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Ventilsteuerung für Kolbenkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Ventilsteuerung für durch Gas- oder Dampfdruck betriebene Maschinen und
betrifft insbesondere, wenn auch nicht notwendigerweise; eine Steuerung, wie eine
solche beispielsweise in .der deutschen Patentschrift 55o 162 beschrieben und dargestellt
worden ist.
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Unter den vielen bekannten Rohrventilsteuerungen weist die in der
obengenannten Patentschrift beschriebene Vorrichtung eine durch umlaufende. Nocken
beeinfiußte Ventilsteuerung auf, und das Öffnen und Schließen der Ventile erfolgt
durch Nocken, :denen ein Hilfsnöcken zugefügt ist. Die Winkeleinstellung dieses
Hilfsnockens kann geändert werden, wodurch die Zeitdauer des öffnens des Ventils
vergrößert oder verkleinert wird. Eine besondere. Anwendung der Anordnung betrifft
einen Auslaßnocken, dem ein Hilfsnocken zugefügt ist, der bei hohen Füllungen dem
Hauptauspuffnocken nacheilt, wodurch der Kompressionsgrad bei -hoher Füllung herabgemindert
wird. Der Hilfsnöcken kann unter den, beschleunigenden Tangentialdruck einer Rolle
voreilen, die sich gegen den Nocken stützt und das Bestreben hat, ihn in der vordersten
Lage und in Berührung mit einem mit dem Expansionsnöcken verbundenen Organ zu halten.
Durch den beschleunigenden Tangentialdruck wird daher der Nocken in seiner vordersten
Lage gehalten, und mithin wird ein solcher Hilfsnocken nicht in bestimmter Weise
in beiden Drehrichtungen mechanisch gesteuert. Diese Bauart hat in der Praxis sehr
ungünstige Folgen für den Gang der Maschine, da der auf der Nockenwelle lose angeordnete
Hilfsnocken das Bestreben hat, zu schlagen oder zu schwingen, und durch die auf
den tangentialen Druck zurückzuführende Gegenwirkung das mit dem Expansionsnocken
verbundene Steuerorgan außer Berührung mit dem Ende des Schlitzes des Hilfsnockens
kommt und somit in keiner bestimten Lage verbleibt. Es
sind bereits
Versuche gemacht worden, :durch Erhöhung der Reibung zwischen dem Hilfsnocken und
dem mit dem Expansionsnocken verbundenen Organ den Einfluß derartiger Wirkungen,
welche ein Abgleiten der Hilfsnocken von dem Steuerorgan verursachen, zu verhindern.
Diese Versuche sind jedoch bisher erfolglos gewesen.
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Der Zweck der Erfindung ist, eine Rohrventilsteuerung mit umlaufenden
Nocken zu schaffen mit dem Kennzeichen, daß der Hilfsnocken in beiden Umdrehungsrichtungen,
gleichgültig ob Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte auf ihn einwirken, in bestimmter
Weise mechanisch gesteuert wird.
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Die Erfindung besteht in einer durch umlaufende Nocken betätigten
Ventilsteuerung für durch Gas- oder Dampfdruck betriebene Kolbenkraftmaschinen,
bei denen die Kompression durch Hilfsauspuffnocken in Abhängigkeit von der Füllung
geändert wird, mit dem Kennzeichen, daß ein in Abhängigkeit von der Stellung des
Emlaßnockens verstelltes umlaufendes Mitnehmerorgan (P, P1) für den/die H:ilfsauspuffnocken
(Dl) vorgesehen ist, das sich für die Mitnahme des Hilfsnockens mit diesem verriegelt.
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Auf -den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt,
und es zeigen Fig. i eine Ansicht des Hauptnockens einer Steuerung nach der Erfindung,
Fng. 2 eine Ansicht der Haupt- und Hilfsnocken bei voller Vorwärtssteuerung und
Drehung in Richtung des Pfeiles, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig.
