DE1018880B

DE1018880B - Hydraulische Steuerung, insbesondere fuer die Ventile von Kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE1018880B
Application number: DEP14216A
Authority: DE
Inventors: Albert Pomutz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-05-31
Filing date: 1955-05-31
Publication date: 1957-11-07

Description

Hydraulische Steuerung, insbesondere für die Ventile von Kolbenmaschinen Die Erfindung betrifft eine insbesondere für die Ventile von Kolbenmaschinen bestimmte hydraulische Steuerung, bei der von einer Nockenwelle ein Druckkolben, der über eine Druckleitung ein Ventil betätigt, beeinflußt wird und ein Vorratsbehälter über einen von dem Druckkolben gesteuerten Anschluß die Leckverluste der Flüssigkeit ersetzt.
Eine bekannte Steuerung dieser Art benutzt den ersten Teil des Hubes des eigentlichen Steuernockens zum Abschließen von Bohrungen, die den Vorratsraum mit dem Hubraum des Druckkolbens verbinden. Dadurch beginnt die wirksame Übertragung der St°!uerbewegung des Nockens über den Druckkolben auf die, Steuerleitung und das zu steuernde Ventil erst dann" wenn die steuernde Kante des Druckkolbens jene Bohrungen. überfahren und abgeschlossen hat, womit ein Teil des Kolbenhubes für den eigentlichen Steuervorgang verlorengeht, und zwar ist dies von der etwa sinusförmig verlaufenden Ventilerhebungskurve der untere Bereich, der dem Weg des Druckkolbeus beim Abschließen der Ausgleichsbohrungen entspricht. Damit beginnt der eigentliche Hub des gesteuerten Ven,tiles erst mit Verspätung, und da von der Ventilerhebungskurve gerade die sanft verlaufenden Anfangs- und Endteile fortfallen, die den Über-,gang des gesteuerten Ventiles aus der Ruhestellung in die Bewegung sowie den umgekehrten. Vorgang bei seinem Schließen sanft gestalten, ergibt sich vor allem beim Öffnen, aber auch beim Schließen des Ventils cin harter Stoß, so daß die bekannte Steuerung insbesondere für schneller laufende Maschinen unbrauchbar ist.
Soll aber ein hydraulisch gesteuertes Ventil trotz stufenloser Änderung der Steuerzeiten. auf seinem ganzen Wege zwangläufig gesteuert werden, so muß der Druckkolben sowohl beim Öffnungs- als auch beim Schließvorgang der entsprechend ausgebildeten Nockenbahn kraftschlüssig anliegend folgen. Die "` ockenbahn kann dabei auch aus zwei gegeneinander verdrehbaren Nocken gebildet werden.
Zu diesem Zwecke sowie zur Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen schlägt die Erfindung bei Steuerungen der eingangs umrissenen Art grundsätzlich eine solche Ausbildung vor, bei der auf der 1\ockenwelle diametral gegenüber dem Steuernocken ein negativer Nocken derart angeordnet ist, daß der von den Nocken gesteuerte Druckkolben in seiner tiefsten Stellung den Anschl;uß des Vorratsbehälters freigibt; dabei soll der Flüssigkeitsinhalt des Vorratsbehälters unter Überdruck stehen.
Bei der neuen Steuerung wird während der durch den negativen Nocken bewirkten Bewegung des Druckkolbens ein etwaiger Leck- oder sonstiger Flüssigkeitsverlust im gesamten Steuermechanismus ersetzt und damit die vollkommen stramme und unz_usammendrückbare Füllung der Steuerleitung schon von Beginn der Steuerbewegung des Druckkolbens an öcwährleistet. Sobald die Rolle des Druckkolbens mit der Anlauffläche des Steuernockens in Anlage tritt, beginnt daher unverzüglich die Übertragung auf das gesteuerte Ventil; hier geht also auch nicht der geringste Hubteil des Steuernockens für den Antri#zb des gesteuerten. Ventils verloren. Bei .der Erfintlunj erstreckt sich vielmehr die Ventilerhebungs.kurve über den gesamten Bewegungsbereich des Ste:tternoc?;er.5 und damit vor allem auch auf den. Öffnungs- i,ncl Schließbereich. Dies führt zu dem erheblichen For..-schritt eines völlig stoßfreien Öffnens und Schlietietiz des gesteuerten Ventils und gestattet die Anwendung der neuen Steuerung auch bei schnell laufenden Maschinen.
