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Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Druckluft gesteuerten Stellmotor,
insbesondere für die Einspritzpumpe von Dieselmotoren, mit koaxial angeordneten
und in einer Richtung aus der Ruhelage bewegbaren Vorsteuer- und Arbeitskolben,
die über Federteller in kraftschlüssiger Verbindung mit je einem Ende einer Druckfeder
stehen, die bei jeder Bewegung der beiden Kolben eine Zusatzspannung erhält.
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Es ist bereits ein mit Druckluft gesteuerter Stellmotor mit koaxial
angeordneten Vorsteuer- und Arbeitskolben bekannt, bei denen eine zusätzliche, mit
einer Entlüftungsbohrung versehene Kammer vorgesehen ist.
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Ferner ist eine Feder vorhanden, die über Federteller in kraftschlüssiger
Verbindung mit dem in einer Richtung aus der Ruhelage bewegbaren Arbeitskolben und
dem Vorsteuerkolben steht, so daß die Feder bei jeder Bewegung der beiden Kolben
eine Zusatzspannung erhält, wobei die Steuerung der Druckluftbeaufschlagung des
Arbeitskolbens über eine Sitzventilanordnung zum Be-bzw. Entlüften der Arbeitskammer
kraftabhängig erfolgt.
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Bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch nachteilig, daß der Arbeitskolben
nur einseitig von Druckluft beaufschlagbar ist. Außerdem hält sich das Arbeitsvermögen
der Stellstange nur in geringen Grenzen, da mit Rücksicht auf ein schwingungsfreies
Arbeiten im Arbeitsraum nur ein niedriger Arbeitsdruck vorhanden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit Druckluft gesteuerte Stellmotoren
so auszubilden, daß das Stellglied stets eine der Größe des Stelldruckes proportionale
Stellbewegung macht und unabhängig von den auf das Stellglied einwirkenden äußeren
Kräften bleibt. Weiterhin ist angestrebt, den Stellmotor konstruktiv so auszubilden,
daß er einen einfachen und zweckmäßigen Aufbau hat, kleine äußere Abmessungen aufweist
und mit geringen Kosten herstellbar ist. Außerdem soll er den Vorteil relativ kurzer
Stehzeiten aufweisen. Ein weiterer Vorteil soll darin bestehen, daß der Arbeitskolben
in seiner jeweiligen Lage genau fixiert ist.
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Dies wird nach der Erfindung bei Stellmotoren der angegebenen Gattung
dadurch erreicht, daß die Druckfeder in einer zusätzlichen, mit einer nicht verschließbaren
Entlüftungsbohrung versehenen, gegen die Arbeitskammer abdichtbaren Kammer angeordnet
ist und die beiden Räume der Arbeitskammer oberhalb und unterhalb des Arbeitskolbens
über Leitungen und zwei Be- und Entlüftungsventile, die durch einen in Abhängigkeit
von der Stellung des Vorsteuerkolbens im Gehäuse drehbar angeordneten Waagebalken
kraftabhängig betätigbar sind, wechselweise mit einem Behälter oder der Kammer und
damit über die Entlüftungsbohrung mit der Atmosphäre verbindbar sind.
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In vorteilhafter Weise erfolgt die Steuerung der Druckluftbeaufschlagung
des Arbeitskolbens über eine in Abhängigkeit von der Stellung des Vorsteuerkolbens
stehende Schieberanordnung. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die
Federteller der Druckfeder mit Schleppkupplungen versehen, die i mit Mitnehmern
der Verlängerung des in zwei Richtungen bewegbaren Arbeitskolbens und der Kolbenstange
des Vorsteuerkolbens zusammenwirken, wobei die Steuerung der Druckluftbeaufschlagung
des Arbeitskolbens kraftabhängig über eine Schieberanordnung erfolgt.
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Stellmotors dargestellt, dessen Arbeitskolben aus der Ruhelage heraus Stellwege
in einer Richtung machen kann; F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
dessen Arbeitskolben aus einer Ruhelage heraus Stellwege in zwei Richtungen ausführen
kann.
