindern, claß
der wie der Steuerkolben auf beiden Seiten dem Einfluß von Druckmittel ausgesetzte
Zusatzkolben eine unerwünschte Dämpfung der Steuerbewegungen des Steuerorganes hervorruft.
Diese Maßnahmen bestehen in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens in ,der
Anordnung von Cberströnikanälen für in den Grenzlagen des Zusatzkolbens auf beiden
Seiten desselben befindliches ge- oder entspanntes Druckmittel oder beider Druckmittel
in Verbindung mit Einrichtungen zur Eröffnung dieser Kanäle spätestens in dem Zeitpunkt
des Beginnes einer neuen Steuerphase. Sobald also unter dem Einfluß der über den
Steuerkolben eingeleiteten Bewegung des Steuerungsorganes
der Zusatzkolben
die gleiche Bewegung ausführt und in dieser Bewegung durch das vor und hinter ihm
befindliche Druckmittel gehemmt würde, sind für dieses Druckmittel Überströmkanäle
freigelegt worden, durch die es je nach der Bewegungsrichtung des Zusatzkolben.s@
in die Räume vor und hinter dem Zusatzkolben treten kann, womit die Dämpfung weitest
gehend vermindert ist, da man es durch ausreichend große Bemessung des Querschnittes
der Überströmkanäle ohne weiteres in der Hand hat, die Widerstände bis auf die innere
Reibung des gespannten Mittels -bei Verwendung von Flüssigkeiten als- Druckmittel,
also bis auf die Flüssigkeitsreibung, zu vermindern. Zweckmäßig sind jedoch Vorrichtungen
zur Absperrung des Zutritts von gespanntem Mittel zum Zusatzkolben spätestens im
Zeitpunkt der Eröffnung der überströmkanäle vorgesehen, damit eine Störung der weiteren
Steuervorgänge durch Einwirkung des gespannten Druckmittels auf den Zuhaltekolben
auch ein Verlust an gespanntem Druckmittel vermieden ist.
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Um jedoch ohne Rück%icht auf die Verminderung der Dämpfung die Größe
der Überströmkanäle in einem Ausmaß zu halten, daß alle baulichen Schwierigkeiten
und Nachteile vermieden bleiben, ist es äußerst vorteilhaft, zwischen den Grenzlagen
des Kolbens eine Erweiterung der Kolbenführung vorzusehen, die zweckmäßig die Wirkung
eines vorzugsweise für beide Grenzlagen des Zusatzkolbens gemeinsamen überströmkanals
während des größten Teiles des Kolbenhubes unterstützt und ergänzt. Sobald also
der Zusatzkolben in diese Erweiterung eintritt, nachdem vorher. durch Eröffnung
der Überströmkanäle seine Bewegung nahezu dämpfungslos eingeleitet worden ist, kann
das vor und hinter dein Zusatzkolben befindliche Druckmittel in den durch die Erweiterung
freigelegten Querschnitten um den Zusatzkolben herum strömen und, soweit es durch
die Bewegung des Zusatzkolbens verdrängt worden ist, in die frei gewordenen Räume
eindringen, womit inmitten der eigentlichen Eröffnungs- und Schließbewegungen die
Bewegungs«iderstärde weitest gehend vermindert worden sind. Es ist jedoch zweckmäßig,
daß die Erweiterung in die der Formgehung des Zusatzkolbens völlig angepaßte Kolbenführung
vor ,der Mündung außerhalb der beiden Grenzlagen des Zusatzkolbens in die Kolbenführung
einmündender, das verdrängteDruckmittel abführender und zweckmäßig als Teile der
Überströmkanäle ausgebildeter Leitungen übergeht, damit am Schluß derjenigen Bewegung
des Zusatzkolbens, die entgegengesetzt zur bisher betrachteten Bewegung gerichtet
ist, kurz bevor der Zusatzkolben seine Grenztage erreicht, ein starkes Ansteigen
der Dämpfung bewirkt wird, womit der Vorteil entsteht, daß die Bewegung des Steuerungsorganes
gut abgep.uffert wird. Ohne diese Maßnahme würden sich die infolge der großen Beschleunigungen
des Steuerungsorganes erheblichen Bewegungsenergien desselben in andere Energiearten,
insbesondere in Formänderungsarbeit und Schalleistungen, umsetzen, was unerwünscht
ist. Die Dämpfung kann noch dadurch gesteigert werden, daß in den Abführungswegen
für das verdrängte Druckmittel Drosselstellen vorgesehen sind, durch deren Einstellung
jeder. gewünschte Dämpfungsgrad eingestellt werden kann.
