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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich in erster Linie auf eine Zylinderschmiervorrichtung für einen
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor,
der in jedem Zylinder einen Hubkolben aufweist, dessen Kolbenringe
auf der inneren Oberfläche
der Zylinderlaufbuchse gleiten, wobei die Schmiervorrichtung mehrere
Schmierstellen auf der inneren Oberfläche der Laufbuchse mit dosierten
Mengen von Schmieröl
mittels einer Anzahl von Dosierkolben versorgt, die in zugehörigen Dosierzylindern
in Längsrichtung
verschiebbar sind.
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Eine derartige Zylinderschmiervorrichtung
ist bekannt aus
DE
28 27 626 A1 , bei der die Dosierkolben in einer Reihe am
Boden eines Schmierölbehälters mit
einer Welle angeordnet sind, die an jedem Kolben einen Dreharm abstützt, dessen
unteres Ende dem zugehörigen
Kolben gegenüberliegt.
Gegenüber
dem oberen Ende jedes Dreharms befindet sich eine Stellschraube,
die das Drehen des Dreharms begrenzt. Durch Einstellen der Stellschraube
wird die Ausgangsposition für
den zugehörigen
Kolben und damit der Hub des Kolbens bestimmt. Die Kolben werden
in einer hin- und hergehenden Bewegung mittels einer umlaufenden
Nockenwelle angetrieben, die im Schmierölbehälter gelagert ist, derart,
daß der
Nocken die Seite des unteren Endes des Dreharms beeinflußt, die
vom Dosierkolben abgewandt ist. Die Nockenwelle läuft synchron
mit der Kurbelwelle des Motors um und erzeugt einen Dosierhub für jedes
Motorarbeitsspiel, nämlich einen
Hub pro Umdrehung der Motorkurbelwelle. Wenn bei einer Betriebsart
des Motors nicht die Notwendigkeit besteht, daß das maximale Schmierölvolumen
bei jedem Hub des Dosierkolbens abgegeben wird, kann ein drehbarer
Anschlag zur Anlage am oberen Ende des Dreharms gebracht werden,
so daß der
Dosierkolben nicht in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird und somit daran gehindert
ist, Öl
bei der anschließenden
Betätigung
durch den Nocken auf der Nockenwelle abzugeben.
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Die Schmiervorrichtung dieser Art
ist aus zahlreichen mechanischen Teilen zusammengesetzt und langsam
wirkend, weil die Dosierkolben nur einmal bei jedem Durchgang des
Nockens auf der Nockenwelle betätigt
werden können,
die synchron mit der Motorkurbelwelle umläuft. Es ist außerdem von Nachteil,
daß eine
mechanische Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle und der
Nockenwelle in der Schmiervorrichtung erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß die
Dosierzylinder mit Schmieröl über ein
Rückschlagventil
gefüllt
werden, was bedeutet, daß die
Viskosität
des Schmieröls
den Füllgrad
in den Dosierzylindern beeinflußt.
Es wird daher normalerweise für
notwendig gehalten, eine Erwärmung
des Schmieröls
in der Schmiervorrichtung vorzunehmen, um zu erreichen, daß das gewünschte Abgabevolumen
so weit. wie möglich
unabhängig
von der Einlaßtemperatur
des Öls
und seiner Beschaffenheit ist.
