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Hydraulische Vorrichtung zum Steuern der Ventile, Schieber, Hähne
o. dgl. von Kolbenmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Vorrichtungen
zum Steuern der Ventile, Schieber, Hähne o. dgl. von Kolbenmaschinen und betrifft
insbesondere eine solche Vorrichtung mit einem von der Steuerwelle bewegten hohlen,
an der Druckseite offenen und in seiner Wandung eine oder mehrere periodisch eine
Verbindung zwischen seinem Druckraum und einem Ausgleichbehälter herstellende Öffnung
aufweisenden treibenden Kolben und hiermit zusammenarbeitenden, den zu steuernden
Teil beeinflussenden getriebenen Kolben.
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Gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art bezweckt die Erfindung
die Schaffung einer hydraulischen Steuervorrichtung, bei welcher mit Sicherheit
etwa während des Betriebes in die Flüssigkeit hineingelangende Luft selbsttätig
ausgetrieben wird- Die neue Steuervorrichtung eignet sich infolge ihrer Bauart insbesondere
zur Bedienung von Ventilen großer Abmessung, die bisher nur auf mechanischem Wege
beeinflußt werden konnten, und zwar ist die Bedienung mit der neuen Vorrichtung
außerordentlich leicht und vor allen Dingen sehr genau, so daß schnelles Öffnen
und Schließen der Ventile o. dgl. unter allen Umständen erreicht wird. Die neue
Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß der treibende Kolben während eines Teiles
seines Arbeitshubes und von einem regelbaren Zeitpunkt ab durch Flüssigkeitsdruck
den das Steuerorgan beeinflussenden getriebenen Kolben in die Steuerstellung bringt
und daß während der Abwärtsbewegung des getriebenen Kolbens sowie während seines
Stillstandes in der das Steuerorgan schließenden Lage beim Druckhub des treibenden
Kolbens Flüssigkeit durch eine Leitung in einen Ausgleichbehälter gepreßt wird,
während beim Abwärtshub des treibenden Kolbens eine der zum Öffnen des Steuerorganes
erforderliche Menge Flüssigkeit entsprechende Menge Flüssigkeit aus dem Ausgleichbehälter
über ein Rückschlagventil, den Druckraum des den getriebenen Kolben aufnehmenden
Zylinders und eine weitere Leitung in den Druckraum des den treibenden Kolben aufnehmenden
Zylinders gesaugt wird.
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Weiter besteht die Erfindung noch in einer Vorrichtung, bei welcher
innerhalb der hydraulischen Einrichtung keinerlei mechanische Teile zur Bewegung
der Ventile erforderlich sind. Zu diesem Zweck wird der getriebene Kolben in die
Ruhelage, d. h. in die
das Steuerorgan schließende Lage, hydraulisch
unter dem Einfluß eines zweiten treibenden Kolbens zurückbewegt, wobei die beiden
treibenden Kolben miteinander gekuppelt sind oder einen einzigen in einem entsprechend
gestalteten Zylinder arbeitenden Stufenkolben bilden und 'der Druckraum eines dieser
Zylinder mit dem Raum unterhalb sowie der des anderen Zylinders mit dem Raum oberhalb
des getriebenen Kolbens in Verbindung steht, während beide Druckräume des treibenden
Kolbens periodisch mit dem Ausgleichbehälter verbunden sind.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist darin zu erblicken, den Zeitpunkt
der Öffnung und des Schließens des Ventils zu ändern, und zwar wird dies erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Oberkante und Öffnungen des treibenden Kolbens mit durch
gekrümmte Linien seitlich begrenzten Aussparungen versehen sind.
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Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und es zeigen: Abb. i eine schematische Ansicht einer Steuervorrichtung
gemäß der Erfindung mit drehbarem und hin und her gehendem treibenden Kolben, Abh.