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Von einer nicht dargestellten Lufterzeugungsanlage strömt Druckluft
in den Behälter 1. Von diesem führt eine Leitung 2 zu einem an sich bekannten Feinregelventil3
und von dort über eine Leitung 4 in eine Steuerkammer 5 des Stellmotors. Diese Kammer
5 enthält einen Vorsteuerkolben 6, dessen Kolbenstange 7 in eine koaxial angeordnete
Kammer 8 hineinreicht. Über eine Leitung 9 ist der Behälter 1 mit einem Ventilraum
10 verbunden, so daß in ihm Behälterdruck herrscht. In der Arbeitskammer
11 des Stellmotors ist ein Arbeitskolben 12
koaxial zum Vorsteuerkolben
6 angeordnet, an welchem das Stellglied 13 und eine in die Kammer 8 dichtend geführte
Verlängerung 14 angebracht sind. Eine Leitung 15 verbindet den Ventilraum 10 mit
dem unterhalb des Arbeitskolbens 12 befindlichen Teil der Arbeitskammer 11, so daß
auch hier Behälterdruck herrscht, während der oberhalb des Arbeitskolbens 12 befindliche
Raum der Arbeitskammer 11 über eine Leitung 16 und über die Entlüftungsbohrung 17
der Kammer 8 in der Ruhelage entlüftet ist. In der Kammer 8 ist eine mittels Federtellern
18 und 19 spannbare Druckfeder 20 angeordnet, die in kraftschlüssiger Verbindung
mit der Verlängerung 14 des Arbeitskolbens 12 und der Kolbenstange 7 des Vorsteuerkolbens
6 steht. Mit der Kolbenstange 7 des Vorsteuerkolbens 6 ist ein Waagebalken 21 über
einen Bolzen 22 bewegbar verbunden, dessen Drehpunkt 23 im Gehäuse des Stellmotors
fest angeordnet ist. Durch die Hebel des Waagebalkens 21 sind zwei Be- und Entlüftungsventile
24 und 25 umsteuerbar, deren Ventilteller 26, 27 den Ventilraum
10 gegenüber der Kammer 8 abschließen können, während beim Steuervorgang
je nach Lage des Waagebalkens 21 durch Betätigung der mit Bohrungen versehenen Be-
und Entlüftungsventile 24 und 25 eine mehr oder weniger große Be- bzw. Entlüftung
der oberen bzw. unteren Arbeitskammer 11 erfolgt.
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Der Stellmotor nach F i g. 1 wirkt wie folgt: In der Ruhelage des
Stellmotors sind die Leitung 4 und die Steuerkammer 5 drucklos. Der Vorsteuerkolben
6 wird durch die Druckfeder 20 in seiner unteren Lage gehalten, wobei der Waagebalken
21 das Be- und Entlüftungsventil 25 offenhält, so daß Behälterdruck in der Arbeitskammer
11 unterhalb des Arbeitskolbens 12 herrscht. Der Raum oberhalb des Arbeitskolbens
12 ist über die Leitung 16, das Be- und Entlüftungsventil 24, die Kammer 8 und die
Entlüftungsbohrung 17 entlüftet. Der Arbeitskolben 12 und damit das Stellglied 13
befinden sich in der oberen Endlage.
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Wird in die Steuerkammer 5 über das Feinregelventil3 ein Stelldruck
eingesteuert, so bewegt sich der Vorsteuerkolben 6 gegen die Kraft der Druckfeder
20 nach oben. Der an der Kolbenstange 7 des Vorsteuerkolbens 6 angelenkte Waagebalken
21 öffnet das Be- und Entlüftungsventil 24, so
daß nunmehr Druckluft
über die Leitung 16 in den Raum über dem Arbeitskolben 12 einströmen kann.