2, Fig. 4 eine geschnittene Ansicht des oberen Teiles der Fig. 3 mit dem Plunger
in anderer Stellung, Fig. 5 eine abgebrochene Einzelansicht eines Teiles .des Nockens
nach Fig. i, Fig. 6 eine abgebrochene Einzelansicht eines Teiles beider Nocken bei
gegenseitiger Verriegelung, Fig. 7 eine Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform
der Steuerung nach der Erfindung mit drei zusammenarbeitenden Nocken, Fig. 8, 9
und io voneinander getrennteAnsichten des Hauptnockens, des Zwischennockens und
des Hilfsnockens für die Steuerung nach Fig. 7, Fig. ii und 12 geschnittene Ansichten
der miteinander verbundenen Nocken nach Fig. 7, Fig. i3 eine geschnittene, abgebrochene
Ansicht der :drei miteinander verbundenen, zusammenarbeitenden Nocken.
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In den Fig. i bis 6 ist schematisch eine Ausführungsform einer Steuerung
gemäß der j Erfindung dargestellt, bei welcher ne!beti einem auf der Nockenwelle..1
befestigten Auspuffnocken D ein Hilfsnocken Dl angeordnet ist. Beide Nocken stützen
sich gegen nie gleichen die Auspuffventile beeinflussenden Rollen.
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In den Fig. i und 2 sind die Nocken in derjenigen Läge veranschaulicht,
welche sie bei voller Vorwärtssteuerung und Drehung im Sinne des Pfeiles einnehmen.
Durch den Schließhöcker des Hilfsnockens Dl wird das Schließen des Auspuffventils
um den Winkel x mit Bezug auf den Schließhöcker des Hauptauspuffnockens D verzögert.
Der Hilfsnocken Dl hat das gleiche Profil wie der Nocken D und weist einen kreisförmigen
Schlitz G1 auf. Der Hauptauspuffnocken D ist an geeigneten Stellen mit Vorrichtungen.
beispielsweise den auch in Fig. 5 veranschaulichten Schrägflächen R und R1 versehen,
die in den Schlitz G1 des Hilfsnockens Dl hineinragen. In der mit dem Expansionsnocken
verbundenen Stange B1 liegt ein Plunger P, der unter Wirkutig einer Feder S1 steht.
In der Stellung für volle Vorwärtssteuerung greift der Plunger P1 in die Aussparung
Hl am Ende des Schlittens G1 ein, wodurch der Hilfsnocken Dl in einer bestimmten
Lage fest mit der Steuerstange B1 v errr iegelt wird (s. Fig. 2 und 3).
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Wenn die Füllung verringert wird und die Stange B1 mit dem Plunger
P1 in der Drehrichtung vorwärts sich bewegt, wird der Hilfsnocken Dl während aller
Füllungsstellungen in bestimmter Weise mechanisch gesteuert, bis beide Nocken D
und Dl einander überdecken und der Verzögerungswinkel a = o wird. Von dieser Füllung
an bleibt bei allen geringeren Füllungen die Kompression konstant, weil die Nocken
in der einander überdeckenden Lage verbleiben. In dem Augenblick, in welchem der
Hilfspocken Dl mit dem Nocken D in Überdeckung kommt, bewegt der Plunger P1 sich
aufwärts entlang der Schrägfläche R1 und kommt außer Eingriff mit der Aussparung
Hl am Ende des Schlitzes G1, wodurch der Hilfsnocken Dl. wie Fig. 4. zeigt, von
dem Organ oder der Stange B1 gelöst wird. Gleichzeitig erreichen die Zähne T des
Hilfsnockens Dl die Lage gegenüber den Aussparungen l% in dem Hauptnocken D und
werden unter dein Druck der i Feder F in diese hineingedrückt, so daß nunmehr beide
Nocken in der Überdeckungslage verriegelt werden, während der Plunger P1 bei allen
Winkeln bis herab zur kleinsten Füllung auf der Fläche des Hilfsnockens Dl oberhalb
des Schlitzes G1 gleitet. Die ineinandergreifenden Zähne T und Aussparungen h sind
in Fig. 6 in Richtung des Pfeiles Z (Fig.2) gesehen dargestellt.
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Der Plunger P ist in einem mit dem Voreinströmungsnocken verbundenen
Organ angeordnet und wird bei voller Vorwärtssteuerstellung
außer
Eingriff mit der Aussparung H gebracht, durch welche hindurch, wie Fig. z erkennen
läßt, teilweise die SchrägflächeR ersichtlich ist. Der -Plunger P und die Schrägfläche
R wirken bei der Rückwärtssteuerung in genau der gleichen Weise, wie oben mit Bezug
auf den Plunger P1 und die Schrägfläche R1 für die Vorwärtssteuerung beschrieben
worden ist.
