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Umsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Umsteixervorrichtung für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen, bei deren Betätigung
pneumatisch oder hydraulisch zwangläufig nacheinander zunächst die Ventilstoßstangen
von der Nockenwelle abgehoben werden, sodann die Nockenwelle in die neue Betriebsstellung
geschoben wird und anschließend die Ventilstoßstangen wieder aufsetzen.
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Bei Durchbildung solcher Vorrichtungen muß im Interesse der Verhinderung
von Beschädigungen der Maschinenanlage stets ein Höchstmaß an Sicherheit hinsichtlich
des richtigen Ablaufes des Umsteuervorganges angestrebt werden. Es dürfen sich also
im besonderen die Einzelvorgänge nicht überschneiden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß sowohl dem für das Anheben der Ventilstoßstangen als auch
dem für die Verschiebung der Nockenwelle vorgesehenen Arbeitskolben je ein Steuerschieber
zugeordnet ist, daß beide Steuerschieber durch eine beiden gemeinsame, mit Nocken
versehene Steuerwelle betätigt werden und daß jeder Arbeitskolben während seiner
Bewegung eine die Bewegung des ihm zugeordneten Steuerschiebers hemmende Blockierung
so verschiebt, daß ein Weiterdrehen der Steuerwelle zwecks Betätigung des anderen
Steuerschiebers erst
dann möglich ist, wenn der gerade in Bewegung
befindliche Arbeitskolben seine Endstellung eingenommen hat.
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Gegenüber zwei bekannten Manövriervorrichtungen, die ,unter Verwendung
von federbelasteten Ventilen mit hydraulischer Verriegelung arbeiten und ein stufenweises
Durchschalten erlauben, weist die °rfindungsgemäße Vorrichtung erhebliche Vorzüge
auf. Einmal ist sie von vornherein insofern schon betriebssicherer, als sie einfacher
aufgebaut ist. Sie besitzt keine empfindlichen Ventile, die bei Federbruch oder
Hängenbleiben ihre Verriegelungsaufgabe nicht mehr erfüllen, so daß ein die Maschine
gefährdendes Durchschalten möglich wird. Sowohl zur Arbeitsleistung als auch zur
Steuerung finden bei ihr einfache Bauelemente in Gestalt von in glatten Zylindern
geführten Kolben Verwendung. Für jeden Schaltvorgang ist außerdem nur ein einziger
Steuerschieber vorgesehen. Bedienungsmäßig bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung
infolge ihrer an Hand zweier Ausführungsbeispiele eingehend erläuterten charakteristischen
Wi.rktzngsweise ebenfalls besondere Vorteile. Kann beispielsweise der die Vorrichtung
Bedienende die auf der Nlanövrierwelle befestigte Kurbel von einer Endstellung in
die andere Endstellung stetig durchdrehen, so hat er die unbedingte Gewi heit, daß
der Schaltvorgang sich ordnungsgemäß abgespielt hat. Störungen äußern sich nämlich
sofort in einem verstärkten Widerstand gegen Verdrehen an der Kurbel, wobei die
Stellung der Kurbel zudem noch Aufschl@uß darüber gibt, welches der zu schaltenden
Organe nicht ordnungsgemäß arbeitet. Des weiteren kann das Umsteuern in jeder Phase
gestoppt bzw. können durch Zurückdrehen der Kurbel schon beendete oder gerade eingeleitete
Schaltvorgänge rückgängig gemacht werden. Die Möglichkeit, den ganzen Schaltvorgang
kontinuierlich mit der Handkurbel abzufühlen, läßt die erfindungsgemäße Vorrichtung
als besonders geeignet für fernzubetätigende Maschinenanlagen beispielsweise von
der Kommandobrücke aus betätigte Schiffsantriebsmasch,inen erscheinen. Auf eine
besondere Rückmeldeanlage kann bei Fernbetätigung mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verzichtet werden.
