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Druckflüssigkeitssteuerung für die Ventile von Kolben-Kraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Druckflüssigkeitssteuerung für die Ventile von Kolbenkraftmaschinen,
insbesondere umsteuerbaren Maschinen, bei der für jedes zu steuernde Ventil ein
von der Maschine betriebenes Organ, z. B. ein Schieber, vorgesehen ist, der den
Zu- und Ablauf einer gespeicherten Druckflüssigkeit für den Treibzylinder des zu
steuernden Ventils regelt. Eine derartige Flüssigkeitssteuerung ist bekannt.
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Diese Druckflüssigkeitssteuerungen sind bisher für sämtliche zu steuernden
Ventile mit einem einzigen verhältnismäßig großen Speicher ausgerüstet woxden, von
dem aus die Zuleitungen zu den einzelnen von der Maschine getriebenen Steuerorganen
geführt sind. Der Vorteil dieser Druckflüssigkeitssteuerung besteht darin, daß sie
in ihrem Aufbau sehr einfach ist. Es ist mit dieser Druckflüssigkeitssteuerung auch
möglich, die Umsteuerung der Maschine in einfacher Weise durchzuführen. Es ist lediglich
das Vorwärtsantriebsorgan, z. B. ein Steuerdaumen, durch Verschieben der Steuerwelle
gegen das Rückwärtssteuerorgan auszutauschen. Nicht gelungen ist es aber, diese
Art von Druckflüssigkeitssteu.erungen für rasch laufende Maschinen anzuwenden. Hier
hat sich gezeigt, daß die Steuerung zu träge arbeitet.
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Die Entwicklung der Druckflüssigkeitssteuerungen für die Verwendbarkeit
bei rasch laufenden Maschinen ist nun nicht etwa dahin gegangen, daß man die vorerwähnte
Druckflüssigkeitssteuerung weiter entwickelte, indem man die Ursachen ihres Versagens
bei höheren Drehzahlen erforschte und geeignete
Maßnahmen traf.
Man hat vielmehr dieses System überhaupt aufgegeben und ist dazu übergegangen, jedem
zu steuernden Ventil eine Flüssigkeitspumpe zuzuordnen, die in Abhängigkeit vom
Lauf der Maschine angetrieben wird.
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Es hat sich hierbei als notwendig erwiesen, zwischen den Pumpen und
den zu steuernden Ventilen zusätzlich ein von der Maschine getriebenes Steuerorgan,
z. B. in Form eines Schiebers, vorzusehen, das aus dem Pumpendruckhub die Öffnungsdauer
des Ventils abgrenzt. Die Öffnungsdauer des Ventils ist in einen Teil des Druckhubes
der Pumpe verlegt worden, in dem der Pumpenkolben die größte Geschwindigkeit hat.
Erst dadurch ist es eigentlich gelungen, die Verhältnisse bei rasch laufenden Maschinen
zu beherrschen. Da die Fördermenge der Pumpe schon aus betrieblichen Gründen größer
sein muß als es für die Öffnungsbewegung des Ventils erforderlich ist, war man gezwungen,
in der Pumpendruckleitung zwischen der Pumpe und dem Steuerorgan ein Sicherheitsorgan
vorzusehen, das in der Lage ist, die zu viel geförderte Flüssigkeitsmenge unter
annähernder Gleichhaltung des Druckes abzuführen.
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Da, wie bereits erwähnt, die Verhältnisse bei rasch laufenden Maschinen
nur dann beherrscht «erden können, wenn der wirksame Pumpendruckhub, d. h. der mit
der Öffnungsdauer des Ventils zusammenfallende Teil des Pumpendruckhubes bei möglichst
großer Geschwindigkeiz des Pumpenkolbens erfolgt, ergibt sich die Notwendigkeit,
der Pumpenkurbel gegenüber der Maschinenkurbel einen gewissen Voreilwinkel zu geben.
Dieser Umstand macht die Steuerung dann besonders verwickelt, wenn die Maschine
umsteuerbar ausgeführt werden soll. Wird die Steuerung der Maschine auf Rückwärtslauf
ausgelegt, so stimmt, da ja beim Rückwärtslaufen der Maschine auch die Pumpen rückwärts
laufen, der Voreilwinkel. der Pumpenkurbel nicht mehr mit der Maschinenkurbel überein.
