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Ventilsteuerung bei Kraft- und Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Ventil-, insbesondere Hahnsteuerung für den Gaseinlaß bei Kraft- und
Brennkraftmaschinen. Handelt es sich um eine schnellaufende Drehkolbenmaschine,
insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine, so sind folgende Forderungen an die Treibmitteleinlaßsteuerung
zu stellen. Während einer verhältnismäßig sehr kurzen Zeit ist ein Maximum von Betriebsmittel
oder Gas in den Arbeitsraum des Ringzylinders zu bringen. Die zu bewegenden Massen
sind möglichst klein zu halten. Ein Vor- und Zurückgehen von Steuerungsteilen ist
nach Möglichkeit zu vermeiden. Das Öffnen und Schließen der Gaseinlaßkanäle hat
an genau bestimmten Stellen zu erfolgen. Die beweglichen Teile sollen möglichst
leicht beweglich sein. Trotzdem ist. für eine gute Abdichtung zu sorgen, insbesondere
wenn mit hochgespannten Betriebsgasen gearbeitet wird. Die Zündung des Gasgemisches
im Arbeitsraum des Ringzylinders hat in einem bestimmten Augenblick zu erfolgen.
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Allen diesen Anforderungen genügt die den Gegenstand der Erfindung
bildende Steuerung, bei welcher eine die Antriebsdrehung übertragende Feder zwischen
das sich drehende Ventil und den Antrieb eingeschaltet ist. Das Neue besteht darin,
daß bei einer Hahnsteuerung für den Gaseinlaß bei Drehkolbenmaschinen die zwischen
den Antrieb und das Hahnkücken eingeschaltete Übertragungsfeder abwechselnd durch
Festhalten und Freigeben des Hahnkückens mittels vom gleichen Antrieb gesteuerter
mechianischer Glieder derart gespannt und entspannt wird, daß Hahnkückendrehungen
verschiedener Geschwindigkeit entstehen. Sofern man bisher bei Ventilsteuerungen
eine Feder zwischen den Antrieb und das sich drehende Ventil eingeschaltet hat,
diente diese Feder als ein Sicherungsglied, das einen Bruch der Ventilstange verhindern
soll. Im Gegensatz dazu bietet der Federantrieb des Hahnkückens gemäß der Erfindung
die Möglichkeit, die Kückendrehung in bestimmten Augenblicken zu verlangsamen, beispielsweise
während des Gaseinlasses und gegen Ende der Kückenbewegung. Es kann so eine größere
Gasmenge das Kücken durchströmen. Ferner findet durch eine zweite Verzögerung der
Kückendrehbewegung ein ruhiges Erreichen der Halte- und Verriegelungsstellung statt.
Die Bewegungsverzögerung erfolgt durch eine auf der Kückenwelle angeordnete Bremse,
die zwangsläufig in Abhängigkeit von der Kückendrehung gesteuert ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung betreffen den äußerst gedrängten Zusammenbau
der ganzen Steuerungsteile, die Abdichtung des Hahnkückens sowie die Vereinigung
der Hahnsteuerung mit einer elektrischen, in den Zündstromkreis eingeschalteten
Kontakteinrichtung, durch welche die Zündung nur bei bestimmter Stellung des Hahnkückens
erfolgen kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. z zeigt die Steuerung bei weggelassenem, teilweise im Schnitt
gezeichnetem Gehäuse
von oben gesehen, wobei einzelne Teile der
Steuerung in einem mittleren Längsschnitt gezeichnet sind. ;w Fig.2 zeigt einen
Querschnitt nach (kr#': Linie A-B der Fig. i, wobei durch Neben= darstellungen die
einzelnen Teile in Ansicht, dargestellt sind.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie C-D der Fig. i, wobei
unterhalb dieser Figur die beiden in dieser Figur befindlichen Hebel in Ansicht
von oben gesehen gezeichnet sind.
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Fig.4 zeigt einen Querschnitt nach der Linie E-F der Fig.i.
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Fig.5 zeigt einen Querschnitt nach der Linie G-H der Fig. i.
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In Fig. 6 ist das Hahnkücken für sich zusammen mit dem umgebenden
Gehäuse im Schnitt dargestellt.
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Fig. 7 entspricht der Fig. 6 und zeigt das Kücken im mittleren Längsschnitt.
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Fig.8 stellt einen Querschnitt nach der Linie L-1N der F ig. 6 dar.