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Selbstverständlich brauchen die obenerwähnten Schrägflächen o. dgl.
nicht notwendigerweise auf dem Hauptauspuffnocken angebracht zu sein, können vielmehr
auch auf einer besonderen, auf der Nockenwelle befestigten Scheibe angeordnet werden
und die Plunger o. dgl. durch andere als die oben beschriebenen Mittel steuern.
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Die-Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vereinigung von drei oder
mehreren Nocken, die eine Verringerung .der Kompression bei hoher Füllung in einem
weiteren Bereich ermöglichen, als dies bei Verwendung nur eines Hauptauspuffnockens
und eines Hilfsauspuffnockens der Fall ist.
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Wenn das Schließen des Auspuffventils durch den Schließhöcker des
Hauptauspuffnockens D2 um den Winkel ß durch einen Hilfsnocken D4 verzögert werden
soll, und wenn gleichzeitig infolge hohen Dampf- oder Gasdruckes die Höcker der
Nocken sehr kurz sind, würde, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist, eine Kerbe
N zwischen den beiden Nocken D2 und D4 verbleiben, die eine zuverlässige Beeinflussung
des Ventils durch die mit diesem Nocken in Berührung stehende Rolle unmöglich machen
würde.
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Um einen fortlaufenden Höcker ohne Unterbrechung durch eine :derartige
Kerbe zu gewährleisten, ist zwischen dem Hauptauspuffnocken D2 und dem Hilfsauspuffnocken
D4 ein Zwischennocken D3 vorgesehen. Erfindungsgemäß werden der Zwischennocken D3
und der Hilfsnocken D!4 in einer bestimmten Weise , mechanisch gesteuert: ähnlich
wie dies oben für einen Hauptauspuffnocken und einen Hilfsauspuffnocken :beschrieben
worden ist.
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Der Hauptauspuffnocken D2 ist an geeigneten Stellen mit Schrägflächen
R2 und R3 versehen, die in die Schlitze G2 un4 G3 hineinragen. .Der mit einem Organ
des Expansionsnockens verbundene Plunger P2 greift in die Öffnungen H2 und H3 ein
und verriegelt dadurch den Zwischennocken D, mit dem Hilfsnocken D4 und steuert
so die Winkellage beider Nocken D3 und D4 in einer bestimmten Weise. .
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Wenn der Plunger P3 in der Drehrichtung vorwärts und entlang der Schrägflächen
R3 aufwärts sich bewegt, wird der Zwischen- . nocken D3 in dem Augenblick entriegelt,
in welchem-er in Überdeckung mit dem Hauptauspuffnocken D2 liegt, mit welchem er
in diesem Augenblick durch die mit den Nuten h2 des Hauptauspuffnockens D2 in Eingriff
kommenden Zähne T3 fest verriegelt wird. Der Hilfsnocken D4 bewegt sich weiter vorwärts,
bis er in Überdeckung mit den Nocken D2 und D3 liegt, während in diesem Augenblick
der Plunger P3 das oberste Ende der Schrägfläche R3 erreicht und außer Eingriff
mit dem Hilfsnocken D4 kommt, welcher in diesem Augenblick d adurch verriegelt wird,
daß die Zähne T4 in die Nuten V3 des Zwischennockens D3 eingreifen. Bei voller Rückwärtssteuerung
arbeitet der Plunger P2 in ähnlicher Weise mit den Aussparungen H2 und H3 und mit
der Schrägfläche R2 zusammen.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in den Fig. 8 bis 13 dargestellt.