Es müssen also .erst Maßnahmen getroffen werden, um den Voreilwinkel der Pumpenkurbeln
der neuen Drehrichtung anzupassen. Die hierzu notwendigen Einrichtungen verwickeln
nicht nur den Aufbau der Steuerung, sondern sie setzen die Betriebszuverlässigkeit
der Steuerung herab, vergrößern die Umsteuerzeit und bedürfen einer sorgfältigen
Wartung.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der eingangs
erwähnten Druckflüssigkeitssteuerung, die mit gespeicherter Flüssigkeit arbeitet,
die Nichteignung für Maschinen mit hoher Drehzahl davon herrührt, daß die Rohrleitungen
zwischen den Speichern und den Ventilen sehr lang und außerdem auch ungleich lang
ausfallen. Das hat zur Folge, daß bei jedem Ventilhub eine sehr lange Flüssigkeitssäule
sich in Bewegung setzt. Die Beschleunigung und die Verzögerung dieser großen Flüssigkeitsmassen
macht die Steuerung träge. Als weiterer schädlicher Einfluß kommt noch hinzu die
Reibung in den langen Rohrleitungen. Bei höheren Drehzahlen steigern sich die Massendrücke
bei der Beschleunigung und der Verzögerung der großen `Flüssigkeitssäulen ins Unerträgliche,
und es kommt schließlich zu einem Abreißen der Flüssigkeitssäulen. Das ganze Rohrsystem
gerät in unkontrollierbare Schwingungen.
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Diesem Umstand trägt die Erfindung dadurch Rechnung, daß sie jedem
zu steuernden Ventil bzw. jedem von der Maschine getriebenen Steuerorgan einen gesonderten
kleinen Flüssigkeitsspeicher zuordnet, der eine zum Anlassen der Maschine ausreichende
Flüssigkeitsmenge speichert. Die einzelnen kleinen Speicher können hierbei von einer
oder mehreren abhängig oder unabhängig vom Lauf der Maschine angetriebenen Pumpen
gespeist werden.
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Jetzt ist es baulich möglich, den Speicherraum für die Flüssigkeit
ganz nahe an die zu steuernden Ventile heranzubringen. Die Verbindungsleitungen
fallen daher kurz und für jedes Ventil gleich lang aus. Es sind daher bei jedem
Ventilhub nur ganz kurze Flüssigkeitssäulen zu bewegen, so daß die Kräfte zur Beschleunigung
und zur Verzögerung der Massen in solchen Grenzen liegen, d.aß hohe Maschinendrehzahlen
mit Sicherheit beherrscht werden können. Es kann jetzt auch die in der eingangs
erwähnten Gattung von Druckflüssigkeitssteuerungen liegende Möglichkeit, die Umsteuerung
der Maschine auf einfachste Weise durchzuführen, für rasch laufende Maschinen ausgenutzt
werden.
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Da nach längerem Stillstand der Maschine mit einem Erschöpfen der
kleinen Speicher gerechnet werden muß, sieht die Erfindung einen weiteren verhältnismäßig
großen Speicher vor, der von einer von der Maschine unabhängig angetriebenen Pumpe
gespeist wird. Dieser Speicher kann für das Anlassen der Maschine mit den kleinen
Speichern der Ventile verbunden werden.
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Ein von der Maschine unabhängig angetriebener Druckflüssigkeitsspeicher,
der zum Anlassen der Maschine mit dem Treibzylinder des zu steuernden Ventils verbunden
wird, ist an sich bekannt. Derartige Druckflüssigkeitsspeicher sind beispielsweise
bei Druckflüssigkeitssteuerungen, bei denen jedem zu steuernden Ventil eine vom
Lauf der Nla. schine abhängig angetriebene Flüssigkeitspumpe zugeordnet ist, vorgesehen
worden. Der Speicher ist hierbei über ein Absperrorgan mit der Pumpendruckleitungverbunden.
In
der Zeichnung ist die Erfindung an zwei schematischen Abbildungen erläutert, und
zwar zeigen Abb. i den Querschnitt :eines Akkumulators mit zugehörigem Maschinenventil,
Abb.2 die Gesamtanordnung für mehrere Ventile.
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In dem mit i bezeichneten Akkumulatozzylinder ist ein durch eine Feder
2 belasteter Kolben 3 verschiebbar, welcher in seiner oberen.Endlage öffnimgen4
freigibt, die in einen den Akkumulatorzylinder umgebenden Sammelbehälter 5 einmünden.