Für den Ersatz des Leckflüssigkeitsverlustes schlägt die Erfindung weiterhin die Anordnung eines Kolbens vor, der in an sich bekannter Weise in einem mit dem Zylinder des Druckkolbens in Verbindung stehenden Ausgleichszylinder geführt ist und unter der Wirkung einer vorgespannten Feder steht, wobei der Hub des Kolbens im Ausgleichszylinder zweckmäßig durch eine Stellschraube einstellbar ist. Außer bei Kolbenmaschinen, wie Dampf- und Brennkrafttnaschinen, Pumpen, Verdichtern u. dgl., kann die hydraulische Steuerung nach der- Erfindung auch bei Arbeits-und Werkzeugmaschinen aller Art und darüber hinaus, z. B. bei hydraulischen Spannvorrichtungen, angewendet werden.
In Abb. 1 bis 8 ist eine. Steuerung nach der Erfindung in verschiedenen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
In Abb. 1 ist 1 die Nockenwelle mit dem Nocken 2, dem Grundkreis 3 und dem sogenannten negativen \To.cken 4, der den Grundkreis 3 unterschneidet. Unter »Grundkreis« ist hier der Kreis zu verstehen., in den der positive Nocken 2 einmündet. Ferner ist in Abb. 1, Teil 5, der Druckkolben und 6 der Kanal zum Ausgleichsbehälter 7 mit dem Ölvorrat 8, der unter dem Druckluftpolster 9 steht. Die Druckluft kann über ein Rückschlagventil 10 zugeführt werden. Mit 11 ist der Ausgleiclikolben mit seiner Feder 12 und dem einstellbaren Anschlag 13 bezeichnet. Der gesteuerte Kolben ist mit 14, das Ventil mit 15 und der hydraulische Raum mit 16 bezeichnet.
Die Nockenwelle 1 (4bb. 1) ist so ausgebildet, daß gegenüber dem Nocken 2 der Grundkreis 3 durch den negativen Nocken 4 unterschritten wird. Während der Druckkolben 5 der negativen Nockenbahii kraftschlüssig folgt, gibt er den Verbindungskanal 6 zum Ausgleichbehälter 7 frei. Um dabei einen Druckausgleich im hydraulischen Raum 16 auch. bei Schnelllauf zu ermöglichen, steht der Ölvorrat 8 unter dem Druckluftpolster 9. Der Druck des Luftpolsters wird durch das Rückschlagv entil 10 aufrechterhalten. Damit nun während des Rückgangs des. Druckkolbens 5 auf dem negativen Nocken bis zum Überschneiden des Ausgleichkanals 6 im hydraulischen Raum 16 kein Vakuum entsteht, kann der Aus.gleichkolben 11 dei-Volumenvergrößerung folgen. Bei Offenstehen des Verbindungskanals 6 saugt der Ausgleichkolben 11 infolge der auf ihn wirkenden Feder 12 und unterstützt durch den Überdruck im Ausgleichbehälter 7 Öl in den hydraulischen Raum. Nachdem der negative Nocken. seinen Scheitelpunkt überschritten hat, wird das Volumen im hydraulischen Raum wieder verkleinert. Dabei geht zuerst der Ausgleichkolben 11 wieder an seinen einstellbaren Anschlag 13 zurück. Überschüssiges Öl tritt in den Vorratsbehälter 8 zurück, bis nach Überschneiden des Ausgleichkanals 6 der liy dranlische Raum wieder abgeschlossen ist. Nachdem der Druckkolben 5 mit seiner Rolle den Grundkreis 3 wieder erreicht hat, beginnt durch den positiven Nocken. 2 ein neuer Steuervorgairg. Dieser beginnt also immer wieder bei einer bestimmten Normalfüllung des hydraulischen Raumes und kann daher ohne Stößelluft geräuschlos arbeiten, und zwar auch dann, wenn infolge der Veränderlichkeit der Steuerzeit zwei Nocken mit hydraulischer Addition vorgesehen werden.