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In Fig. 9 ist in Draufsicht und in Seitenansicht ein Federring dargestellt.
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Fig. io zeigt in Ansicht von oben gesehen das äußere Ende des Steuerungsgehäuses.
Fig. i i zeigt dieses Gehäuseende in Stirnansicht.
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Fig. 12 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 7-K der Fig.
i.
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In einem Gehäuse 30 ist die Hahnkückenwelle 8, drehbar gelagert,
mit deren Ende das Hahnkücken 13 mittels der Mitnehmerzapfen 8,' verbunden ist.
Von der Maschinenwelle aus wird ein im Gehäuse 30 gelagertes Zahnrad i angetrieben,
das unter Vermittlung des Zwischenrades 2 ein Zahnrad 3 dauernd antreibt, das auf
der Kückenwelle 8, lose drehbar gelagert ist. Mit dem Zahnrad 3 ist das die Welle
8, umgebende Federgehäuse 31 fest verbunden, in dem sich eine spiralartig aufgewickelte
Blattfeder 3" befindet. Das äußere Ende dieser Blattfeder ist mit dem Federgehäuse
3 i, ihr inneres Ende mit der Kückenwelle 8, fest verbunden. Mit dem Zahnrad 3 ist
die Steuerkurve 4, fest verbunden, die gleichfalls lose drehbar auf der Kückenwelle
8, gelagert ist. Im Anschluß an die Steuerkurve 4a sind nacheinander auf der Kückenwelle
8, festgelegt die Verzögerungskurve 5a, die Verriegelungskurve 9a, die Bremskurve
6, und das Bremsrad 8b. In dem Gehäuse 3o und dem dieses Gehäuse an einem Ende abschließenden
Deckel 32 sind parallel der Kückenwelle 8, die beiden Achsen io und i i gelagert.
Auf der Achse i i sind der Steuerhebel 4 und der Verriegelungshebel9 lose drehbar
gelagert. Diese beiden Hebel 4 und 9 sind durch eine Nabe starr miteinander verbunden.
Von oben wirken auf den Steuerbebet eine oder mehrere im Gehäuse 30 bei 33
festgelegte Blattfedern4b, wodurch der Steuer-und der Verriegelungshebel stets auf
die Ulmen zugeordneten 'Steuer- und Verriegefti@gslcurve 4" bzw. 9" gedrückt werden.
Auf 'i-lei< Achse io ist die Bremshülse 8 lose drehbar gelagert, die an ihrem
einen Ende fest mit einem Bund 34 verbunden ist. Der Bund 34 ist mit einem Ausschnitt
35 versehen. Der dem Bund 34 gegenüberliegende Breinshülsenkopf 8' weist eine keilartige
Ausnehmung 36 auf. In diese Ausnehinung 36 greifen die keilartig ausgebildeten freien
Enden 37 einer Bremsklammer 7 ein, die auf der Achse i i drehbar gelagert ist. Es
handelt sich hierbei um eine zwischen den Teilen 37 geschlitzte Hülse, deren federnde
Schenkel auf dein Bremsrad 8b aufliegen. Auf der Bremshülse 8 sind der Verzögerungshebel
5 und der Abbremsliebel6 lose drehbar gelagert, die mit der Verzögerungskurve 5"
und der Abbreinskurve 6, zusammenarbeiten. Im Gehäuse 30 befestigte, in der Zeichnung
nicht dargestellte Blattfedern sorgen für eine stetige Anlage der Verzögerungs=
und Abbremshebel auf den zugehörigen Kurven. Die INTabe des Verzögerungshebels 5
weist eine vorspringende Nase 38 auf, die in den Ausschnitt 35 des Bremshülsenbundes
34 eingreift. Der Abbremshebel weist an seiner äußeren Seite einen Ansatz 6' auf,
der sich, wie aus Fig. i ersichtlich, über den Kopf 8' der Bremshülse 8 erstreckt.
Der Ansatz 6' legt sich bei Drehung des Abbremshebels gegen den Bremshülsenkopf,
wodurch die Bremshülse bei der Drehbewegung des Abbrernshebels mitgenommen wird.
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Zweckmäßig ist die Achse io gegenüber ihren Lagerzapfen im Gehäuse
mit einem Exzenter versehen, auf dem die Bremshülse 8 lagert. Auf diese Weise kann
durch Drehung der Achse io, auf der zu diesem Zweck ein Einstellhebel ioa befestigt
ist, eine Einstellung der Verzögerungs- und Abbreinshebel vorgenommen werden.