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Es ist ferner eine Zylinderschmiervorrichtung der
deutschen Firma Vögele
bekannt, bei der über ein
Schaltventil mit zwei Stellungen und vier Öffnungen eine Druckquelle mit
einer Dosiervorrichtung mit zwei Kolben mit unterschiedlichen Querschnittsflächen in
den zuge hörigen
Zylindern verbunden wird. Ein hoher hydraulischer Druck von etwa
70 bar wird auf ein Ende des einen oder des anderen Kolbens aufgebracht,
um entweder den einen oder den anderen Kolben zu betätigen, wobei
der Kolben mit der kleinsten Fläche
im normalen Betrieb betätigt
wird, während
der andere Kolben anstelle des ersten Kolbens betätigt wird,
wenn ein größeres Abgabevolumen
an Schmieröl
gewünscht
wird. Die beiden Enden des aktiven Kolbens werden abwechselnd mit
entweder einer Druckquelle oder einem Ablauf verbunden, um einen
Abgabehub zu bewirken. Der Abgabedruck entspricht dem Zuführdruck,
und eine Schaltung von einem Kolben zum anderen findet statt, wenn
das Abgabevolumen geändert
werden soll. Es ist von Nachteil, daß zwei Dosierkolben pro Schmierstelle
verwendet werden und daß der
Zuführdruck
zur Schmiervorrichtung dem Abgabedruck entsprechen muß. Der Weg
der Dosierkolben kann verändert
werden, um das Abgabevolumen der Schmiervorrichtung zu verändern, jedoch
nur dann, wenn der Motor außer
Betrieb ist.
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Der Erfindung liegt in erster Linie
die Aufgabe zugrunde, eine sehr zuverlässige Zylinderschmiervorrichtung
zu schaffen, die eine schnelle und genaue Dosierung des gewünschten
Schmierölvolumens
herbeiführt
und in einer Weise antreibbar ist, die mechanisch. unabhängig von
der Motorkurbelwelle ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die
Zylinderschmiervorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere
Dosierkolben an einem Stellkolben angebracht sind und der Stellkolben
in einem Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikraum eingesetzt ist,
der mittels eines Regulierventils mit einer Druckquelle oder einem
Ablauf für
ein Hydraulikmedium zur Herbeiführung
einer Längsverschiebung des
Stellkolbens und seiner Dosierkolben verbindbar ist, derart, daß sie einen
Schmieröl
an die Schmierstellen abgebenden Förderhub ausführen.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zylinderschmier-
vorrichtung vermeidet die Verwendung drehbarer Wellen mit zugehörigen Wellenantrieben
usw., was eine erhebliche Vereinfachung der Vorrichtung bedeutet,
während
zugleich der Antrieb der Dosierkolben mechanisch völlig unabhängig von der
Motorkurbelwelle ist. Es stellt einen erheblichen Vorteil dar, daß die Dosierkolben
an dem Stellkolben angebracht sind und von ihm hin- und herbewegt werden
können.
In Bezug auf die früher
verwendeten Zylinderschmiervorrichtungen ist die Zuverlässigkeit insofern
verbessert, als kein Gebrauch von einem drehbaren Nocken für jeden
Dosierkolben gemacht wird, sondern statt dessen von einem einzigen
Stellkolben, der sämtliche
Dosierkolben in der Vorrichtung ohne gegenseitig drehende Teile
bewegt. Somit hat die Antriebsseite lediglich ein gemeinsames Bauteil
anstelle eines Bauteils für
jeden Dosierkolben. Im Verhältnis
zu einer Schmiervorrichtung des Vögele-Typs ist die Schmiervorrichtung
nach der Erfindung erheblich dadurch vereinfacht, daß nur ein
Dosierkolben pro Schmierstelle verwendet wird und daß ein gemeinsamer
Stellkolben sämtliche
Dosierkolben der Vorrichtung antreibt.
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Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des Stellkolbens
im Hydraulikzylinder wesentlich größer als die Summe der Querschnittsflächen der
Dosierkolben in den zugehörigen
Zylindern. Die verhältnismäßig große Fläche des
Stellkolbens auf der Antriebsseite macht es möglich, mit Hilfe eins vorteilhaft niedrigen
Drucks des hydraulischen Antriebsmediums einen Förderdruck zu erzeugen, der
größer ist als
der Zylinderdruck an der Schmierstelle zum Zeitpunkt des Eintretens
des Schmieröls
in den Zylinder. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Querschnittsfläche
des Stellkolbens zumindest 4-mal, vorzugsweise 6- bis 15-mal, größer als
die Flächensumme
der Dosierkolben. Bei diesen Flächenverhältnissen
kann der Förderdruck
z.B. 80 bar oder höher
sein bei einem Antriebsdruck im Hydraulikmedium von beispielsweise
10 bar oder weniger. Dieser niedrige Antriebsdruck kann mit Hilfe vollständig üblicher
Förderpumpen
mit einem vorteilhaft geringen Energieverbrauch bereitgestellt werden.