Weitere Teile der Steuerung sind., wie in Abb. 2 bis 8 dargestellt, ein Manometer 17, eine angebaute Luftpumpe 18 mit Handgriff 19, Kolben 20 und Kolbenschaft 21. In Abb. 4 ist 22 ein Rückschlagventil; in Abb. 5 und 6 ist 23 eine Maschinenölpumpe. 24 eine Membran und 25 ein Stufenkolben.
Der Druck km Ausgleichbehälter 7 kann auf verschiedene Weise; erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist dies gemäß Abb. 2 erreichbar, indem mit einer gewöhnlichen Luftpumpe über das Rückschlagventil 10 in den Behälter 7 Luft gepumpt wird, wobei der erreichte Druck und das Betriebsverhalten durch ein Manometer 17 beobachtet werden können.
Nach Abb. 3 kann die Luftpumpe 18 auch direkt am Ausgleichbehälter 7 angebracht sein. Bei dieser Pumpe wird durch einen Handgriff 19 ein unter Federdruck stehender Kolben 20 bewegt, wobei die Luft über den mit entsprechenden Bohrungen versehenen Kolbenschaft 21 an der Kolbenmanschette 20 in bekannter Weise in den Behälter eintreten kann.. Der abwärts gerichtete Federdruck erzeugt dabei den erforderlichen Luftdruck und ermöglicht gleichzeitig die Kontrolle durch die außen sichtbare Stellung de-IIandgriffs 19, ersetzt also das llanoineter.
Abb. 4 zeigt eine Möglichkeit, auch bei dieser Anordnung den Luftdruck durch mehrmaliges Pumpen zu erhöhen. Dazu ist am Lufteintritt in den Druckraum 9 des Ausgleichbehälters 7 noch ein Rückschlagventi122 erforderlich. Zur Druckkontrolle ist ein Manometer 17 angebracht.
Um unabhängig von einer Bedienung von Hand zur Aufrechterhaltung und Kontrolle des Luftdruckes zu sein, kann gemäß Abb. 5 auch der Öldruck der zur Maschinenschmierung dienenden Ölpumpe 23 herangezogen werden. Dieser Öldruck kann direkt auf das 01 8 des Ausgleichbehälters 7 wirken. wenn das 1-taschinensc.hinieröl mit dem hydraulischen Mittel identisch ist. Besteht jedoch zwischen beiden ein Unterschied, so kann .die Trennung durch eine zwischengeschaltete :Membran erreicht werden. Werden jedoch die Beschleunigungsverhältnisse im hydraulischen Mittel so groß, daß der Schrnierölpumpendruck ihnen nicht mehr zu folgen vermag, so kann zwischen die Membran 24 und das hydraulische :Mittel 8 noch ein Druckluftpolster 9 zwischengeschaltet «erden. Die erforderliche Luftmenge kann über das Rückschla,-venti110 zugeführt werden.
:#,bb.6 zeigt die gleiche Ausführungsform wie Abb. 5, jedoch mit dem Unterschied, daß hier durch den Stufenkoiben.25 eine hydraulische Übersetzung erreicht wird, wenn beispielsweise der Druck des Luftpolsters 9 höher sein muß, als ihn die Maschinenschinierödpumpe zu liefern vermag.
In Abb. 7 und 8 sind 29 und 30 die Druckkolben für je ein Auslaß- bzw. Einlaßventil. 26 und 27 sind die unter entsprechendem Winkel versetzt angeordneten Auslaß- bzw. Einlaßnocken. In Abb. 9 ist nur ein Nocken 28 vorgesehen; hier wird die erforderliche Winkelv ersetzung bei der Betätigung der abwechselnd angeordneten Ein- und Auslässe erreicht.