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Besondere Vorteile ergeben sich durch die an sich bekannten Anordnung
eines Vorsteuerkolbens, der unter dem Einfluß über einen Druckmittelverteiler oder
ähnliche Mittel rhythmisch zugelassenen gespannten oder entspannten Druckmittels
zwei Endlaben einnimmt, in denen gespanntem Druckmittel abwechselnd der Zutritt
zur einen oder anderen Seite des Steuerkolbens eröffnet ist, wobei weitere Steuerungskanäle
im Vorsteuerkolben angeordnet sind, die im Zeitpunlct oder Umsteuerung des Vorsteuerkolbens
den in die Erweiterung der Kolbenführung einmündenden gemeinsamen Uberströmkanal
mit der Leitung verbinden, die außerhalb der gerade vom Zusatzkolben eingenommenen
Grenzlage in die Kolbenführung einmündet. Es eröffnet also der Vorsteuerkolben in
jeder seiner Grenzlagen, abgesehen von der zweckentsprechenden Beeinflussung des
Steuerkolbens selbst, denjenigen überströmkanal, der eröffnet werden muß, damit
(die mit der folgenden Bewegung des Steuerkolbens synchron und gleichsinnig verlaufende
Bewegung des Zusatzkolbens praktisch dämpfungsfrei erfolgt.
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Wählt man die Anordnung eines derartigen Vorsteuerkolbens, so erscheint
es verhältnismäßig naheliegend; durch diesen Vorsteuerkolben nicht nur das gespannte
Druckmittel zu steuern, das auf den Steuerkolben zum Einfluß gebracht werden soll,
sondern dem-Einflußdieses Vorsteuerkolbens auch dasjenige Druckmittel zu unterwerfen,
das auf den Zusatzkolben zur Wirkung kommen soll. Eine weitgehende Vereinfachung
ergibt sich aber nach weiteren, vorliegender Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen
dadurch, daß Einrichtungen vorgesehen werden, über die der Steuerkolben selbst in
einer seiner Grenzstellungen dem diese Grenzstellung erzivingenden, zu ihm zugelassenen
gespannten Druckmittel den Weg zum Zusatzkolben freigibt. Dadurch fallen besondere
Vorrichtungen am Vorsteuerkolben und der den Vorsteuerkolben
aufnehmenden
I%lbenführung weg. Diese Einrichtungen bestehen beispielsweise aus einer Eindrehung
der Steuer- und Zusatzkolben verbindenden Kolbenstange in Verbindung mit einer Erweiterung
der Kolbenstangenfüllrung, die mit dem Steuerraum derjenigen Steuerkolbenseite in
Verhindung steht, die unter dem Einfloß des zugelassenen gespannten Mittels zu einer
Steuerkolbenstellung führt, in der die Mitwirkung des Zusatzkolbens erforderlich
ist. Die Länge der Eindrehung der Kolbenstange ist dabei dadurch bestimmt, daß beim
Eintritt des Zusatzkolbens in die vor der Umsteuerung mit gespanntem Druckmittel
aufgefüllte Erweiterung seiner Führung die Verbindung zwischen den Steuerräumen
von Zusatz- und Steuerkolben unterbrochen ist. Durch diese Maßnahme wird zugleich
in einfacher Weise die bereits als vorteilhaft bezeichnete Möglichkeit verwirklicht,
den Zusatzkolben unmittelbar nach Ablauf der Steuerphase, in der seine Mitwirkung
erforderlich war, vom gespannten Druckmittel zu entlasten, dadurch seine weitere
Bewegung von den erhöhten Reibungswiderständen des gespannten Druckmittels frei
zu machen und einem unnötigen Verlust des gespannten Mittels selbst in günstiger
Weise vorzubeugen.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel
des Düsenventils einer Verpuffungskammer, und zwar gibt Abb. i einen senkrechtenLängsschnitt
durch das Ventil in geschlossenem Zustand wieder, während Abb.2 das giei,lie Ventil
in geöffnetem Zustand darstellt.