2 eine Ansicht der neuen Steuervorrichtung, bei welcher der getriebene Kolben hydraulisch
in seine Ausgangsstellung gebracht wird, Abb. 3 und 4 schematische Ansichten des
treibenden Kolbens nach Abb. i in verschiedenen Stellungen und Abb. 5 und 6- schematische
Ansichten des treibenden Kolbens nach Abb. 2, ebenfalls in verschiedenen Stellungen.
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Bei dem in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispiel der neuen Steuerung
ist das Ventil i durch eine Stange 2 mit.dem in dem Zylinder 4 arbeitenden getriebenen
Kolben 3 verbunden. Der Raum 5 unterhalb des Kolbens 3 steht durch einen Kanal 6
mit dem Druckraum 7 des zur Aufnahme des treibenden Kolbens 9 dienenden Zylinders
8 in Verbindung. Außer dem in den oberen Teil des Zylinders 8 mündenden Druckkanal
6 ist der Zylinder 8 noch mit einem den Zylinder 4 umgebenden Ausgleichkessel i
i durch einen Kanal io verbunden, der bei 18 in den Zylinder 8 etwa in der Mitte
seiner Länge mündet. Der Ausgleichkessel i i, die Kammern 5 und 7 und die Kanäle
6 und io sind mit einer Flüssigkeit, zweckmäßig Öl, angefüllt. Der treibende Kolben
9 ist als hohler, unten geschlossener und oben offener Zylinder ausgebildet, dessen
offenes -Ende dem Teil des Zylinders 8 zugekehrt ist, in welchem der Kanal 6 mündet.
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Der treibende Kolben 9 wird in seiner Längsrichtung durch eine Stange
34 verschoben, und zwar wird diese Bewegung von der Steuerwelle der Maschine hergeleitet.
Der Kolben 9 kann jedoch auch in irgend geeigneter Weise um seine Achse gedreht
werden, und zwar kann zu diesem Zweck die Kolbenstange 12 mit einem Vierkant 13
ausgerüstet werden, der in eine entsprechende Vierkantöffnung 15 eines Hebels 16
eingreifen kann. Der Kolben 9 ist mit Öffnungen 17 ausgerüstet, die in bestimmter
Lage mit der Mündung i8 des nach dem Ausgleichkessel ii führenden Kanalei io zusammenfallen.
Sobald beim Aufwärtshub durch den treibenden Kolben g die Offnung i8 verschlossen
wird, wird die Flüssigkeit durch den Kanal 6 hindurch in die Kammer 5 unterhalb
des getriebenen Kolbens 3 gedrückt, wodurch dieser entgegen der Wirkung der Feder
i9 gehoben wird. Sobald der treibende Kolben 9 diejenige Lage erreicht, in welcher
die Öffnungen 17 seiner Wandung abermals mit der Mündung 18 des Kanalei io - zusammenfallen,
wird durch die Feder i9 der getriebene Kolben 3 wieder abwärts gedrückt, und hierdurch
wird das Öl aus der Kammer 5 durch den Kanal 6, den Zylinder 8, die Öffnungen 17,
die Mündung 18 und den Kanal io in den Ausgleichkessel ii hineingepreßt, so daß
das Ventil i geschlossen wird. Der Stoß beim Schließen des Ventils wird durch eine
Colman-Ölbremse 2o oder durch irgendeine andere geeignete Vorrichtung abgeschwächt.
Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des treibenden Kolbens 9 wird die Verbindung zwischen
dem Kanal i o und dem Zylinderraum durch die Öffnungen 17 und die Mündung i8 hindurch
aufrechterhalten. Während der Abwärtsbewegung nimmt der treibende Kolben 9 für einen
Augenblick eine Lage ein, in welcher die Verbindung zwischen der Kammer 7 und dem
Kanal io unterbrochen ist. Die Unterbrechung erfolgt dadurch, daß die Oberkante
des treibenden Kolbens noch nicht die Oberkante der Mündung 18 überschritten hat.