In Abb. 7 und 8 ist beispielsweise die iIöglichkeit gezeigt, wie die Steuerung der Druckkolben 29 und 30 von nur zwei Nocken, je einem für die Aus- und Einlaßventile einer Vierzvlinder-Brennkraftinaschine, angeordnet sein kann; die Lage dieser Nocken kann unabhängig vom Sitz der Ventile sein, beispielsweise auch vertikal auf der bereits 1 :2 zur Kurbelwelle untersetzten Verteilerwelle oder auf anderen Hilfsgeräten angeordnet werden. So kann durch diese 'Iaßnahine überhaupt ein besonderer Nockenwellenantrieb finit Nockenwelle und deren Lagerung eingespart werden. Die verschiedene Reihenfolge der Ventilspiel entsprechend der Zündzeitfolge ist dabei durch <Ii(,. L)rucI;rohrverlegun.g von den konzentrisch um die Nocken angeordneten Druckkolhen 29 und 30 zii urreichen, entsprechend der Kabelverlegung vorn Vt-rteiler zu den Zündkerzen.
In Ahb.9 ist diese Anordnung noch dadurch vereinfacht. daß hier nur ein einziger Nocken 28 geineiusam für die Aus- und Einlaßventile vorgesehen fi=t. Diese Anordnung ist möglich, wenn die Nockenforti@ für die Aus- und Einlaßsteuerung grundsätzlich gleich ist, wie dies oft vorkommt. Die entsprechende @Ä'inlcciversetzung zwischen Aus- und Einlaß ist durch die konzentrische Anordnung möglich. Auch geringfügige LTnterscbiede in der Aus- und Einlaßsteuerung können durch die Wahl der Berührungsfläche der Druckkolben erreicht werden. Soll der Ventilhub -zwischen beiden Ventilgruppen. verschieden werden, so ist dies leicht durch die Wahl verschiedener Kolbendurchmesser mir der dadurch erreichbaren hydraulischen Übersetzen;' möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Hydraulische Steuerung, insbesondere für Ventile von Kolbenmaschinen. bei der von einer Nockenwelle ein Druckkolben, der über eine Druckleitung ein Ventil betätigt, beeinflußt wird und ein Vorratsbehälter über einen von dem Druckkolben. gesteuerten Anschluß die Leckverluste der Flüssigkeit ersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Nockenwelle (1) diametral gegenüber dem Steuernocken (2) ein negativer Nocken (4) derart angeordnet ist, daß der von ihnen gesteuerte Druckkolben (5) in seiner tiefsten Stellung den Anschluß (6) des Vorratsbehälters (7) freigibt, und daß der Flüssigkeitsinhalt (8) des: Vc>Yratsbehälters unter Überdruck steht.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (11), der in an sich bekannter Weise in einem mit dem Zylinder des Druckkolbens (5) in Verbindung stehenden Ausgleichszylinder geführt ist, unter der Wirkung einer vorgespannten Feder (12) steht und sein i iub zweckmäßig durch eine Stellschraube (13) einstellbar ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (7) nach Art eines Druckwindkessels ausgebildet ist.
4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß an den Luftraum (9) des Vorratsbehälters eine Druckpumpe (18 his 21, 23) angeschlosse.n. ist.
5. Steuerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum (9) des Vorratsbehälters durch eine elastische Wandung, vorzugsweise durch eine Membran (24) abgeschlossen ist, auf deren luftabgewandten Seite eine unter Druck stehende Flüssigkeit einwirkt.
6.: Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung der auf die elastische Wandung (24) wirkenden Druckflüssigkeit eine hydraulische Druckübersetzung in Gestalt eines Stufenkolbens (25) angeordnet ist.
7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Nockenwelle zwei Nockenscheiben (26, 27) mit gegeneinander versetzten negativen und positiven Nocken angeordnet sind, von denen die eine Scheibe (26) zur Steuerung der Einlaßventile und die, andere Scheibe (27) zur Steuerung der Auslaßventile einer Kolbenmaschine dienen. B. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von den negativen und positiven. Nocken einer Nockenscheibe (28) beaufschlagte Druckkolben am Umfang der Scheibe nebeneinander angeordnet sind und der eine Kolben zur Einlaß- und der andere zur Auslaßsteuerung einer Kolbenmaschine dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 551726, 289 743, 648 963; französische Patentschrift Nr. 941789; britische Patentschrift Nr. 127 676.