DE7803252U1

DE7803252U1 - Steuerungsvorrichtung zur betaetigung eines laengs einer richtung hin- und herbewegbaren maschinenteils

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Publication number: DE7803252U1
Application number: DE7803252U
Authority: DE
Original assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Current assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1979-10-11
Also published as: FR2379718B1; CH619514A5; GB1563080A; IT1156430B; IT7867166A0; FR2379718A1; DE2804715A1

Description

CREUSOT-LOIRE, Paris, Frankreich

/ Steuerungsvorrichtung zur Betätigung eines längs
/ einer Richtung hin- und herbewegbaren Maschinenteils

Die Neuerung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zur
Betätigung eines längs einer Richtung hin- und herbewegbaren Maschinenteils mit einer längs der Richtung verschiebbaren Stange, die an ihrem Ende an einem Hebel angelenkt
ist, der um einen Stützpunkt an einer festen Halterung
kippt, und einem Betätigungsglied zur Hin- und Herbewegung
des Hebels.

Die neuerungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist insbesondere

zur Betätigung von Ventilen wie beispielsweise der Einlaß- Jj ventile oder Wiedereinlaßventile von Turbomaschinen bestimmt. j

Turbomaschinen enthalten eine große Anzahl von Einlaß- oder j

Wiedereinlaßventilen für Gase, und je nach der Arbeitsweise I

der Maschine Mechanismen zum öffnen und Schließen der Ventile. |

Im allgemeinen wird jedes Ventil durch eine Stange betätigt, ]

die längs einer Richtung verschiebbar und an ihrem Ende an ;

einem Hebel angelenkt ist, der seinerseits um einen Lager- j

punkt kippt, wobei ein Betätig ungsmittel wie beispielsweise -j

ein Servomotor die hin- und hergehende Kippbewegung des Hebels ϊ

bestimmt. Da das Ende des Hebels einen Kreisbogen beschreibt, |

ist die Betätigungsstange häufig mit einem Gelenk versehen, |

das die notwendige Auslenkbewegung erlaubt. Ί.

Bei derartigen Systemen ist das Verhältnis der Hebelarme

des Kipphebels unabhängig von der Lage des Mechanismus konstant,

und die Bewegung des Anhebens oder Absenkens des Ventils ist gleich mäßig. Wenn man die Geschwindigkeit des Anhebens oder Absenkens des Ventils verändern will, um die öffnungs- oder Schließbewegung zu dämpfen, ist es notwendig, die Geschwindigkeit mit Hilfe von Nocken zu beeinflussen, was die Vorrichtung kompliziert. Anderer- . seits ist die Kraft, die zur Bewegung des Ventils erforderlich ist, in dem Augenblick, in dem das Ventil von seinem Sitz abgehoben werden soll, erheblich größer; zum anderen ist die Kraft zur Bewegung des Ventils wesentlich geringer , wenn dieses bereits geöffnet ist. Es wäre also günstig, die auf die Betätigungsstange des Ventils übertragene Kraft in Abhängigkeit von der Lage des Ventils zu ändern.

Die Neuerung betrifft eine sehr, einfache Steuerungsvorrichtung, die die oben genannten verschiedenen Punktionen und Wirkungen zu erzielen erlaubt.

Gemäß der Neuerung liegt der Steuerhebel auf der festen Halterung mit einer konvex gekrümmten Hebelstützfläche auf, die ohne Gleiten auf einer an der Halterung vorgesehenen konkaven Abwälzfläche abwälzbar ist, deren Krümmungsradius größer als der der Hebelstützfläche ist, daß der jeweilige Auflagepunkt durch den Kontaktpunkt der konvexen Hebelstützfläche auf der konkaven Abwälzfläche gegeben ist, daß die Hebelstützfläche und die Abwälzfläche im Profil Kreisbögen sind und daß der Radius des Kreisbogens der Abwälzfläche etwa das Doppelte des Radius des Kreisbogens der Hebelstutzfläche beträgt und die Abwälzfläche auf die Richtung der Verschiebungsstange der zur Betätigung des Maschinenteils zentriert ist.

Nach einer besonderen AusfUhrungsform sind die Hebelstützfläche und die Abwälzfläche der Halterung mit Kreisbogenverzahnungen versehen, die ineinander eingreifen.