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In beiden Abbildungen bezeichnet i Iden Ventilteller des Düsenventils,
2 die Ventilspindel, 3 den Steuerkolben des Ventils 1, 2 und .I den erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Zusatzkolben, der in den kritischen Steuerphasen dein Einfloß gespannten
Druckmittels ausgesetzt ist. Im geschlossenen Zustand des Ventils legt sich der
Ventilteller i gegen den im Gehäuse 5 vorgesehenen Ventilsitz 6 und schließt dabei
den Gehäusehohlraum 7 ab. Dieser Gehäusehohlraum 7 steht über den Flansch 8 des
Gehäuses 5 mit dem Innenraum der nicht gezeichneten Verpuffungskammer in Verbindung,
während sich an den den Ventilsitz 6 enthaltenden Flansch 9 des Gehäuses 5 der ebenfalls
nicht gezeichnete Düsenkasten anschließt; in welchem beispielsweise die das Laufrad
einer Turbinenradanordnung beaufschlagenden Düsen vorgesehen sind.
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In dem auf das Gehäuse 5 aufgesetzten Ventilgehäuse io ist zunächst
der Vorsteuerkolben i i in einer zylindrischen Führung 12 verschiebbar angeordnet.
Der Vorsteuerkolben i i steht einerseits unter dem Einfloß von gespanntem oder entspanntem
Druckmittel, das über die Leitung 13 rhythmisch, beispielsweise über einen
nicht gezeichneten Verteiler für gespanntes oder entspanntes Druckmittel, zugelassen
wird, während er andererseits der Wirkung des Kolbens 14 ausgesetzt ist, der über
Leitung 15 ständig dem Druck eines gespannten Druckmittels unterworfen ist. Der
Vorsteuerkolben i i ist als Hohlkolben ausgebildet. Sein Hohlraum 16 steht über
Öffnungen 17 und dein Steuerraum 18 mit einer Abfuhrleitung i9 für entspanntes Druckmittel
in Verbindung.
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In dem Vorsteuerkolben i i sind eine Reihe von Steuerausnelimungen
vorgesehen. Am unteren Ende des Vorsteuerkolbens befindet sich zunächst eine ringförmige
Ausnehmung 20, die in der in Abb. i gerade gezeichneten Stellung eine Verbindung
zwischen der Leitung 21 und dem Steuerraum 22 herstellt, der durch die untere Seite
3' des Steuerkolbens 3 begrenzt ist. Steuerraum 22 steht dabei mit der Vorsteuerlcolbenausnehinulig2o
durch den Kanal 23 in Verbindung. Die Leitung 21 ist an eine ein gespanntes Druckmittel
ständig anliefernde Druckmittelquelle angeschlossen. Als gespanntes Druckmittel
kommt dabei vorzugsweise Preßöl in Betracht, das mit dem einheitlichen Druck voll
20 bis 5o Atm, angeliefert wird.
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Der Vorsteuerkolben i i besitzt eine zweite ringförmige Steuerausnehmung
2.4, die in der in Abb. i gezeichneten Stellung des Vorsteuerkolbens » gerade dem
Kanal 25 gegenüberliegt, der zu dem Steuerraum 26 führt, der durch die Oberseite
3" des Steuerkolbens 3 abgeschlossen ist.