Der niedrige Hydraulikdruck macht es auch möglich, daß die Förderseite des Leitungssystem
nicht als Hochdrucksystem dimensioniert und ausgebildet sein muß.
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Das Regulierventil kann mittels Steuersignalen,
die von einer Motor- oder Zylindersteuervorrichtung empfangen werden,
elektronisch betätigbar sein.
Elektronisch betätigbare
Ventile sind schnellwirkende Standardbauteile wie etwa Solenoidventile, die
direkt von einem elektronischen Steuergerät, das auch andere Zylinderbauteile
steuern kann, gesteuert werden kann. Wenn der Stellkolben von einer
Feder beeinflußt
wird, deren Federkraft auf den Stellkolben in Richtung auf die Ausgangsposition
des Kolbens gerichtet ist, hat das Ventil vorzugsweise drei Öffnungen
und zwei Stellungen. Wenn der Stellkolben statt dessen in die Ausgangsposition
mittels hydraulischer Druckeinwirkung auf eine von der Ausgangsposition
abgewandte Kolbenfläche
zurückgeführt wird,
kann das Ventil vier Öffnungen
und zwei Stellungen aufweisen.
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Es ist wünschenswert, daß die Zylinderschmiervorrichtung
so geschaltet werden kann, daß ein
größeres Schmierölvolumen
bei bestimmten Betriebsbedingungen für den Motor abgegeben werden kann.
Eine Ausführungsform,
die speziell mit Blick darauf weiter ausgestaltet ist, eine Umschaltung
zwischen verschiedenen Abgabevolumen auf einfache Weise möglich zu
machen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben in einen
Primärkolben
und einen Sekundärkolben
unterteilt ist, der Primär-
und der Sekundärkolben
zwischen sich einen sekundären
Hydraulikraum bilden, die Dosierkolben am Sekundärkolben angebracht sind, der
Sekundärkolben zusammen
mit dem Primärkolben
von einer Ausgangsposition in eine Zwischenposition verschiebbar ist,
in der eine weitere Vorwärtsbewegung
des Primärkolbens
durch ein Anschlagglied blockiert ist, und daß der Sekundärkolben,
wenn der Druck im sekundären
Hydraulikraum einen vorbestimmten Betätigungsdruck übersteigt,
von der Zwischenstellung nach vorn verschiebbar ist. Wenn die Zylinderschmiervorrichtung
ein verhältnismäßig kleines
Abgabevolumen bereitstellen soll, wird der Hydraulikdruck niedriger
als der Betätigungsdruck
für den
Sekundärkolben
gehalten. Bei dieser Arbeitsweise verschiebt der Stellkolben die
Dosierkolben um eine Strecke entsprechend der Strecke von der Ausgangsposition
zur Zwischenposition bei jeder Betätigung. Wenn die Betriebsbedingungen
des Motors die Zuführung
von mehr Schmieröl
zur Zylinderlaufbuchse erfordern, etwa bei Veränderungen der Motorlast, wird
der Hydraulikdruck in der Weise erhöht, daß er höher ist als der Betätigungsdruck.
Wenn die Schmiervorrichtung betätigt
wird und die Bewegung des Primärkolbens
durch das Anschlagglied gestoppt wird, ist der Hydraulikdruck am
Einlaß für das Hydraulikmedium
der Schmiervorrichtung und damit auch der hydraulische Druck im
sekundären
Hydraulikraum größer als
der Betätigungsdruck
für den
zweiten Kolben, und dieser fährt
daher fort, die Dosierkolben vorwärts zu treiben, was das zugeteilte Schmierölvolumen
bei jeder Betätigung
der Schmiervorrichtung vergrößert.