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In weiterer <gusgestaltung der erfindungsgemäßen Umsteuervorrichtung
sind die Steuerschieber beispielsweise mittels Doppelnocken oder Kulissenscheiben
stets kraftschlüssig mit der Steuerwelle gehalten. Die in Abhängigkeit von der Bewegung
eines Arbeitskolbens sich zwangläufig verlagernde Blockierung für den diesem Arbeitskolben
zugeordneten Steuerschieber kann im Rahmen der Erfindung jede geeignete Form haben.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beisp.ielsweisedieSteuerschieberübereine
Schwinge, deren Drehpunkt zwischen den auf der Steuerwelle sitzenden Doppelnocken
bzw. in der Ausnehmung von Kulissenscheiben liegt, an ein der Bewegung des zugeordneten
Arbeitskolbens folgendes Gestänge so angelenkt sein, daß bei Drehung der Steuerwelle
der jeweils zu betätigende Steuerschieber zunächst in Öffnungsstellung gegen einen
Anschlag - geschoben und erst während der Nachlaufbewegung des zugeordneten Arbeitskolbens
von diesem Anschlag weggeschoben wird, so daß ein weiteres Durchdrehen der Steuerwelle
möglich ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Umsteuervorrich.tung beispielsweise dargestellt.
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Abb. i zeigt eine der Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung
dienende perspektivisch gezeichnete schematische Darstellung; Abb.2 stellt eine
praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
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Bei der Umsteuervorrichtung nach Abb. i ist die mit den beiden Ventilstoßstangen
i und 2 zusammenarbeitende Nockenwelle mit 3 bezeichnet. Auf der Nockenwelle sitzen
vier Nocken 4., 5 .und 6, 7, von denen die beiden ersteren der Drehrichtung »zurück«
und die beiden letzteren der Drehrichtung »voraus« der Brennkraftmaschine zugeordnet
sind. Während des Umsteuervorganges wird die Nockenwelle mittels eines in einem
Gehäuse 8 gleitenden Arbeitskolbens g verschoben. In jeden der Arbeitsräume io und
i i beiderseits des Arbeitskolbens 9 mündet je eine Druckmittelleitun.g 12 bzw.
13. Beide Leitungen werden durch einen in einem Gehäuse 14 arbeitenden Schieber
15 gesteuert. Die Betätigung des Steuerschiebers 15, der in jeder Endstellung eine
der beiden Leitungen i2 oder 13 mit der ebenfalls in das Gehäuse 14 einmündenden
Zubringerleitung.i6 verbindet, erfolgt über einen auf einer Steuerwelle
17 angebrachten Nocken 18. Die zu den Arbeitsräumen 2o und 21 des Arbeitskolbens
i9 führenden Druckmittelleitungen 22 bzw. 23 werden durch einen in einem Gehäuse
24 arbeitenden, von einem auf der Steuerwelle 17 sitzenden Nocken 25 betätigten
Schieber 26 gesteuert. Der Kolben i9 arbeitet über einen Ste@mpel27 auf den auf
einer Welle 28 fest sitzenden Hebel 29. Gleichfalls fest auf dieser Welle 28 sitzen
zwei Gabeln 30 und 3i, die unter auf den Ventilstoßstangen i und 2 aufgesetzte
Bunde 32 bzw. 33 so greifen, daß bei Verdrehung der Welle 28 dumch den Kolben i9
die Stangen i und :2 angehoben werden. Auf der Steuerwelle 17 sitzt noch ein weiterer
Nocken 34, der bei Einleitung des Umsteuervorganges durch Verdrehen der Welle
17 ein Ventil 35 anhebt, wodurch dem durch die Leitung 36 zuströmenden Druckmittel
der Zutritt zu den beiden Steuerschiebern freigegeben wird.
