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Nockensteuerung für Dampfmaschinen und Dampfmotoren Die Erfindung
betrifft eine Nockensteuerung für Dampfmaschinen und Dampfmotoren mit Füllungsverstellung,
bei der die Ventilbewegung von zwei gegeneinander verdrehbaren Nocken abgeleitet
wird.
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Bei solchen Nockenventilsteuerungen ist es bekannt, einen einzigen,
an der Ventilspindel angelenkten zweiarmigen Zwischenhebel der Einwirkung zweier
Nocken auszusetzen, die auf zwei voneinander getrennt liegenden Wellen angeordnet
sind, und zwar den Öffnungsnocken auf der einen und den Schließnocken auf der anderen
Welle. Die Resultante der beiden Nockenbewegungen wird dann auf die Ventilspindel
übertragen, wobei der Ventilhub durch Verstellung eines Nockens leicht verändert
werden kann. Eine derartige Ausbildung der Nockensteuerung hat den Zweck, zwischen
Rolle und Nocken eine Linienberührung zu erzielen, die den auftretenden hohen Beanspruchungen
leichter standhält als die bei bisherigen Konstruktionen vorhandene Punktberührung
zwischen Rolle und Nocken. Diese Steuerungsausbildung hat aller noch die Schwierigkeit
aller Nockensteuerungen an sich, daß bei den hohen auftretenden Beschleunigungen,
die bis zum Zoofachen der Erdbeschleunigung betragen, das Anheben und Aufsetzen
des Ventils schlagartig erfolgt, was sich auf . die Steuerung, ihre Regelung und
die Lebensdauer des Ventils ungünstig auswirken kann.
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Deshalb wird gemäß der Erfindung die Nockensteuerung von Dampfmaschinen
oder Dampfmotoren mit Füllungsverstellung, bei der die Ventilbewegung von zwei gegeneinander
verdrehbaren Nocken abgeleitet wird, derart ausgebildet, daß die
Bewegung
des Ventils über eine in einem geschlossenen Raum befindliche Druckflüssigkeit (beispielsweise
01) erftilgt, die durch zwei auf den Hub- und Senknocken aufliegende Sößel
unter Mitwirkung von Federn bewegt wird.' Die erfindungsgemäße Zusammensetzung der
Bewegungen des Ventils ergibt ein weiches Arbeiten der Steuerung, wodurch die Regelung
derselben erleichtert wird und die arbeitenden Flächen des Ventils sehr geschont
werden. Das weiche. Arbeiten des Ventils kann noch dadurch verbessert werden, daß
für den letzten Ventilhub vor dem Aufsetzen eine hydraulische Bremse vorgesehen
wird.
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Bei den bekannten Nockenventilsteuerungen, bei denen ein Zwischenhebel
benutzt wird, müssen die Nocken gegenüber dem Ventilhub den doppelten Hub aufweisen.
Damit werden die Beschleunigungen der Rolle und des Hebels sehr hoch. Bei der erfindungsgemäßen
Steuerung fällt dieser Nachteil fort. Es kann sogar durch entsprechende Bemessung
der Querschnitte der Ventilhub verkleinert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor. Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der' Erfindung
im Schnitt dargestellt.
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Auf den beiden Nockenwellen i, 2 sitzen die beiden Nocken 3, 4, und
zwar auf der Welle i der Hubnocken 3 und auf der Welle 2 der Senknokken 4. Das Ventil
5, das als Einsitzventil dargestellt ist, aber auch als Doppel- oder Viersitzventil
ausgebildet werden kann, besitzt die Ventilspinde16. Zwischen dem Ventil und den
Nocken befindet sich nun die Vorrichtung zur Zusammensetzung der Hub- und Senkbewegungen
des Ventils. Diese besteht aus einer geschlossenen Kammer 7, deren Hohlraum 8 mit
einer Druckflüssigkeit (beispielsweise 01) gefüllt ist und den beiden die
Nockenbewegungen auf die Druckflüssigkeit übertragenden Stößeln i o, i i. io ist
ein Hubstößel, d. h. er wird vom Nocken gehoben und hat seine Grundstellung unten;
i i ist ein Senkstößel, d. h. er wird vom Nocken gesenkt und hat seine Grundstellung
oben. Beide Stößel sind in der Kammerwand und in besonderen Führungen i2 geführt
und sind an dem auf den Nocken aufliegendem Ende mit Rollen 13
versehen. Da
zwischen Rolle und Nocken sowie zwischen der Ventilspindel und der Druckflüssigkeit
ein Kraftschluß herrschen muß, sind eine Ventilfeder 15 und zwischen den oberen
Stößelenden und der oberen Kammerwand Federn 14 vorgesehen.