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Das Hahnkücken 13 ist, wie aus Fig. 8 ersichtlich, mit drei radialen
C5 -ffnungen 15, 16, 16, versehen, denen in dein Hahngehäuse 14 die gleich bezeichneten
Kanäle entsprechen. Da die Kanäle 15, 16, 16" in Winkeln von 12o° zueinander angeordnet
sind, so sind die obenerwähnten Kurven 4a, 5a, 9a und 6" so ausgebildet, daß ihre
Nocken in Winkeln von 12o° zueinander angeordnet sind. Das hat den Vorteil, daß
die Steuerungsteile nur mit einem Drittel der Drehgeschwindigkeit der Maschinenwelle
angetrieben zu werden brauchen. Diese Dreiteilung des Kückens und der Steuerungskurven
ist als Beispiel anzusehen. Die Anordnung kann natürlich auch so getroffen werden,
daß während einer
vollen Kückenumdrehung nur ein Arbeitsspiel stattfindet.
Die Unterteilung' der Steuerungskurven entspricht in jedem Fall der Anordnung der
Gaskanäle im Kücken.
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Im nachstehenden sei nun zunächst die Arbeitsweise der bisher beschriebenen
Vorrichtung angegeben.
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In der Annahme, daß die Vorrichtung in Verbindung mit einer Drehkolbenmaschine
verwendet wird, und in der weiteren Annahme, daß der im Ringzylinder kreisende Kolben
gerade die zur Füllung des Arbeitsraumes in Betracht kommende Stellung im Ringzylinder
eingenommen hat, es sich also in diesem Augenblick darum handelt, die erforderliche
Gasmenge in den Arbeitsraum des Ringzylinders einzulassen, dann befindet sich die
Steuerkurve 4, in der in Fig. 12 eingezeichneten Stellung. Aus der in dieser Figur
eingezeichneten Drehrichtung ergibt sich, daß der Steuerhebel 4. gerade den höchsten
Punkt der Steuerkurve q" erreicht bzw. eben überschritten hat. Die so erfolgte Ausschwenkung
des Steuerhebels d. hat die gleiche Ausschwenkung des Verriegelungshebels 9 zur
Folge, der infolgedessen die mit ihm vorher noch in Berührung gewesene Nocke der
Verriegelungskurve 9" freigibt. Da bis zu diesem Augenblick die Nockenwelle 8, durch
den Verriegelungsliebel9 an einer Drehung verhindert war, sich aber das Federgehäuse
31 infolge des dauernden Antriebs durch das, Zahnrad 3 weitergedreht hat, so wurde
die Blattfeder 3" gespannt. Gibt nun der Verriegelungshebel 9 die Verriegelungskurve
9" frei, dann vermag die gespannte Blattfeder 3Q die Kückenwelle 8, zudrehen. Diese
Drehung erfolgt anfangs ungehemmt, bis etwa das Kücken 13 diejenige in Fig.
8 eingezeichnete Stellung erreicht hat, in der die zugeführten Gase durchtreten
können. Um bei den großen Geschwindigkeiten, mit denen beispielsweise bei einer
Knallgasmaschine gerechnet werden muß, eine genügende Füllung des Arbeitsraumes
im Ringzylinder zu erreichen, wird die Drehbewegung der Kückenwelle 8, etwas verzögert,
damit die Kückenöffnungsstellung etwas länger aufrechterhalten bleibt. Diese angestrebte
Verzögerung der sprunghaften Drehbewegung der Kückenwelle 8, erfolgt durch die Verzögerungskurve
5" die den Verzögerungshebel s (Fig. 5) etwas- nach außen verdreht. Die Drehung
des Verzögerungsliebels 5 überträgt sich durch seine Nase 38 über den Ausschnitt
35 auf die Bremshülse B. Infolgedessen macht die Bremshülse 8 die kleine Drehbewegung
des Verzögerungshebels mit, was zur Folge hat, daß sich die Auslieliinung 36 gegen
die keilartigen Enden 37 fier Bremsklammer 7 zu bewegt, wodurch die federnden Schenkel
der Bremsklammern etwas zusammengedrückt werden. Auf diese Weise wird über das Bremsrad
8b eine leichte Abbremsung der Drehbewegung der Kückenwelle 8, erreicht. Hat der
Verzögerungshebel s den höchsten Punkt der Verzögerungskurve 5" erreicht, dann bewegt
sich der Verzögerungshebel 5 wieder einwärts, wodurch die Bremswirkung aufhört.