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Außer den Ringausnehinungen 20 und 2,4 besitzt der Vorsteuerkolben
1:I zwei Bohrungen 27 und 28, welche seinen Hohlraum 16 mit in die Kolbenführung
einmündenden Kanälen in Verbindung bringen können. So liegt beispielsweise in der
Stellung der Abb. i der Bohrung 28 die im Gehäuse io angeordnete Leitung 29 gegenüber,
die den oberhalb des Zusatzkolbens .I gelegenen Steuerrahm 30 mit dein Hohlraum
16 des Vorsteuerkolbens i i und damit über die Bohrung 17 und den Steuerraum 18
mit der Abflußleitung i9 in Verbindung bringt. Eine weitere Ringausnehmung 31 des
Vorsteuerkolbens verbindet in der Stellung des Vorsteuerkolbens, die in Abb. i veranschaulicht
ist, die beiden Kanäle 32 und 33, die im Gehäuse io angeordnet sind und in eine
Erweiterung 3d. der Führung 35 des Zusatzkolbens q. oder in den Steuerraum 36 einmünden.
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Die Ventilspindel 2 verbindet den Steuerkolben 3 mit dein Arbeitskolben
a und dient gleichzeitig als Kolbenstange bei 37 und 38
zur Führung
beider Kolben im Gehäuse io. Der zwischen den Kolben gelegene, als Kolbenstange
anzusprechende Teil der Spindel besitzt bei 39 eine Eindrehung, der eine Ausnehmung
40 in der Kolbenstangenführung 37 entspricht. Diese Ausnehmung.steht über den Querkanal
41 und: den Längskanal 42 mit dem Steuerraum 22 in Verbindung. Der dem Steuerkolben
3 näher gelegene Teil der Kolbenstange ist dabei mit 2', der näher zum Zusatzkolben
zu gelegene Teil der Kolbenstange mit 2" bezeichnet worden.
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Die so beschriebene Einrichtung weist folgende Wirkungsweise auf.
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In der in Abb. i dargestellten Versc'hlußlage des Düsenventils 1,
2, in ider der Ventilteller i desselben nach Durchführung der Aufladung der Verpuffungskammer
mit Brennstofi-Luft-Gernisch und nach Entzündung desselben gegen den hohen Verpuffungsdruck
der in der Verpuffungskammer erzeugten Verbrennungsgase über die Ventilspindel2
zugehalten werden muß, ist Leitung 13, beispielsweise über den nicht gezeichneten,
bereits erwähnten Preßölverteiler, vom Zutritt des Preßöls entlastet worden. Dadurch
drückt das über Leitung 15 ständig zugelassene Preßöl den Kolben 14 nach unten,
womit der Vorsteuerkolben i i die in Abb. i gezeichnete Lage erreicht. In derselben
wird er durch einen ringartigen Vorsprung 43, der an seinem oberen Ende vorgesehen
ist, erhalten. In dieser Stellung des Vorsteuerkolbens eröffnet er dem über Leitung
-->i ständig z.ugelassenenPreßö:l über seineRingausnehmung 2o den Weg zum Kanal
23 und damit zu dem Steuerraum 22, der durch die untere Seite 3' des Steuerkolbens
3 abgeschlossen ist. Der Steuerkolben 3 ist also dem Einfluß des über Leitung 2i
zugelassenen Preßöls derart ausgesetzt, daß das Düsenventil 1, 2 die gezeichnete
geschlossene Lage einnehmen mußte. In dieser Verschlußlage des Ventils 1, 2 ist
aber der Teil 2" der Kolbenstange aus der kurzen Kolbenstangenführung
44 zwischen Steuerraum 36 und Ausnehmung 40 @in der Kolbenstangenführung
37 herausgetreten, so daß Tiber den dadurch freigelegten Querschnitt 39 eine Verbindung
zwischen Steuerraum 36 und Ausnehmung 4o hergestellt isst. Dadurch ist dem im Steuerraum
22 befindlichen Preßöl über die Kanäle 42 und 41 der Zutritt zum Steuerraum 36 eröffnet
worden, so daß der gesamte Steuerraum 36 unter der Spannung dieses Preßöls steht.