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Die Wirkungsweise der Umsteuervorrichtung ist folgende: Bei Umlegen
des mit der Steuerwelle 17 fest verbundenen Handhebels 37 aus der Stellung »voraus.«
in Stellung »zurück« öffnet sich zu Anfang der Bewegung das Ventil 35, so
daß die Steuerschieber 15 und 26 vom Druckmittel beaufschlagt werden. Im weiteren
Verlauf der Drehbewegung der Steuerwelle 17 wird zunächst der Steuerschieber 26
von einer Flanke des Nockens 25 so weit angehoben, daß das Druckmittel aus der Leitung
16 in die Leitung 23 und damit in den Arbeitsraum 2i dies Arbeitskolbens i9 eintreten
kann. Der Öffnungshub des Steuerschiebers 26 ist durch sein Gehäuse 24 begrenzt,
so daß ein weiteres
Durchdrehen der Steuerwelle 17 erst nach einer
Verschiebung des Gehäuses 24 möglich ist. Diese Verschiebung wird zwangläufig dadurch
bewirkt, daß das Gehäuse 24 über eine Stange 38 an einen fest auf der Welle 28 sitzenden
Hebel 39 angelenkt ist. Bewegt sich also der Kolben i9 unter der Einwirkung des
in seinen Arbeitsraum 21 einströmenden Druckmittels, so hebt er hierbei nicht nur
über die Welle 28 und die Gabeln 30 und 3 i die Ventilstoßstangen an, sondern
bewirkt auch eine Verschiebung des Gehäuses 24 dergestalt, daß der Steuerschieber
26 bei Durchdrehen der Welle 17 ausweichen kann. Die Nocken 25 und i8 sind so ausgebildet,
daß der Steuerschieber 15, der die Beaufschlagung des auf die Nockenwelle 3 arbeitenden
Kolbens 9 steuert, erst dann angehoben wird, wenn das. Gehäuse 24 dem Steuerschieber
26 so weit ausgewichen ist, daß letzterer auf der höchsten Erhebung des Nockens
25 aufsitzt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventilstoßstangen genügend weit angehoben,
so daß die Verschiebung der Nockenwelle3 eingeleitet werden kann. Letzteres geschieht
durch Anheben des: Steuerschiebers 15, wodurch der Arbeitsraum io über die Leitung
12 mit der Druckmittelz.uleitung 16 verbunden wird. Der Kolben 9 beginnt, in der
Zeichnung gesehen, nach rechts zu wandern, wobei er über einen Winkelhebel 40 das
Gehäuse 14, welches den Öffnungshub des Steuerschiebers 15 begrenzt, mitnimmt. Die
Welle 17 kann weiter durchgedreht werden, und zwar so schnell, wie dies der nach
rechts wandernde, hierbei das Gehäuse 14 verschiebende Kolben 9 zuläßt. In der Endstellung
»zurück« des Kolbens 9 sitzt der Steuerschieber 15 auf der höchsten Erhebung des
Nockens i8 auf. Während der Dauer der Öffnungsbewegung des Steuerschiebers 15 bleibt
der Steuerschiebe,r 26 infolge entsprechender Ausbildung des Nockens 25 in Ruhe,
d. h. die Ventilstangen bleiben so lange angehoben, bis die Verschiebung der Nockenwelle
3 beendet ist. Auf der anderen Seite bleibt nunmehr bei weiterem Durchdrehen der
Steuerwelle 17 der Steuerschieber 15 in Ruhe, während der Steuerschieber 26 von
der höchsten Nockenerhebung auf den Grundkreis abwandert und hierbei einerseits
den Arbeitsraum 2o des: Arbeitskolbens i9 mit der Leitung 16 verbindet und anderseits
den Arbeitsraum 21 des Kolbens i9 mit einer Entlastungsbohrung 41 im Gehäuse 24
verbindet. Der Arbeitskolben i9 bewegt sich also in die in der Zeichnung dargestellte
Ausgangsstellung zurück, wobei die Stoßstangen i und 2 auf die Nocken 4 bzw. 5 aufsetzen.