In den Ag. 8, 9 und zo sind der Hauptauspuffnocken D2, der Zwischenauspuffnocken
D3 bzw. der Hilfsauspuffnocken D4 für sich jedoch in den gegenseitigen Winkelstellungen
für volle Steuerung und die durch den Pfeil angedeutete Umdrehungsrichtung veranschaulicht
worden. Die Höcker der drei Nocken sind gleich, doch leuchtet es ein, daß dies nicht
unbedingt erforderlich ist. In diesem Falle soll .der durch den HauptauspüffnockenD2
gesteuerte Augenblick des Schließens des Auspuffventils bei voller Steuerung um
den Winkel ß-a verzögert werden. Bei der nunmehr zu beschreibenden Anordnung und
für die Drehung im Sinne des Pfeiles bleibt der Zwischenauspuffnocken D3 unwirksam,
d. h. die ansteigenden und abfallenden Flächen seines Höckers stehen während des
veränderlichen Kompressionsbereiches nicht in Berührung mit der Rolle. Der Zwischenauspuffnocken
D3 hat hier lediglich den Zweck, die Kerbe zu : überbrücken, welche während großer
Füllungen zwischen dem Punkt 02 des Hauptauspuffnockens D2 und dem Punkt 04 des
Hilfsnockens D4 erscheinen würde.
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Im umgekehrten Drehsinne wird :durch :den Zwischennocken D3 das Schließen
des Auspuffventils verzögert, und mithin tritt hier dieser Nocken an Stelle des
Hilfsnockens D4, wohingegen letzterer die Stelle des die Kerbe überbrückenden ZwischennockensDseinnimmt,
Der Hauptauspuffnocken D2 trägt außer den Stiften J für die ihn mit dem Antriebsnocken
auf der Nockenwelle verriegelnden Fallen an geeigneten- Stellen Schrägflächen R2
und R3, i welche in die Schlitze G2 und G3 des Zwischennockens D3 hineinragen, wie
dies aus Fig. 13 ersichtlich ist.
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Die Schrägflächen erstrecken sich nicht vollständig durch die Schlitze
des Zwischennockens D3 hindurch und haben nur den Zweck, die Plunger P2 und P3 anfangs
anzuheben.
Zum Überbrücken dieser Schlitze G: und G, an der dem
Hilfsnocken D4 benachbarten Seite ist eine Brücke B3 mit abfallenden Enden E3 vorgesehen.
An dem Nocken D3 sind Führungen Us vorgesehen, die mit den entsprechend ausgebildeten
Flächen A an dem Ende der Plunger P_, P, zusammenarbeiten, um ein Drehen letzterer
zu verhindern und ihre sichere Aufwärtsbewegung zu unterstützen, wenn sie durch
die Schrägflächen R. und R3 angehoben werden.
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Der Hilfsnocken D4 ist mit Schlitzen G..' und G3 versehen, zwischen
welchen ebenfalls eine Brücke B4 mit abfallenden Enden E4 vorgesehen ist. Die Führungen
U4 haben abfallende Böden, welche das Anheben der Plunger P, und P3 durch deren
entsprechend ausgebildeten Flächen <4l unterstützen sollen, wenn die ganze Vorrichtung
entriegelt wird.
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Die breiten, gegenüber den Höckern der Nocken D., D3 und D4 liegenden
Schlitze L2, L 3 bzw. L4 sind vorgesehen, um die Bewegung der anderen Stangen S1,
S@ oder von Organen der Nockeneinrichtung zu ermöglichen, welche in an sich bekannter
Weise auf die Enden der Fallen einwirken, durch welche die ganze Vorrichtung mit
dem Antriebsnocken auf der Nockenwelle verriegelt wird.
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Bei den in. den Fig. 8 bis io veranschaulichten Ausführungsformen,
bei welchen die drei miteinander zusammenarbeitenden Nocken in ihren gegenseitigen
Lagen für volle Steuerung bei Drehung in Richtung des Pfeiles dargestellt worden
sind, greift der mit einer Stange oder einem Organ des Expansionsnockens verbundene
Plunger P3 in die Aussparungen H5 am Ende des Schlitzes Gs' des Hilfsnockens D4
ein, so daß letzterer fest mit dem Absperrorgan verbunden und seine Winkelstellung
in einer bestimmten Weise geregelt wird.
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Aus Fig.1z ist ein Schnitt durch hie Nocken in voller Steuerstellung
ersichtlich, aus welchem zu entnehmen ist, wie die ausgerückten Zähne T2, T3 und
T4 die Nocken, solange sie einander nicht überdecken, voneinander getrennt halten.