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Gleichzeitig schließt das Be- und Entlüftungsventil 25, und der Druck
unterhalb des Arbeitskolbens 12 wird über die Leitung 15, die Kammer 8 und die Entlüftungsbohrung
17 abgebaut. Demgemäß bewegt sich der Arbeitskolben 12 mit dem Stellglied 13 und
der Verlängerung 14 nach unten, wobei die Druckfeder 20 über den Federteller 18
zusammengedrückt wird. Der Druck auf die Druckfeder 20 wirkt sich über den Federteller
19 auf die Kolbenstange 7 aus, und zwar im Sinne einer ständig größer werdenden,
der Stellung des Arbeitskolbens 12 proportionalen Kraft, die dem in der Steuerkammer
5 vom Feinregelventil 3 eingesteuerten Druck entgegenwirkt. Unter dem Einfluß dieser
Kraft bewegt sich der Vorsteuerkolben 6 so lange nach unten, bis dieser eine Stellung
angenommen hat, in der beide Be- und Entlüftungsventile in Abschlußstellung gehen
und damit jegliche weitere Druckluftzuführung bzw. Entlüftung beenden. Der Arbeitskolben
12 und der Vorsteuerkolben 6 verharren in dieser Gleichgewichtslage; das Stellglied
13 hat hierdurch eine der Größe des Stelldruckes proportionale Stellbewegung gemacht.
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Wird der Stelldruck verändert, so bewegt sich der Vorsteuerkolben
6 nach Maßgabe des eingesteuerten Druckes. Der über die Kolbenstange 7 betätigte
Waagebalken 21 beeinflußt die Be- und Entlüftungsventile 24, 25 so lange, bis wieder
eine Gleichgewichtslage herbeigeführt ist.
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Ändern sich die auf das Stellglied 13 einwirkenden äußeren Kräfte,
so macht der Arbeitskolben 12 infolge des gestörten Gleichgewichts der an ihm angreifenden
Kräfte einen Weg. Der Vorsteuerkolben 6 wird über die Druckfeder 20 ebenfalls mit
einer Kraft beeinflußt. Es erfolgt dann auch hierbei eine entsprechende Betätigung
der beiden Be- und Entlüftungsventile 24 und 25, wobei die Druckbeaufschlagung in
der Arbeitskammer 11 sich so lange verändert, bis das Kräftegleichgewicht wiederhergestellt
wird und der Weg des Stellgliedes 13 korrigiert ist und bis sich die Be- und Entlüftungsventile
24 und 25 wieder in der Abschlußstellung befinden.
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F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stellmotors, dessen
Arbeitskolben aus einer Mittellage heraus Stellwege in zwei Richtungen machen kann.
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Von dem Behälter 1 führt die Leitung 2 zu dem Feinregelventil30, von
welchem aus über die Leitung 31 der Raum unterhalb und über die Leitung 32 der Raum
oberhalb des Vorsteuerkolbens 6 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Die Kolbenstange
7 ist in einem Ansatz 33 dichtend geführt, so daß die Steuerkammer 5 gegenüber der
Kammer 8 abgeschlossen ist. An dem Ansatz 33 sind fünf Bohrungen 34, 35, 36, 37
und 38 vorgesehen, die in Verbindung mit drei Ausfräsungen 7 a, 7 b
und 7
c an der Kolbenstange 7 die Funktion eines Steuerschiebers ausüben. Die mittlere
Bohrung 36 ist über die Leitung 9 mit dem Behälter 1 verbunden. Eine Leitung 40
verbindet die Bohrung 37 mit dem Raum unterhalb und eine Leitung 39 die Bohrung
35 mit dem Raum oberhalb des Arbeitskolbens 12. Die Bohrungen 34 und 38 sind Entlüftungsbohrungen.
Bei der dargestellten Schieberstellung ist der Raum oberhalb des Arbeitskolbens
12 über die Leitung 39 und der Raum unterhalb über die Leitung 40 belüftet.