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Die Zylinderschmiervorrichtung kann
einen mit einer Schmierölquelle
in Verbindung stehenden Innenraum aufweisen und jeder Dosierzylinder
kann einen Einlaßkanal
besitzen, der vor der vorderen Stirnfläche des Kolbens angeordnet
ist und den Dosierzylinder mit dem Innenraum bei in seiner Ausgangsposition
befindlichem Stellkolben verbindet, wobei die Schmierölabgabe
aus dem Dosierzylinder dann beginnt, wenn der Dosierkolben den Einlaßkanal passiert
und ihn absperrt. Bei dieser Ausbildung der Schmiervorrichtung steuert
der Dosierkolben das Öffnen
und Schließen
des Einlaßkanals,
so daß er als
eine einfache offene Bohrung ohne irgendein Rückschlagventil ausgebildet
sein kann. Dieses bietet den Vorteil, daß das Abgabevolumen aus dem
Dosierzylinder unabhängig
von der Viskosität
des Schmieröls
ist, weil das Ölvolumen
vor dem Dosierkolben in dem Moment, in dem der Einlaßkanal von dem
Dosierkolben vollständig
abgesperrt ist, vollkommen konstant und unabhängig von Viskositätszuständen ist.
Vor jedem Förderhub
ist der Dosierkolben in eine Ausgangsposition zu bringen, in der
der Einlaßkanal
zumindest teilweise unabgedeckt ist. Nach Ausführung eines Förderhubes
wird der Dosierkolben in diese Ausgangsposition zurückgezogen,
und während
der Rücklaufbewegung
wird ein Unterdruck im Dosierzylinder vor dem Dosierkolben erzeugt.
Wenn der Einlaßkanal
unabgedeckt ist, wird der Dosierzylinder schnell mit Schmieröl gefüllt. das aus
dem Innenraum über
den Einlaßkanal
in den Dosierzylinder bei gleichzeitigem Ausgleich des Unterdrucks
strömt.
Der Unterdruck beschleunigt die Zylinderfüllung, und dieses ist ebenfalls
ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform
ist das Hydraulikmedium Schmieröl,
wobei der Innenraum mit der Ablauföffnung für Hydraulikmedium verbunden
ist und der Schmieröldruck
an der Ablauföffnung
größer ist
als der Umgebungsluftdruck außerhalb
der Schmiervorrichtung. Bei einer Verwendung von Schmieröl als Hydraulikmedium
braucht die Zylinderschmiervorrichtung nur mit einem Leitungssystem
verbunden zu sein. Der Innenraum wird mit Schmieröl mit dem
gewünscht
niedrigen an der Ablauföffnung
herrschenden Druck gefüllt
gehalten, und der Stellkolben braucht nicht gegen diesen Druck abgeschirmt
zu werden, der wesentlich niedriger ist als der Zuführdruck
des Schmieröls
zur Schmiervorrichtung. Es ist ferner ein Vorteil, daß ein Teil
des zum Antreiben des Stellkolbens verwendeten Schmieröls in den
Innenraum geführt
und in den Dosierzylindern verwendet wird, so daß das Rücklaufölvolumen von der Schmiervorrichtung
so klein wie möglich
ist.