Die Neuerung wird im folgenden anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter bezug auf die Zeichnung näher erläutert, wobei die Angaben lediglich beispielhaft sind; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der

neuerungsgemäßen Steuerungsvorrichtung

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1

Fig, 5 ein Diagramm, das die Änderung der verfügbaren Antriebskraft in Abhängigkeit von der Verschiebung wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein Ventil 1 zum Schließen einer öffnung z. B. in einem Zylinderkopf 2 dargestellt, das durch eine Stange 10 gehoben wird, die längs der Richtung 11 verschiebbar ist. Die Stange 10 ist an ihrem oberen Ende an einem Hebel 3 angelenkt, der auf einer festen Halterung 4 aufliegt, die fest mit dem Zylinderkopf 2 verbunden ist. Diese Auflage erfolgt über eine konvexe Hebelstüt-zfläche 30, die sich ohne Gleiten auf einer konkaven Abwälzfläche 40 abwälzen kann, die an der festen Halterung 4 vorgesehen ist.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Hebenstützfläche JO aus zwei kreisförmige mit dem Wälzradius r gewölbten Bahnen, die eine konzentrische Verzahnung ^l aufweisen, deren Teilkreis ebenfalls den Radius r

I -6-

I besitzt. In analoger Weise besteht die Abwälzfläche 4o aus zwei kreisförmigen Bahnen, deren Radius doppelt so

I groß wie der der Hebelstützfläche 30 ist, die sich auf ihnen

I abwälzt. Zwischen den Bahnen 4o der Abwälzfläche ist eine Verzahnung 4l vorgesehen, deren Teilkreis ebenfalls einen

\. Radius von 2r, d.h. dem doppelten Wert des Radius der Ver-

('.' zahnung 31 aufweist, mit der sie im Eingriff ist. Auf diese

i. Weise greifen die Verzahnungen ineinander, und das Ab-

$■ wälzen erfolgt ohne Gleiten, wenn sich die Bahnen der Hebel-

; Stützfläche 30 auf den Bäinen der Abwälzfläche 40 abwälzen.

: Die Bewegung des Hebels 3 wird von einem Servoantrieb 5 mit

Hilfe einer Stange 50 gesteuert, deren Ende am Hebel 3 ange- ; lenkt ist. Der Servoantrieb 5 kann ein einfacher Hydrauliki oder Pneumatikzylinder sein, dessen Kolben eine hin- und her- Ϊ gehende Kippbewegung des Hebels 3 auslöst. Die Oberfläche der I Abwälzfläche 40 ist bei 42 auf die Richtung 11 der Verschleiß bung des Ventils 1 zentriert, und die Stange 50 des Servoan-

: triebs gleitet längs der Richtung 51, die ebenfalls durch das

·; Zentrum 42 der Abwälzfläche 4o geht.

; Wenn sich das Ventil 1 in seiner unteren Schließstellung be-

j findet, wie in Fig. 1 dargestellt, steht der Hebel 3 so, daß

j. der Mittelpunkt 32 der Hebelstützfläche 30 auf der Richtung

.: der Verschiebung des Ventils liegt.

Wenn die Radien zweier Kreisumfangsflachen, die sich aufeinander abwälzen, im Verhältnis 1:2 stehen, reduziert sich die ^: Hypozykloide, die von einem Punkt des Umfangs des kleineren

η Durchmessers bescheieben wird, bekanntlich auf einen Radius

J des äußeren Umfangs. Auf diese Weise wird sich bei dem in

I Fig. Ϊ dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei

I dem die Hebelstützfläche 30 einen Radius r hat, der gleich

der Hälfte des Radius 2r der Abwälzfläche 4o ist, der Gelenkpunkt 12 der Stange 10 am Hebel 3, der auf dem Teilkreis der

Verzahnung 31 liegt, geradlinig längs der Richtung 11 verschieben. In gleicher Weise wird sich der Gelenkpunkt 52 der Stange 50 des Servoantriebs 5, der ebenfalls auf dem Teilkreis der Verzahnung 31 liegt, geradlinig längs der Richtung 51 bewegen, die durch das Zentrum '+2 der Abwälzfläche 40 geht.

Wenn der Servoantrieb 5 eine hin- und hergehende Bewegung der Stange 50 ausfuhrt, kippt der Hebel 3 um den Kontaktpunkt seiner Hebelstützfläche 30 auf der Abwälzfläche 40, der sich längs des Kreisbogens von 40 bewegt. Theoretisch kann der Hebel kippen, bis sich der Anlenkpunkt 52 der Stange 50 in der Stellung B auf dem Umfangskreis der Abwälzfläche 40 befindet.