Dieses Preßöl erfüllt auch die Erweiterung 34 der Zusatzkolbenführung 35 unterhalb
des Zusatzkolbens, so daß dieser unter dem vollen Ednfluß des Preßöls steht und
vermöge seiner großen Einflußfläche eine zur Schlußkraft des Kolbens 3 zusätzliche
Schließkraft auf die Ventilspindel 2 ausübt, durch die der Ventilteller i entgegen
der Wirkung der :höchsten auftretenden Verpuffungsdrücke gegen den Ventilsitz 6
mit dem zur ausreichenden Dichtung erforderlichen Anpreßdruck gezogen wird. Die
Kanäle 32 und 33 sind durch die Rdngausnehmung 31 des Vorsteuerkol:bens i i zur
Verbindung gebracht. Die Führung 12 des Vorsteuerkolbens ii schließt aber den Ringraum
31 völlig ab, so daß .das Preßöl in den Räumen 36 und 34 die geschilderte Wirkung
zu entfalten vermag.
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Die in Abb.2 dargestellte Öffnungslage wird, ausgehend von dem in
Abb. i veranschaulichten Zustand des Ganzen, wie folgt erreicht: Durch den nicht
gezeichneten Drehschieber ist der Vorsteuerkolben über Leitung 13 nunmehr der Wirkung
des Preßöls ausgesetzt worden. Da die untere Einflußfläche 45 des Vorsteuerkolbens
größer ist als die Einflußfläche 46 des Kolbens 14, wird also der Vorsteuerkolben
durch das über Leitung 13 zugelassene Preßöl in die ,in Abb. 2 eingezeichnete Stellung
entgegen der durch den Kolben 14 ausgeübten Kraftwirkung verlegt, .in der er durch
Anlage des Bundes 14 des Kolbens 14 an den Deckel 53 der den Vorsteuerkolben i i
aufnehmenden Führung 12 erhalten wird. Das bei dieser Bewegung des Vorsteuerkolbens
verdrängte Preßöl wird über Leitung i9 abgeführt. Durch die so beschriebene Verstellung
des Vorsteuerkolbens kommt die bisher durch die Führung 12 des V orsteuerkolbens
abgeschlossene Bohrung 27 des Vorsteuerkolbens mit dem Kanal 33 in Verbindung,
so daß die mit Praßüi gefüllten Steuerräume 36 und 34 dadurch entlastet wenden,
daß sie über Kanal 27 mit dem Hohlraum 16 des Vorsteuerkolbens i i verbunden sind,
der seinerseits über die Bohrungen 17 und den Raum 18 mit der Abflußleitung i9 für
das Preßöl in Verbindung steht. Weiter gerät Ringausnehmung 51 des Vorsteuerkolbens
i,i in die dem Kanal 23 :gegenüberliegende Lage, in der dieser über Bohrung 52,
Hohlraum 16, Bohrungen 17 und Raum i8 mit der Abflußleitung i9 in Verbindung steht.
Es ist also in den Steuerräumen 36, 34 und 22 im Zeitpunkt der Umsteuerung des Vorsteuerkolbens
eine plötzliche Preßölentlastung eingetreten. Im Zeitpunkt der Umsteuerung ist außerdem
der Steuerraum 37, der durch die obere Seite des Steuerkolbens 3 abgeschlossen.
ist, über Kanal 25 und Ringausnehmung 2o des Vorsteuerkolbens i i mit der Zuführungsleitung
21 für Preßöl in Verbindung gesetzt worden, so daß die obere Einflußfläche des Steuerkolbens
der Wirkung des Preßöls ausgesetzt ist, womit der Steuerkolben 3 .die Eröffnungsbewegung
des Ventils 1, 2 einleitet und bis zu der
in Abb.2 veranscbaulichten
Endstellung durchführt. Dieser Eröffnungsvorgang war dabei in keiner Weise durch
den Zusatzkolben d. gedämpft worden, wie aus der Darstellung der Steuerungsvorgänge
hervorgeht, die sich in bezug auf den Zusatzkolben .1 abgespielt haben.