Solange letzteres nicht der Fall ist, wird Flüssigkeit aus dem Ausgleichkessel i
i von dem Kolben 9 durch den Kanal 6, die Kammer 5, das Rückschlagventil 21 und
den Kanal 22 hindurch angesaugt. In dieser Weise wird eine vollkommene Auffüllung
der verschiedenen Ölkammern und Kanäle stets gewährleistet und die Möglichkeit der
Bildung von Luftkissen in diesen Räumen auf ein Mindestmaß verringert.
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Wird durch den Hebel 15, 16 der treibende Kolben 9 um seine Achse
gedreht, so kann die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 7 und dem Kanal io nach
Wunsch früher oder später beim Aufwärtshub des Kolbens 9 hergestellt werden, und
in dieser Weise ist eine
genaue Regelung der Maschine möglich. Die
Einstellung des Kolbens 9 durch den Hebel 15, 16 erfolgt durch die Steuervorrichtung
oder in irgend anderer geeigneter Weise. Um die gewünschte Einstellung des Kolbens
9 durch eine Drehbewegung um seine Achse zu erzielen, haben sowohl die Öffnungen
17 -als auch die Mündung 18 besondere Gestalt. Weiter ist der obere Teil des zylindrischen
Kolbens so ausgebildet, daß bei seiner Umdrehung der Augenblick, in welchem das
Durchdrücken der Flüssigkeit beginnt, nach Wunsch geändert werden kann. In dieser
Weise kann das Öffnen und Schließen des Ventils i in der jeweils gewünschten Weise
bestimmt und geregelt werden.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen schematische Ansichten des in Abb. i dargestellten
treibenden Kolbens und des zugehörigen Zylinders. Die in der Zylinderwandung vorgesehenen
Öffnungen 18 sind an ihren Begrenzungskanten schraffiert. Die verschiedenen Lagen
des Kolbens 9 in der Totpunktstellung 17, bei Beginn des Aufwärtshubes 17a des Ventils,
bei Beginn der Schließbewegung 17v des Ventils (Abb. 4.) und in der Totpunktstellung
17d auf der anderen Seite sind ;in ausgezogenen, punktierten, strichpunktierten
und strich-und doppeltpunktierten Linien dargestellt.
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In Abb. d. ist der Kolben in den gleichen Lagen nach einer Drehung
um einen gewissen Winkel dargestellt worden. Es ist ersichtlich, daß bei der Stellung
in Abb. 3 das Ventil nicht angehoben wird (weil in dieser Lage des Kolbens 9 bei
seiner Aufwärtsbewegung die Mündung 18 nicht geschlossen wird, so daß Flüssigkeit
durch diese Mündung hindurch in den Kanal io gedrückt wird), vielmehr das Ventil
in der in Abb. 4. veranschaulichten Lage des Kolbens angehoben wird.