Im letzten Abschnitt der Drehbewegung der Steuerwelle 17 schließt das Ventil 35
und verbindet glei.ehzeitig die Leitung 16 mit einer Entlasbungsleitung42.Kurz zusammengefaßt
spielt sich der Umsteuervorgang also wie folgt ab: Zuerst öffnet das Druckmittelventil,
so daß die Steuerschieber 15 und 26 beaufschlagt werden. Alsdann hebt der Kolben
i9 die Ventilstoßstangen i und 2 an, wobei zu beachten ist, daß die Steuerwelle
17 erst dann zwecks Betätigung des Steuerschiebers 15 weitergedreht werden kann,
wenn die Stoßstangen gänzlich angehoben sind. Nachdem die Nockenwelle 3 in ihrer
neuen Betriebsstellung angelangt ist, kann die Steuerwelle 17 weitergedreht werden
zwecks erneuter Beeinflussung des Steuerventils 26 zum Ablassen der Ventilstoßstangen
i und 2. Nach Aufsetzen der Ventilstoßstangen i und :2 schließt das Druckmittelventil
33 wieder.-Ein plötzliches ruckweises Durchdrehen der Steuerwelle ist bei der erfindungsgemäßen
Art der Verriegelung nicht möglich. Nach Einleitung eines jeden Steuervorganges
muß dessen vollständiger Ablauf abgewartet werden, bevor der nächste Steuervorgang
eingeleitet werden kann. Das Durchdrehen der Welle 17 muß, zeitlich betrachtet,
stetig erfolgen. Eine Beschädigung der Maschinenanlage ist bei der erfindungsgemäßen
Umsteuervorrichtung ausgeschlossen.
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Bei dem Ausführungsbeispielgemäß Abb. 2 wird die Steuerwelle 43 mittels
eines gestrichelt gezeichneten Handhebels 44 betätigt. Auf der Steuerwelle sitzen
Kulissenscheiben, von denen in der Zeichnung nur die Scheibe 45 zu erkennen ist.
In der Kulisse 46 der Scheibe 45 ist der Drehzapfen 47 einer Schwinge 48 geführt,
die einerseits an einen Steuerschieber 49 angelenkt ist und deren anderes Ende mittels
,einer Zahnstange 50 verschoben werden kann, in die ein mittels des Hebels
51 verdrehbares Ritzel eingreift. Die Bewegung des Hebels 5, geschieht zwangläufig
in Abhängigke,it von der Bewegung des dem Steuerschieber 49 zugeordneten, nicht
gezeichneten Arbeitskolbens. Bei Drehung der Steuerwelle 43 mittels des Hebels 44
entgegen dem Uhrzeigersinn öffnet sich zunächst das Druckmittelventil 52, so daß
der Steuerschieber 49 beaufschlagt wird. Bei weiterem Durchdrehen der Welle43 kann
der Steuerschieber49 nach rechts bis zum Anschlag 53 verschoben werden. Ein weiterfies:
Durchdrehen der Welle 43 ist damit vorläufig unterbunden, und zwar so lange, bis
der inzwischen beaufschlagte, dem Steuerschieber 49 zugeordnete Arbeitskolben eine
Bewegjung ausgeführt und hierbei zwangläufig über den Hebel 51 die Zahnstange 5o
nach rechts. verschoben hat. Durch diese Verschiebung der Zahnstange 5o kommt der
Steuerschieber wieder von dem Anschlag 53 frei, und die Welle 43 kann weitergedreht
werden., wobei der Arbeitskolben seiner Bewegung stetig folgt. Wenn der Zapfen 47
im kreisförmigen Abschnitt der Kulisse 46 angelangt ist, ist auch die Bewegung des.
erwähnten Arbeitskolbens beendet, und es kann von der Welle 43 mittels einer weiteren,
nicht gezeichneten Kulissenscheibe ,ein anderer Steuerschieber unter den gleichen
Begleitumständen betätigt werden. Der dem Steuerschieber 49 zugeordnete Arbeitskolben
ist mit ersterem über die Leitungen 54 und 55 verbunden.
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Bei der erfindungsgemäßen Umsteuervo:rrichtung kann der Umsteuervorgan.g
in jeder Phase gestoppt und durch Zurückdrehen der Steuerwelle wieder rückgängig
gemacht werden.