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Diese Steuerungsvorgänge sind dadurch gegeben, daß durch die Rin gausnehmung
31 des Vorsteuerkolbens i i die Kanäle 29, 32 miteinander verbunden worden waren.
Dadurch war die 'Möglichkeit der Cberströniung des Steueröls in den Steuerraum
30 gegeben, Glas durch Eindringen des Zusatzkolbens d. in den Steuerrahm
34 %`erdrängt wurde. Die L'1>erströinkanäle 32, 31, 29 ermöglichen also, daß die
durch den Steuerkolben 3 eingeleitete und auf den Zusatzkolben übertragene Bewegung
durchgeführt «-erden kann, ohne da13 der Bewegung des Zusatzkolbens d. andere Kräfte
als die Strömungswiderstände des aus dem Steuerraum 34 zum Steuerrauen
30 übertretenden Steuermittels entgegenstreben. Sobald die oberste Abschlußkante
.17 des Kolbens d. die unterste Kante 48 .der Zusatzkolbenführung 35 überschliffen
hat, tritt eine weitere Senkung der an sich schon geringfügigen Bewegungswiderstände
dadurch ein, daß zwischen den Steuerkanten 47 und .18 durch die Erweiterung 3.1
der Zusatzkolbenführung 35 freie Querschnitte eröffnet werden, durch welche das
aus dein Steuerrauen 34 verdrängte Steuermittel unter Umgehung der t-berströnikanäle
32, 12, 29 unmittelbar in den Raum oberhalb des Zusatzkolbens d einzudringen vermag.
Diese Querschnitte erweitern sich mehr und mehr, da die Erweiterung 3.1 etwa in
der 'Mitte des für beide Grenzlagen gemeinsamen Überströinkanals 32 ihren größten
Durchmesser besitzt, so daß während des größten Teiles der Bewegung des Steuer-
und Zusatzkolbens nahezu volle Dämpfungsfreibe.it besteht. Erst wenn sich die untere
Abschlußkante 4.9 des Kolbens-1 der oberen Steuerkante 50 der nach unten
an die Erweiterung 3.1 angeschlossenen Kolbenführung mehr und mehr nähert, wachsen
entsprechend der zunehmenden Drosselung des zwischen den Kanten 49 und So austretenden
Steueröls die Bewegungswiderstände langsam. Eine unmittelbare Dämpfung der Bewegung
wird aber erst erreicht, wenn die Kante 49 des Zusatzkolbens .1 die Steuerkante
So (Abb. i) der Zusatzkolbenführung überschleift. Erst von diesem Zeitpunkt ab ist
nämlich dem durch die Zusatzkolbenbewegun.g verdrängten Steuermittel die Gelegenheit
genommen, um den Zusatzkolben herum von unten nach oben zu strömen, sondern dieses
Steuermittel muß nunmehr durch den Kanal 33 abströmen. Diesem Kanal
33 liegt bei der angenommenen Stellung des Vorsteuerkolbens die Bohrung 27
desselben gegenüber, so daß das Steuermittel durch diese Bohrung und den Hohlraum
des Vorsteuerkolbens sowie durch die Bohrungen 17 und den Raum 18 ohne weiteres
in die Abflußleitung i9 übertreten kann. Die Bohrurig 27 weist aber einen erheblich
geringeren Durchmesser als der Kanal 33 auf, so daß durch die so erzwungene
starke Drosselung des aus dem Steuerraum 36 austretenden Steuermittels eine kräftige
Abpufferung 'der Ventilbewegung erreicht wird, die erforderlich ist, damit sich
das erhebliche Arbeitsvermögen, welche das Ventil vermöge seiner Masse und der hohen
ihm erteilten Beschleunigungen besitzt, nicht plötzlich vernichtet oder in Formänderungsarbeit
und Schallleistung umgesetzt wird. Durch entsprechende Bemessung der Bohrung 27
hat man es dabei in der Tand, jeden gewünschten Grad an Dämpfung einzustellen, wie
man umgekehrt durch entsprechende Bemessung der Kanäle 29 und 32 die Bewegungswiderstände
in der gewünschten Weise herabsetzen kann. Das gleiche gilt für den Cberströmkanal33,
da er in derselben Weise wie der Kanal 29 bei der umgekehrten Bewegungsrichtung
des Ventilkörpers wirkt. Die Dämpfung der Ventilbewegung ist um so mehr erforderlich,
weil die Erölinungsgeschwindigkeit des Ventils nicht nur durch den auf die Oberseite
3" des Steuerkolbens 3 wirkenden Preßöldruck, sondern darüber hinaus durch die zusätzlichen
Kräfte bestimmt ist, die dadurch entstehen, daß die Verbrennungsgase zunächst mit
ihrem vollen Druck, dann finit langsam nachlassendem Druck auf die Unterschiedsfläche
zwischen Ventilteller i und Spindel 2 wirken.