Die Radien der Abwälzfläche 4o und der HebelstUtzfläche 30 sind nun so gewählt, daß das Ventil 1 seine obere Stel lung erreicht, wenn sich der Kontaktpunkt zwischen der Hebelstützfläehe 30 und der Abwälzfläche 40 in Position E in der Mitte des Kreisbogens AB befindet, der als strichpunktierte Linie in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Stellung ist das Verhältnis zwischen den beiden Hebelarmen des Hebels 3 gleich

Daher zieht der Servoantrieb - ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Lage - am Hebel 3, wobei die auf das Ventil 1 übertragene Kraft mit einem sehr großen Verhältnis der Hebelarme multipliziert wird. Genau in diesem Augenblick ist die zum Abheben des Ventils von seinem Sitz erforderliche Kraft am größten. Im Gegensatz hierzu verringert sich, wie das Diagramm der Fig. 3 zeigt, die Antriebskraft, die an der Ventilbetätigungsstange 10 wirkt, in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Ventils, die als Abszisse angegeben ist. Das Verhältnis der Hebelarme, das als Ordinate angetragen ist, verringert sich entsprechend fortschreitend bis auf den Wert 1.

Wegen der Verschiebung des Auflagepunktes das Hebels j5 zwischen E und A längs der Abwälzfläche 4o nimmt die Schließgeschwindigkeit des Ventils im entgegengesetzten Sinne in dem Maße ab, wie dieses sich seinem Sitz nähert. Man erhält auf diese Weise den bei der Berührung dieser Teile angestrebten Dämpfungseffekt.

Die Neuerung ist nicht auf die Einzelheiten des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt; das zugrundeliegende Prinzip kann auch bei analogen Steuerungsvorrichtungen angewandt werden. So ist es vorteilhaft, daß die Auflagefläche des Hebels und die feste Abwälzfläche kreisbogenförmig ausgebildet sind, wobei die Kreisbogenradien im Verhältnis 2:1 zueinander stehen. Wie bereits angegeben, erhält man auf diese Weise eine geradlinige Bewegung der Gelenkpunkte der Stangen des Ventils und des Servoantriebs. Wenn man den Gelenkpunkten allerdings das notwendige Spiel gibt oder die Stangen mit Gelenken versieht, könnte das Verhältnis der Radien etwas abweichen,, insbesondere, wenn der Ventilweg gegenüber dem Radius r klein ist.

Zur Erzielung eines Abwälzens ohne Gleiten der beweglichen Hebelstützfläche auf der festen Abwältfläche ist es nicht notwendig, eine Verzahnung zwischen diesen beiden Teilen vorzusehen; auch die Verwendung von Ketten oder Riemen ergibt analoge Resultate.

Die neuerungsgemäße Steuerung kann ferner auch zum gleichzeitigen Öffnen von mehreren Ventilen herangezogen werden, die durch den gleichen Hebel oder durch ein gleichzeitig betätigtes Hebelpaar betätigt werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Steuerungsvorrichtung zur Betätigung eines längs einer Richtung hin- und herbewegbaren Maschinenteils mit einer längs der Richtung verschiebbaren Stange, die an ihrem Ende an einem Hebel angelenkt ist, der um einen Stützpunkt an einer festen Halterung kippt, und einem Betätigungsglied zur Hin- und Herbewegung des Hebels, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (3) auf der festen Halterung (4) mit einer konvex gekrümmten Hebelstützfläche (30) aufliegt, die ohne Gleiten auf einer an der Halterung vorgesehenen konkaven Abwälzfläche (4o) abwälzbar ist, deren Krümmungsradius größer als der der Hebelstützfläche ist, daß der jeweilige Auflagepunkt durch den Kontaktpunkt der Hebelstützfläche (30) auf der konkaven Abwälzfläche (40) gegeben ist, daß die Hebelstützfläche (30) und die Abwälzfläche (4o) im Profil Kreisbögen sind und daß der Radius des Kreisbogens der Abwälzfläche (4o) das Doppelte des Radius des Kreisbogens der Hebelstützfläche (30) beträgt und auf die Richtung der Verschiebung der Stange (10) zur Betätigung des Maschinenteils (1, 2) zentriert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelstützfläche (30) und die Abwälzfläche (4o) mit einer Kreisbogenverzahnung {J>1, 4l) versehen sind, die ineinander

• ■ Cf* · ·

eingreifen und deren Teilkreise mit den entsprechenden Flächen zusammenfallen.

J). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (3) längs der Verzahnung (j51, 4l) mit zumindest einer im Profil kreisbogenförmigen Laufbahn (JO) versehen ist, die auf einer entsprechenden, an der festen Halterung angeordneten Laufbahn (40) längs deren Verzahnung (4l) abwälzbar ist, und daß jede dieser Laufbahnen einen Durchmesser hat, der gleich dem des Teilkreises der entsprechenden Verzahnung ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied zur Erzeugung der hin- und hergehenden Bewegung ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder (5) ist, dessen Stange (50) am Hebel angelenkt und in Richtung eines Radius der kreisförmigen Abwälzfläche (40) ausgerichtet ist.