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Bei der in Abb.2 dargestellten Ausführungsform der Steuervorrichtung
wird das Ventil nicht unter Wirkung einer Feder geschlossen, sondern in der gleichen
Weise wie beim Anheben durch hydraulischen Druck verstellt. Zu diesem Zwecke ist
der treibende Kolben als Stufenkolben ausgelaildet. Die beiden Teile 23 und 24 des
Stufenkolbens arbeiten in einem entsprechend stufenförmig ausgebildeten Zylinder
25, 26. Der untere Teil 2-3 des Kolbens wirkt in der gleichen Weise wie der treibende
Kolben 9 gemäß Abb. i. Der getriebene Kolben 3 wird anstatt durch eine Feder durch
von oben wirkenden Flüssigkeitsdruck in die Ausgangslage zurückgebracht, und zwar
wird die hierfür erforderliche Flüssigkeit durch den Kolben 2-. in den Zylinder
26 hineingedrückt, nachdem dieser Kolben die Mündung 27 des nach dem Ausgleichkessel
i i führenden Kanales io geschlossen hat. Sobald die Mündung 27 durch den Kolben
2¢ abgeschlossen worden ist, wird die Flüssigkeit aus dem Zylinder 26 durch den
Kanal 28 in den Raum 29 oberhalb des getriebenen Kolbens 3 gepreßt, so daß der getriebene
Kolben 3 abwärts bewegt wird und die unter ihm befindliche Flüssigkeit durch den
Kanal 6 in den Zylinder 25 und durch die Mündung i 8 in den Kanal i o und zurück
in den Ausgleichkessel i i hineingedrückt wird. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung
des Stufenkolbens fallen die Öffnungen 30 und 27- in einem vorher bestimmten
Augenblick zusammen, wodurch jedes weitere Durchströmen der Flüssigkeit nach dem
Raum 29 unterbunden wird. Durch die Colman-Ölbremse wird der Stoß bei der Schließbewegung
des Ventils i abgeschwächt. Der Raum 29 oberhalb des getriebenen Kolbens 3 steht
ebenfalls durch ein Rückschlagventil31 mit dem den Zylinder des getriebenen Kolbens
umgebenden Ausgleichkessel i i in Verbindung.
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Um den Augenblick, in welchem das Hineindrücken der Flüssigkeit in
den Raum 26 beginnt, durch Drehen des treibenden Kolbens um seine Achse ändern zu
können, ist die Oberkante des oberen Kolbens 2.4 mit Aussparungen oder Nuten 32
versehen, deren kurvenförmige Begrenzungskanten die gewünschte Regelung bestimmen.
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Bei Anwendung der neuen Steuerung können die öffnungs- und Schließzeitpunkte
der Ventile so geändert werden, daß ein wirtschaftliches Arbeiten der Maschine erzielt
wird. So kann beispielsweise bei Dieselmaschinen der Vorauslaß kleiner gewählt werden,
wenn die Brennstoffeinspritzung nur kürzere Zeit dauert, um am Ende des Hubes einen
vollständigen Druckausgleich zu erzielen und die Expansion für verschiedene Belastungen
vollkommen ausnutzen zu können. Bei Schiffsmaschinen ist bei einer höheren Geschwindigkeit
mehr Vorauslaß erwünscht. Bei Schiffsmotoren mit veränderlicher Geschwindigkeit
kann der Augenblick des Schließens des Auspuffventils leicht mit Bezug auf die Geschwindigkeit
der Maschine geregelt werden..
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Bei Mehrzylindermaschinen kann eine große Anzahl von mit den getriebenen
Kolben verbundenen Ventilen mit Hilfe eines einzigen treibenden Kolbens gesteuert
werden, beispielsweise bei vier Zylindermotoren, deren Kurbeln um i8o° versetzt
sind. Die Erfindung kann im Verein mit V iertaktmaschinen sowohl als auch mit Zweitaktmaschinen
verwendet werden.
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In den Abb. 5 und 6 sind der Vollständigl:eit halber die Kolben 23,
24 und Zylinder 25, 26 gemäß Abb. 2 in verschiedenen Stellungen mit Bezug aufeinander
veranschaulicht.
Wie bei den Abb. 3 und q. sind auch hier die wichtigen
Stellungen, die der Stufenkolben nacheinander einnimmt, nämlich die Totpunktlage,
der Beginn der Hubbewegung 1711, der Beginn der Schließbewegung 17 b, das
Ende der Schließbewegung 17c und die Totpunktlage i-d am anderen Hubende angedeutet
worden. In Abb. 6 ist der Kolben mit Bezug auf den Zylinder gedreht worden. Es erhellt,
daß bei der Stellung in Abb. 5 das Ventil aus dem gleichen Grunde, wie dies mit
Bezug auf Abb. 3 bereits angegeben worden ist, nicht angehoben werden kann, wohingegen
bei der in Abb. 6 dargestellten Lage das Ventil angehoben wird.