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Auf einem Bund 41 der Kolbenstange 7 sitzt der Federteller 19 auf,
welcher mit einer in die Arbeitskammer 11 des Arbeitskolbens 12 hineinreichenden,
dichtend geführten Schleppkupplung 42 versehen ist, die ihrerseits mit einem Mitnehmer
43 der Verlängerung 14 in Bewegungsverbindung steht. Der Federteller 18 ist ebenfalls
über eine Schleppkupplung 45 und einen Mitnehmer 44 mit der Kolbenstange 7 des Vorsteuerkolbens
6 verbunden. Die Federteller 18 und 19 liegen in der Ruhelage gegen Anschläge
46 und 47 an.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: In der dargestellten
Ruhestellung des Stellmotors sind die Räume beiderseits des Vorsteuerkolbens 6 über
die Leitungen 31 und 32 sowie über das Feinregelventil 30 entlüftet.
Der Vorsteuerkolben 6 befindet sich in seiner Mittelstellung, wobei der Arbeitskolben
12 beiderseits mit Behälterdruck beaufschlagt ist, und zwar der obere Raum über
die Leitung 9, die Bohrung 36, die Schieberausfräsung 7 b, die Bohrung 35 und die
Leitung 39 und der untere Raum über die Bohrung 37 und die Leitung 40. Der Arbeitskolben
12 befindet sich in einer Mittellage, aus der er nach oben und unten gleiche Stellwege
machen kann.
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Bei einer Betätigung des Feinregelventils 30 beispielsweise nach links
fließt über die Leitung 32 Druckluft in den Raum oberhalb des Vorsteuerkolbens 6,
während die Leitung 31 entlüftet bleibt. Der Vorsteuerkolben 6 bewegt sich nach
unten, und zwar unter Mitnahme des Federtellers 18 unter gleichzeitiger Zusammendrückung
der Druckfeder 20. Bei der Bewegung des Vorsteuerkolbens 6 wird gleichzeitig der
Schieber an der Kolbenstange 7 verstellt, so daß im Raum über dem Arbeitskolben
12 der Druck über die Leitung 39, die Bohrung 35, die Ausfräsung 7 a, die
Bohrung 34, die Kammer 8 und die Entlüftungsbohrung 17 abgebaut
wird, während der Raum unterhalb des Arbeitskolbens 12 weiterhin mit Behälterdruck
beaufschlagt bleibt. Der Arbeitskolben 12 bewegt sich unter dem Einfluß der Druckdifferenz
nach oben. Dabei wird über den Mitnehmer 43 und die Schleppkupplung 42 der Federteller
19 mitgenommen und über die Druckfeder 20, den Federteller 18 und die Schleppkupplung
44, 45 auf die Kolbenstange 7 des Vorsteuerkolbens 6 eine mit zunehmendem Kolbenweg
größer werdende, nach oben gerichtete Kraft übertragen. Unter der Wirkung dieser
Kraft bewegt sich der Vorsteuerkolben 6 entgegen dem oberhalb des Vorsteuerkolbens
6 anstehenden Steuerdruck so weit nach oben, bis der Schieber eine Lage eingenommen
hat, bei welcher die Leitung 39 abgeschlossen ist. Jetzt bleibt der Druck im Raum
oberhalb des Arbeitskolbens 12 konstant, und der Arbeitskolben 12 verharrt in der
augenblicklichen Lage. Je größer der Stelldruck eingesteuert wird, desto größer
ist auch die Kraft, um den Vorsteuerkolben 6 in die Abschließstellung zu bringen,
und um so größer ist auch der Hub des Arbeitskolbens 12. Das Stellglied 13 macht
demgemäß auch eine der Größe des Stehdruckes proportionale Stellbewegung und ist
unabhängig von den auf das Stellglied einwirkenden äußeren Kräften.
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Bei der Umsteuerung des Feinregelventils 30 in
die
andere Bewegungsrichtung verläuft der Steuervorgang analog.