Die Blattfeder 3" kann nun die Drehung der Kückenwelle 8" wieder beschleunigen,
um ein schnelles Abschließen der Kanäle 15, 16, 16" zu erreichen.
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Da es als zweckmäßig erachtet wird, die Drehbewegung der Kückenwelle
8, und aller mit ihr verbundenen Teile nicht plötzlich durch Anschlag eines Nockens
der Verriegelungskurve 9" am Verriegelungshebel 9 aufzuhalten, so findet vor Erreichung
dieser Haltstellung der Kückenwelle erneut eine Abbremsung statt. Die Abbremskurve
6" bewegt den Abbremshebel 6 nach außen. Diese Drehbewegung des Abbremshebels 6
wird durch seinen Ansatz 6' auf die Bremshülse 8, 8' übertragen, wodurch in der
oben beschriebenen Weise wieder ein Andrücken der Bremsklammer 7 an das Bremsrad
8b erfolgt. Während dieses letzten Teils eines Arbeitsspiels läuft der Verriegelungshebel
9 auf der ansteigenden Fläche B (Fig. q.) der Verriegelungskurveg, hinauf, was eine
zusätzlicheAbbremsung zur Folge hat, da ja der Verriegelungshebel durch die Blattfeder
q.b federbelastet ist. Infolgedessen findet ein ruhiges bzw. sanftes Erreichen der
in Fig. .I gezeichrieten Stellung statt, in welcher der Veriiegelungshebel9 die
weitere Drehung der Verriegelungskurve 9" und damit der Kückenwelle 8, verhindert.
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Während des nun eintretenden Stillstandes der Kückenwelle 8, und des
Hahnkückens 13
wird die Blattf--der 3" wieder nachgespannt, bis der nächste
Nocken der Steuerkurve da erneut eine Auswärtsdrehung des Steuerhebels .a. zur Folge
hat, worauf sich das beschriebene Arbeitsspiel wiederholt. Ein Arbeitsspiel findet
statt, solange eine Drehung durch einen Winkel von i2o° stattfindet.
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Im Hahngehäuse 1q. ist ein Kugellager 38 angeordnet, auf dem sich
das innere Ende des Kückens 13 abstützt. Beispielsweise ist dieses Kückenende
mit Gewinde 39 versehen. Zwischen die auf diesem Gewinde befindlichen Muttern 40
und dem äußeren Kugellagerring ist eine Blattfeder 17 angeordnet, so daß für eine
leichte Drehbarkeit des Kückens gesorgt ist.
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Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß das Gehäuse 30, 32
mit Öl gefüllt ist, so daß alle Steuerungsteile stets gut geschmiert sind. Das Steuerungsgehäuse
kann einen Teil des Maschinengehäuses bilden,
oder es ist .als besonderes
Stück mit dem Maschinengehäuse verbunden, Gemäß den Fig. io und ii ist mit dem äußeren
freien Ende der Kückenwelle 8, eine Kontaktscheibe 2i fest verbunden. Auf dem Gehäusedeckel
32 sind Kontaktfedern 22 angeordnet, und zwar unter Zwischenschaltung von isolierenden
Platten 24. Die Kontaktfedern 22 sind durch Kabel 23 in dem Zündstromkreis der Maschine
eingeschaltet. An bestimmten Stellen der Kontaktscheibe 2i sind auf ihr kleine Kontakte
41 vorgesehen, die unter sich leitend verbunden sind. Bei geschlossener Stellung
des Hahnkückens 13 stehen die Kontaktfedern 22 mit den Kontakten 41 in Berührung,
so daß der Zündstromkreis an dieser Stelle 'geschlossen ist. An der Zündkerze im
Verbrennungsraum kann daher der Zündfunke nur bei dieser Stellung des Kückens 13
überspringen. Bei jeder anderen, insbesondere bei der geöffneten Stellung des Kückens
ist eine Zündung ausgeschlossen. Die Kontaktschließung durch die Scheibe 21 erfolgt
während des letzten Teils des Arbeitsspiels, d. h. während der letzten Abbreinsung
der Kückendrehbewegung bzw. während des Stillstandes der Kückenwelle 8,.