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Der Zwischennocken D3 wird keinen Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften
ausgesetzt, da die ansteigenden und abfallenden Flächen seines Höckers durch die
entsprechenden Höcker des Hauptauspuffnockens D. und des Hilfsauspuffnockens D4
genügend abgedeckt werden.
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Das vorgeformte Ende des Plungers P3 erstreckt sich, wie aus Fig.
g und 13 ersichtlich ist, in die Aussparungen H4 des Nockens D3 hinein, dessen Länge
so gewählt ist, daß der Höcker des Nockens D3 unter keinen Umständen über die Höcker
des Nockens D. oder D4 überstehen kann. Wenn der Plunger P3 in der Umdrehungsrichtung
weiterbewegt wird, bewegt er gleichzeitig den Hilfsauspuffnocken D4, bis sein Ende
in Berührung mit dem anderen Ende der Aussparung II4 kommt. In diesem Augenblick
greifen die Zähne T3 des Zwischennockens D3 zwischen die Zähne T4 des Hilfsnockens
D4, und beide Nocken D3 und D4 bewegen sich zusammen vorwärts, bis der Plunger P3
entlang der Schrägfläche R3 des Nockens D, aufwärts läuft.
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Diese Lage ist in Fig. 13 veranschaulicht, die einen Schnitt durch
sämtliche Nocken entlang der Mittellinie der Schlitze oder der Bewegungsbahn des
Plungers darstellt.
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Der Plunger erreicht den Höchstpunkt der Schrägfläche R3 in dem Augenblick,
in welchem alle drei Nocken einander überdecken. In diesem Augenblick greifen die
Zähne T3 des Zwischennockens D3 zwischen die Zähne T1 des Hauptauspuffnockens D..
Alle drei Nocken werden mithin miteinander verriegelt, und für alle kleineren Füllungen
bleibt die Kompression konstant.
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Die sichere Lösung des Plungers PS von deri Nocken D3 und D4 erfolgt
dadurch, daß diese Nocken unter dem Druck einer Feder F in dem Augenblick mit dem
Nocken D2 in Berührung gebracht werden, in welchem die Zähne T3 in die Lücken zwischen
den Zähnen T.; eingreifen. Diese Bewegung hat zur Folge, daß die vorgeformten Flächen
Al des weiter vorwärts sich bewegenden Plungers P3 richtig entlang der abfallenden
Böden der Führungen U4 des Nockens D4 gleiten, während gleichzeitig das vorgeformte
Ende des Plungers entlang der abgeschrägten Enden ES der Brücke B3 des Nockens D3
aufwärts zleitet und durch die mit den v orzeformten FlächenA zusammenarbeitenden
Führungen U3 ein Drehen des Plungers verhindert wird. Wenn die Füllung nun noch
weiter verringert wird, gleitet das Ende des Plungers P3 entlang der Brücke B4,
deren Seitenwandungen ein Drehen des Plungers verhindern. Fig. i i veranschaulicht
die dicht nebeneinanderliegenden Nocken, deren Zähne T2, T3 und T4 ineinandergreifen.
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Wenn die Füllung vergrößert wird und die Nocken aus der einander überdeckenden
Lage fächerförmig auseinanderbewegt werden, wird die Verriegelung :des Plungers
mit dem Zwischen- und dem Hilfsauspuffnocken abermals durch die Verschiebung der
Nocken begünstigt, .der sie unterworfen sind, sobald die Zähne T3 außer Eingriff
mit den Zähnen T. und T4 kommen.
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Es leuchtet selbstverständlich ohne weiteres ein, daß die Stange S1
die Kraft zum Auseinanderbewegen der Nocken liefert und auch die tangentialen Beschleunigungskräfte
aufnimmt
und dies nicht etwa durch den Plunger P3 erfolgt, der
einzig und allein das Verriegeln bewirkt und die Einflüsse verzögernder Kräfte oder
Rückprallwirkungen verhindert.
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In der dem Pfeil entgegengesetzten Drehrichtung arbeitet der Plunger
P2 in ähnlicher Weise mit dein Nocken D3 zusammen, der alsdann als Hilfsauspuffnocken
dient, wohingegen der Nocken D4 als Zwischenauspuffnocken wirkt.