Aus letzterem saugt die Pumpe, welche in Abb. 2 mit 6 bezeichnet ist; die Flüssigkeit
bei 7 ab und drückt sie bei 8 über die mit seinem Rückschlagventil 9 versehene Bohrung
io dem Akkumulatorzylinder zu oder über die Bohrung i i in den Sammelraum 5 - zurück,
je nach Stellung eines Steuerschiebers, der von einem von der Maschine zwangsläufig
angetriebenen Nocken 12 bewegt wird. Der Steuerschieber besteht .aus zwei Kolben
14, 15 sowie einem eingeschnürten 'mittleren Teil 16. Der Kolben 14 steuert den
bereits beschriebenen Zufluß der Druckflüssigkeit aus der Pumpendruckleitüng zum
Akkumulatorzylinder i bzw. zum Sammelbehälter 5. Der Kolben 15 steuert die Verbindung
des Zylinders 17 des das Maschinenventil bewegenden getriebenen Kolbens i9 mit dem
Akkumulatorzylinder i und den Sammelraum 5. Die Druckflüssigkeit fließt bei der
einen Endstellung des Steuerschiebers über die Bohrung 2o des Akkumulatorenzylinders
und die Leitung 21 dem Zylinder 17 zu, wodurch der Kolben i9 und das Maschinenventil
18 angehoben werden. Bei der anderen Endstellung des Steuerschiebers ist die Verbindung
zwischen dem Zylinder 17 und dem Akkumulatorzylinder i unterbrochen, und die Druckflüssigkeit
fließt aus dem Zylinder 17 durch die Leitung 22 in den. drucklosen Sammelraum 5
ab. Der angehobene Kolben 19 bzw. das Maschinenventil 18 kehren dann in die Ausgangslage
zurück.
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Die Verbindung des Zylinders 17 und des Akkumulators ist lediglich
der Anschaulichkeit halber durch Leitungen 21, 22 dargestellt. Vorteilhaft werden
die beiden Teile baulich so, vereinigt, daß besondere Verbindungsleitungen wegfallen
und die Flüssigkeitswege nur kurz sind, um die bewegten Flüssigkeitssäulen klein
zu halten, was für rasch laufende Maschinen wichtig ist.
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Das Fassungsvermögen des Akkumula.torzylinders i zwischen den beiden
Endstellungen des Kolbens 3 ist erfindungsgemäß so bemessen, daß eine Flüssigkeitsmenge
aufgespeichert wird, die ausreicht, um den getriebenen Kolben ig auch beim Stillstand
der Maschine anzuheben. Die Maschine kann also nach kurzen Betriebspausen, ohne
eine besondere Änlaßvorrichtung betätigen zu müssen, wieder angefahren werden.
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Wie die Gesamtanordnung nach Abb.2 zeigt, ist jedem gesteuerten Ventil
18 bzw. Zylinder 17 einer >der oben beschriebenen, aus Akkurnulatorzyhnder i und
Sammelraum 5 sowie Steuerschiebier bestehenden Akkumulatoren zugeordnet. Die einzelnen
Akkumulatoren erhalten die Druckflüssigkeit von der Pumpe 6, die in Abhängigkeit
vom Lauf der Maschine angetrieben wird. Anstatt einer Pumpe für sämtliche Akkumulatoren
kann auch jeder Akkumulator seine eigene Pumpe erhalten. Die Pumpe bzw. die Pumpen
6 werden, wie bereits erwähnt, von der Maschine angetrieben. Sie brauchen aber keineswegs
bezüglich ihrer Förderwirkung mit dem Takt der Maschine in Einklang zu stehen.
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Für das Anlassen der Maschine nach längeren Betriebspausen ist eine
besondere, unabhängig von der Maschine betriebene Druckölquelle vorgesehen. Diese
besteht beispielsweise aus einer Pumpe 24 und einem Druckspeicher 25. Der letztere
wird vorteilhaft unmittelbar mit der Druckleitung der Pumpe 6 verbunden. In der
mit 26 bezeichneten Verbindungsleitung ist ein Rückschlagventil 27 vorgesehen. Der
Druck in dem Speicher 25 wird durch bekannte in der Zeichnung nicht dargestellte
Steuerorgane stets etwas niedriger eingestellt als der Betriebsdruck in den Akkumul.ätoren
i. Im normalen Betrieb wird dadurch das Rückschlagventi127 geschlossen gehalten.
Ist beispielsweise nach einer längeren Betriebspause der Druck in den Akkumulatoren
i abgefallen, so öffnet das Rückschlagventii.27 sich selbsttätig, so da.ß zum Anlassen
der Maschine nunmehr der Druck in dem Speicher 25 zur Verfügung steht.
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Die 'bauliche Ausgestaltung der den Ventilen zugeordneten Akkumulatoren
ist selbstverständlich nicht an das aus der Abb. i ersichtliche Ausführungsbeispiel
gebunden. So können beispielsweise die Akkamulatorenauch als solche mit Druckluftbelastung
ausgebildet werden. In diesem Falle sind zur Aufrechterhaltung eines konstanten
Druckes besondere an sich bekannte Steuervorrichtungen erforderlich.