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Es kann erwünscht sein, daß die dosierten Schmierölvolumen
zu den von einer Schmiervorrichtung bedienten Schmier stellen einzeln
einstellbar sind, so daß der
Schmieröl-
verbrauch fein reguliert und damit minimiert werden kann. Um dieses
zu erreichen, können
die Dosierzylinder in der Schmiervorrichtung mit einer Möglichkeit
zur individuellen Längeneinstellung
der Montageposition angebracht und/oder die Dosierkolben an dem
Stellkolben mit der Möglichkeit
einer individuellen Einstellung des Abstandes zwischen dem Stirnende
des Dosierkolbens und dem Stellkolben angebracht sein.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ferner auf ein Verfahren zum Regulieren des Schmierölabgabevolumens
von einer Zylinderschmiervorrichtung. Das Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß ein hydraulisch
betriebener Stellkolben für
eine gleichzeitige Längsverschiebung
mehrerer am Stellkolben angebrachter Dosierkolben verwendet wird,
die Schmiervorrichtung in zumindest einem vorbestimmten Moment während des
Motorarbeitsspiels des zugehörigen
Zylinders betätigt
wird, so daß der
Kolben zumindest eine vorbestimmte Strecke in Längsrichtung der Dosierkolben
bewegt wird, wodurch eine Basisdosierung von Schmieröl von jedem
Dosierkolben an seine zugehörige
Schmierstelle am Zylinder abgegeben wird, und daß die Schmiervorrichtung wahlweise
gesteuert werden kann, während
der Motor läuft,
so daß ein
Schmierölvolumen
größer als
die Basisdosierung an jede Schmierstelle abgegeben wird.
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Die Verwendung eines Stellkolbens
zum Verschieben mehrerer Dosierkolben bringt die obige Vorteile
in Form einer schnell wirkenden, einfachen und sehr zuverlässigen Schmierung.
Die Betätigung der
Schmiervorrichtung in einem vorgegebenen Moment des Motorarbeitsspiels
macht es möglich,
daß das
Schmieröl
zugefördert
wird, wenn sich der Kolben im Zylinder in einer geeigneten Stellung
gegenüber
den Schmierstellen befindet, zum Beispiel in einer Stellung, in
der der Kolbenringabschnitt des Kolbens gegenüber den mit Schmieröl versorgten Schmierstellen angeordnet
ist. Die Zuführung
einer vorherbestimmten Basisdosierung von Schmieröl zu jeder
Schmierstelle bei der Vorwärtsbewegung
des Stellkolbens und die Möglichkeit
der wahlweisen Steuerung der Schmiervorrichtung in der Weise, daß ein größeres Schmierölvolumen
geliefert wird, erfüllt die
Schmieranforderungen, die bei einer Zylinderschmierung in einem
Verbrennungsmotor auftreten, nämlich,
daß beim
normalen Lauf mit einer konstanten Motorlast die Zylinderschmierung
mit einer verhältnismäßig kleinen
genau definierten Menge typischerweise proportional mit der Motorlast
durchgeführt
werden sollte, während
bei Lastveränderungen oder
bei festgestellten unnormalen Zylinderbedingungen ein größeres Schmierölvolumen
zugeführt werden
kann.
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Vorzugsweise entspricht die Basisdosierung an
Schmieröl
dem Fördervolumen
zur Schmierstelle während
eines Motorarbeitsspiels bei einer Betriebsart, bei der der Motor
eine niedrige Schmierungsanforderung hat, und das größere Schmierölvolumen wird
von der Schmiervorrichtung bei Betriebsarten, bei denen der Motor
eine größere Schmierungsanforderung
hat, dadurch abgegeben, daß die
Dosierkolben eine längere
Strecke als die vorbestimmte Strecke bewegt werden, vorzugsweise
dadurch, daß der Hydraulikdruck
in einer mit dem Hydraulikraum des Stellkolbens verbundenen Druckquelle
zur Überschreitung
eines vorbestimmten Betätigungsdrucks erhöht wird.