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Zu Beginn der Eröffnungsbewegung des Düsenventils war dabei noch der
Steuerraum 22 über die Kanäle 42, 4 1 und die A.usnehniung 39 mit dem Steuerraum
36 verbunden gewesen. Diese Verbindung wurde jedoch in dem Zeitpunkt aufgehoben,
in dem die Kante .17 des Zusatzkolbens ,4 die Steuerkante .18 dgr Zusatzkolbenführung
überschliff. In diesem Zeitpunkt trat nämlich der Kolbenstangenteil 2" in die Ausnehmung
.L4 ein und schloß die Ausnehmung 39 dadurch vom- Steuerraum 36 ab, so daß auch
ohne unmittelbare Entlastung des Steuerraumes 36 über 33, 2:I, 16, 17, 18 und i9
der Zutritt von Preßöl zum Zusatzkolben :l rechtzeitig abgesperrt worden wäre.
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In sinngemäß umgekehrter Reihenfolge wickelt sich der Schließvorgang
des Düsenventils, ausgehend von der Eröffnungslage der Abb. 2, ab, wobei der endgültige
Verschlußzustand durch die Darstellung der Abb. i gegeben ist.
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Eingeleitet wird die Verschlußbewegung dadurch, daß die Preßölleitung
13 über den
mehrfach genannten Verteiler oder ähnlich wirkende Mittel
vom Preßöl;druck entlastet wird. Dadurch überwiegt die über den Kolben 14 auf den
Vorsteuerkolben ausgeübte Kraft, und der Vorsteuerkolben nimmt die in Abb. i gezeichnete
Lage ein. Dadurch wird der Steuerräum 22 über Kanal 23 und Ringausnehmung 20 unter
den Einfluß des über Leitung 21 zugelassenen Preßöls :gebracht, so daß die untere
Seite 3' des Steuerkolbens 3 dem Einfluß dieses Preßöls ausgesetzt wird, womit eine
nach oben gehende, zum Verschluß des Ventils führende Ventilbewegung eintritt. Diese
Bewegung wird durch den Zusatzkolben 4 nicht gedämpft, da die Ringausnehfnung 31
die überströmkanäle 33 und 32 miteinander verbunden hat, so daß das aus dem Raum
34 verdrängte Steueröl über Ringausnehmung 31 und Kanal 33 mit geringstem Bewegungswiderstand
in den Steuerraum 36 überzutreten vermag. Unmittelbar darauf überschleift die Kante
49 des Zusatzkolbens 4 die Steuerkante 5o (Abb. i), so daß zu den Querschnitten
der Überströmkanäle 32 und 33 zusätzliche freie Querschnitte um den Zusatzkolben
herum zwischen den Steuerkanten 49 und 5o, hervorgerufen durch die Erweite= rung
34 der Kolbenführung 35, auftreten. Etwa in dem Zeitpunkt, in .dem die so hervorgerufene,
nahezu dämpfungsfreie und erst zuletzt etwas abgedämpfte Ventilbewegung dazu führt,
daß die Kante 47 ,des Zusatzkolbens 4 die Steuerkante 48 überschleift, womit derselbe
Abpufferungsvorgang entsteht, der bereits für die Eröffnungsbewegung des Ventils
damgestellt worden ist, in diesem Falle .drosselt die Bohrung 28 des Vorsteuerkolbens
das über Kanal 29 austretende, durch die Bewegung des Zusatzkolbens 4 verdrängte
Steueröl, überschleift die untere Kante des Kolbenstangenteils 2" die oberste Kante