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Bei der gezeichneten Stellung der Nockenwellen i, 2 beginnt der Hubstößel
io die Aufwärtsbewegung und überträgt sie über die in der Kammer 7 befindliche Druckflüssigkeit
auf die Ventilspindel 6 und hebt diese an. Sowie der Senkstößel i i mit der Ablaufkante
des Nockens 4 in Eingriff kommt, verlangsamt sich die Bewegung der Ventilspindel.
Im weiteren Verlauf der Nockenbewegung wird dann die Bewegung der Ventilspindel
umgekehrt.
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Für den letzten Ventilhub kurz vor dem Aufsetzen des Ventils wird
zweckmäßig eine hydraulische Bremse eingeschaltet, um ein sanftes Aufsetzen des
Ventiltellers auf seinen Sitz zu erreichen. Diese Bremse kann in verschiedener Weise
ausgebildet werden. Im Ausführungsbeispiel besteht sie in einer Vergrößerung 16
des Durchmessers der Ventilspindel 6 kurz vor ihre??h unteren Ende 17, während
letzteres wieder den ursprünglichen Durchmesser aufweist. Am vergrößerten Durchmesser
ist die Ventilspindel in der oberen Kammerwand geführt, während das untere Ende
17 derselben in einen mit dem Hohlraum 8 der Kammer 7 verbundenen Kanal 18 reicht,
der einen etwas größeren Durchmesser als das Ventilspindelende besitzt. Dadurch,
daß die Druckflüssigkeit durch den zwischen dem Ventilspindelende 17 und dem Kanal
18 entstehenden Ringspalt i9 hindnich muß, tritt eine Dämpfung der Ventilbewegungen
in beiden Richtungen ein.
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Um die entstehenden Undichtigkeiten auszugleichen, kann der Hohlraum
8 der Kammer 7 in der geschlossenen Stellung des Ventils durch eine Bohrung 2o mit
der Druckleitung einer Pumpe 21 oder einem nicht dargestellten Hochbehälter verbunden
sein. Die Bohrung 20 ist so angeordnet, daß der Hubstößel io diese vor Beginn der
eigentlichen Ventilbewegung überläuft. Es sind aber auch andere Ausführungen möglich.
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Die Nocken sind für kleinste Füllung gezeichnet. Soll die Füllung
vergrößert werden, dann muß der Senknocken 4 in bezug auf den Hubnocken 3 entgegengesetzt
seiner Drehrichtung verstellt werden. Diese Verstellung bzw. Verdrehung kann beispielsweise
dadurch bewirkt werden, daß beide Nockenwellen durch Schrägzahnräder verbunden sind
und die Nockenwelle 2 durch den Regler axial verschoben wird. Sie kann auch so erfolgen,
daß .die Nockenwelle 2 durch ein Planetengetriebe angetrieben wird und der Regler
entweder den Planetenstern oder den inneren oder äußeren Zahnkranz in Umfangsrichtung
verstellt. Durch diese Verdrehung der Nockenwelle 2 gegenüber der Nockenwelle i
setzt die Senkbewegung des Ventils später ein und die Füllungsdauer wird vergrößert.
In der Abbildung laufen die beiden Nockenwellen i, 2 in entgegengesetzter Drehrichtung
um, sie können aber auch gleiche Drehrichtung besitzen.
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Die Ausbildung der Nocken 3, 4 muß ein sicheres Schließen des Ventils
gewährleisten. Es wird daher erfindungsgemäß der Hub des Senknockens etwas größer
gemacht als der Hub des Hubnockens.
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Um bei kleinen Füllungen eine möglichst lineare Abhängkeit der Ventilöffnungszeit
von dem relativen Verdrehwinkel zu erreichen, ist es vorteilhaft, den Senknocken
4 so auszubilden, daß er zunächst für ganz kurze Zeit als Hubnocken wirkt.' Zur
Ermöglichung eines leichten Anfahrens bei Zwei-, Drei- und Vierzylindermaschinen
erstreckt sich bei diesen zweckmäßig der Hubnocken 3 über etwa i8o° der Nockenwelle
i. Weiter wird bei diesen die Rolle des Senknockens 4 kurze Zeit in ihrer obersten
Stellung blockiert. DieseBlockierung ist deshalb notwendig, damit bei kleinen Zylinderzahlen
unbedingt ein Ventil in Offenstellung ist.
Die Hub- und Senknockenwellen
t, 2 körnen anstatt nebeneinander auch konzentrisch zueinander angeordnet sein.
Die Erfindung eignet sich nicht nur für Ventilsteuerungen, sondern auch für Schiebersteuerungen,
bei denen ebenfalls hohe Beschleunigungskräfte auftreten. Weiter besteht bei der
Erfindung die Möglichkeit, die Steuerung entfernt von den eigentlichen Ventilen
anzuordnen.