Wenn die Schmiervorrichtung nach diesem Verfahren betrieben wird,
wird das gewünschte Schmierölvolumen
bei einer einzigen Betätigung
des Stellkolbens sowohl dann abgegeben, wenn ein kleines als auch
ein größeres Schmierölvolumen
zuzuteilen sind. Dieses bietet eine vorteilhaft einfache Steuerung
der Schmiervorrichtung. Außerdem
macht es dieses Verfahren möglich,
eine einzige Schmiervorrichtung für die Schmierung mehrerer Zylinder oder
für die
Schmierung desselben Zylinders an mehr Schmierstellen als Dosierkolben
der Schmiervorrichtung zu verwenden, indem die Abgabeseite der Schmiervorrichtung mit
einer Anzahl von Schaltventilen versehen wird, die die Schmiervorrichtung mit
den Schmierstellen verbinden, denen das Schmieröl bei der gegebenen Betätigung eines
Stellkolbens zuzuführen
ist. Während
eines Bruchteils eines Motorarbeitsspiels kann die schnellwirkende Schmiervorrichtung
das Schmieröl
zu einem ersten Satz angeschlossener Schmierstellen fördern, woraufhin
das Schaltventil oder die Schaltventile die Schmiervorrichtung mit
einem weiteren Satz von Schmierstellen verbinden können, woraufhin
der Stellkolben betätigt
wird, usw.
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Nach einer anderen Verfahrensvariante
ist die Basisdosierung an Schmieröl kleiner als das Fördervolumen
zur Schmierstelle während
eines Motorarbeitsspiels, und der Stellkolben wird zur Ausführung mehrerer
hin- und hergehender Hübe
während eines
Motorarbeitsspiels betätigt,
so daß das
größere Schmiervolumen
von dem mehrfach während
eines Motorarbeitsspiels betätigten
Stellkolben abgegeben wird. Die schnellwirkende Schmiervorrichtung
kann viele Male während
eines einzigen Motorarbeitsspiels betätigt werden, und dies macht
es möglich, die
Basisdosierung pro Betätigung
so zu wählen,
daß sie
kleiner ist als das kleinste Schmierölvolumen, das während eines
hin- und hergehenden Kolbenhubs des Motorzylinders abzugeben ist,
und dann den Stellkolben diejenige. Anzahl von Malen zu betätigen, die
eine zusammengenommene Abgabe entsprechend der Schmierungsanforderung
herbeiführen.
Wenn sich die Schmierungsanforderung zeitweilig aufgrund geänderter
Betriebsbedingungen für
den Motor ändert,
kann die Zylinderschmierung an die aktuelle Anforderung in kleinen
Schritten entsprechend der Basisdosierung angepaßt werden. Dieses bedeutet
eine sehr genaue Schmierung bei allen Betriebsbedingungen und eine
leichte Steuerung mittels einer elektronischen Steuervorrichtung,
die die Schmiervorrichtung die bedarfsgerechte Anzahl von Malen
betätigt.
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Vorzugsweise wird ein hin- und hergehender Hub
mit einer maximalen Hublänge
des Stellkolbens in weniger als 60 ms, vorzugsweise weniger als
40 ms, ausgeführt.
Da ein volles Motorarbeitsspiel eines Zweitakt-Kreuzkopfgroßmotors
typischerweise von 0,25 bis 1 s dauert, kann die Zylinderschmiervorrichtung
zumindest 3- bis 16-mal, vorzugsweise 6 bis 25 mal, während eines
Motorarbeitsspiels betätigt
werden. Mit einer solchen schnellwirkenden Schmiervorrichtung kann
eine Schmierung mit sehr genauen Volumen und sehr genauer Zeitsteuerung
in bezug auf die Kolbenstellung im Zylinder durchgeführt werden. Es
ist ferner möglich,
in mehreren Ebenen eines Zylinders zu schmieren und/oder mehrere
Zylinder unter Verwendung derselben Schmiervorrichtung zu schmieren.