der Kolbenstangenführung 4:#, womit dem im Steuerraum 22 befindlichen Preßöl über
die Kanäle 42 und 41 und Ausnehmung 4o der Weg zu den Steuerräumen 36 und 34 eröffnet
ist. Da die Kanäle 32 und 33 durch die Ringausnehmung 31 miteinander verbun-'den
sind, die Ringausnehmung 31 selbst durch die Führung des Vorsteuerkolbens allseitig
begrenzt ist, kann sich also .der volle Druck des so den Steuerräumen 36, 34 zugelassenen
Preßöls auf den Zusatzkolben 4 auswirken, womit dessen volle Schließkraft zusätzlich
zur Schließkraft des Steuerkolbens 3 entsteht. Diese Schließkraft entsteht trotz
der plötzlichen Zulassung des Preßöls zu den Steuerräumen 36, 34 nur allmählich,
wenn auch nur kurzzeitig, da sich an das Überschleifen der Kanten 47 und 48 zunächst
der bereits erwähnteAbpufferungsvorgang anschließt. Man erreicht also ein völlig
stoßloses Einsetzen der Ventilschlußkräfte mit entsprechender Schonung der gesamten
Ventileinrichtungen und dadurch hervorgerufener Vergrößerung der Zuverlässigkeit
und Lebensdauer aller Teile der Ventilsteuerung.
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Aus den Darlegungen der Wirkungsweise des neuen Düsenventils ergibt
sich, daß die Schließkräfte des Ventils denjenigen eines Ventils mit einem einzigen
Steuerkolben entspricht, dessen Fläche gleich der Summe der Einflußflächen von Steuer-
und Zusatzkolben ist. Es besteht jedoch der maßgebliche Unterschied, daß bei :dem
gemäß vorliegender Erfindung ausgebildeten Ventil nur so viel Hochdrucköl verbraucht
wird, als zur Bewegung des verhältnismäßig kleinen Steuerkolbens 3 erforderlich
ist, zuzüglich der geringfügigen Menge an Hochdrucköl, die der Zusatzkolben 4 für
die Zurücklegung der kleinen Wegstrecke nach Verbindung des Steuerraumes 36 mit
dem Steuerraum 2z verbraucht hat. Die Ersparnis an Hochdrucköl, d. h. die Ersparnis
an Leistung, welche zur Erzeugung des Hochdrucköls erforderlich ist, ist also ganz
beträchtlich, ohne daß der Steuervorgang selbst irgendwie beeinträchtigt wird. Im
Gegenteil, es ergeben die großen Umströmungsquerschnitte des Zusatzkolbens geringere
Strömungswi.derstänide, als sie bei der Zu- und Ableitung des Hochdrucköls erreicht
werden könnten. Weiter ist man in der Lage, mit dem Zusatzkolben die Abpufferungsvorgänge
vorzüglich zu beherrschen und in der beliebigsten Weise einzustellen. Das Ventilganze
nimmt im Gegensatz zu der Vielheit der durch dasselbe durchgeführten und beherrschten
Steuervorgänge äußerst einfache und übersichtliche Formen an, die dien besonderen
Vorteil einer leichten Ein- und Nachstellbarkeit besitzen.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, daß die im Ausführungsbeispiel bevorzugt
behandelten Mittel zur Erzeugung eines hohen Schließdruckes sinngemäß angewandt
werden können, um das Ventil geigen die Wirkungen der hochgespannten Verbrennungsgase
zu eröffnen oder offen zu halten.