Ersichtlich ist ferner, daß die
Schmiervorrichtung so schnellwirkend ist, daß eine akkurate Schmierung
von Zylindern in einem Viertaktmotor vorgenommen werden kann, der
ein volles Motorarbeitsspiels beispielsweise während 0,6 bis 0,1 s ausführen kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Zylinderschmiervorrichtung
schematisch veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Zylinderschmiersystems für einen Verbrennungsmotor,
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2 einen
teilweise Längsschnitt
einer Drucksteuereinheit des Schmiersystems nach 1,
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3 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
einer Zylinderschmiervorrichtung nach der Erfindung,
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4 und 5 Längsschnitte durch eine zweite bzw.
dritte Ausführungsform
einer Zylinderschmiervorrichtung nach der Erfindung und
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6 eine
Stirnansicht einer Kolbenhalterung gemäß der Schnittlinie VI-VI der 4.
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1 zeigt
ein Zylinderschmierölsystem
für einen
Zweitaktkreuzkopfmotor, der eine Antriebsmaschine eines Schiffes
oder eine stationäre
Krafterzeugungsmaschine sein kann. Der Motor ist ein Mehrzylindermotor
und aus Gründen
der Übersichtlichkeit
zeigt 1 nur zwei der
Zylinder 1 des Motors. Der Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse kann
typischerweise im Bereich von 25 bis 100 cm liegen, und der hin-
und hergehende Kolben in der Laufbuchse kann typischerweise mit
einer Hublänge im
Bereich von 90 bis 300 cm bewegt werden sowie typischerweise mit
drei bis fünf
druckdichten Kolbenringen versehen sein, die auf der inneren Oberfläche der
Laufbuchse gleiten. Die Zylinderschmierung soll einen Schmierölfilm auf
der inneren Oberfläche
der Zylinderlaufbuchse aufrechterhalten, so daß die Reibung zwischen den
Kolbenringen und der inneren Oberfläche der Laufbuchse zweckmäßig niedrig
gehalten wird.
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Jede Zylinderlaufbuchse hat mehrere Schmierstellen 2,
an denen Schmieröl
der inneren Oberfläche
der Laufbuchse mittels einer oder mehrerer Zylinderschmiervorrichtungen 3 zugeteilt
wird. Eine Zuleitung 4 zu jeder Schmierstelle 2 hat
ein Rückschlagventil 5 nahe
ihrer Öffnung
in die Laufbuchse, um zu verhindern, daß der Zylinderdruck rückwärts in die
Leitung gelangt, wenn kein Schmieröl zugeführt wird. Mit Blick auf die
Verteilung des Schmieröls
in Umfangsrichtung der Zylinderlaufbuchse sind mehrere Schmierstellen 2,
wie etwa zwei bis fünf
oder mehr, gleichmäßig in einer
Reihe in Umfangsrichtung der Laufbuchse verteilt. Die Zylinderlaufbuchse
kann mehrere solche Reihen von Schmierstellen 2 haben,
die in verschiedenen Ebenen in Längsrichtung
der Zylinderlaufbuchse angeordnet sind. Die Zylinderschmiervorrichtung 3 kann sämtliche
Schmierstellen 2 des zugehörigen Zylinders mit Schmieröl versorgen,
wobei jeder Zylinder 1 zwei oder mehr Zylinder-Schmiervorrichtungen
haben kann, die jeweilige Reihen von Schmierstellen 2 versorgen,
oder eine Zylinder-Schmiervorrichtung kann Schmierstellen 2 an
mehreren Zylindern 1 versorgen, wenn die Austrittsseite
der Zylinder-Schmiervorrichtung 3 ein oder mehrere Schaltventile
aufweist, die abwechselnd die Zylinder-Schmiervorrichtung 3 mit
den Schmierstellen 2 jedes der zugehörigen Zylinder 1 verbinden.
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Im normalen Motorbetrieb beträgt der Verbrauch
an Schmieröl
für die
Zylinderschmierung 0,4 bis 0,9 g/kWh, typischerweise
0,6 g/kWh. Die maximale Zylinderleistung kann zum Beispiel im Bereich von
400 kW bis 5800 kW liegen, was typischerweise eine Schmierölmenge pro
Zylinder von 240 bis 3480 g/h erfordert.
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Die Zylinderschmiervorrichtungen 3 sind
verbunden mit einer Druckquelle für Hydraulikmedium in Form einer
Druckleitung 6, die mit einer Förderleitung 7 von
zwei Verbrennungs- oder E-Motorbetriebenen Druckpumpen 8 verbunden
ist, von denen eine aktiv und die andere eine Reservepumpe ist,
und mit einem Ablauf für
Hydraulikmedium in Form einer Rücklaufleitung 9,
die überschüssiges Öl zu einem
Tank 10 führt.
Der Tank 10 hat eine Entlüftung 11 und eine Fülleitung 12.
Auf der Einlaßseite
sind die beiden Druckpumpen 8 in Parallelanordnung mit
einer Versorgungsleitung 13 vom Tank 10 verbunden, und
in der Versorgungsleitung vor jeder Pumpe sind ein Abschaltventil 14 und
ein Grobfilter 15 vorgesehen, typischerweise mit einer
Maschengröße von 100
bis 200 μm.
Auf der Förderseite
sind die Druckpumpen 8 in Parallelanordnung jeweils über ein
Rückschlagventil 16 mit
der Druckleitung 6 verbunden, und ein Feinfilter 17 mit
einer typischen Maschengröße von 10
bis 50 um gewährleistet
die entsprechende Reinheit des Öls.
Die Druckpumpen 8 und die zugehörigen Abschaltventile 14 werden
von einer Motor- oder Zylindersteuervorrich tung, die als elektronische
Steuervorrichtung 18 ausgebildet ist, gesteuert, die den
Betriebszustand der Druckpumpen 8 über eine Anzahl von Durchflußanzeigern
(nicht dargestellt) überwachen
kann, die in die Leitungen eingesetzt sind, oder, wie nachfolgend
beschrieben, mittels des Druckes in der Druckleitung 6.
Wenn die aktive Druckpumpe 8 ausfällt, schaltet die Steuervorrichtung 18 die
beiden Abschalt-Ventile
14 um und setzt die Reservepumpe in Gang. Ein Speicher 19 gleicht
etwaige Druckstöße aus,
die in der Druckleitung 6 bei der Betätigung der Zylinder-Schmiervorrichtungen 3 auftreten.
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Die aktive Druckpumpe 8 liefert
einen konstanten Volumenstrom an Schmieröl mit einem Druck, der den
höchsten
gewünschten
Druck am Einlaß zu
den Zylinder-Schmiervorrichtungen 3 übersteigt.
Der Druck in der Druckleitung 6 wird nach unten auf den
derzeit gewünschten
Wert mittels einer Druckregulierungsvorrichtung 20 reguliert,
die mehr oder weniger Schmieröl
zur Rücklaufleitung 9 in
Abhängigkeit
von den gewünschten
Druck abführt.
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Die Druckregulierungsvorrichtung 20 ist
im einzelnen in 2 dargestellt.
Sie ist mit zwei Öffnungen 21 und 22 mit
der Druckleitung 6 bzw. der Rücklaufleitung 9 verbunden.
Ein Drucksignalgeber 23 mißt kontinuierlich den Druck
in der Druckleitung 6, und diesbezügliche Signale werden an die
Steuervorrichtung 18 über
eine Signalleitung 24 gegeben. Ein Regulierventil 25 mit
drei Öffnungen
und zwei Stellungen, wie etwa ein Magnetventil des Solenoid-Typs,
kann die Öffnung 21 entweder
mit einem Druckregulierventil 26 verbinden, das bei einem
einstellbaren vorbestimmten Maximaldruck öffnet, oder mit einem Druckregulierventil 27,
das bei einem einstellaren vorbestimmten Minimaldruck öffnet. Diese Drücke werden
so eingestellt, daß sie
den höchsten und
niedrigsten gewünschten
Betriebsdrücken
in der Druckleitung 6 entsprechen. Als Beispiele anwendbarer
Drücke
kann erwähnt
werden, daß das
Druckregulierventil 26 bei einem Druck von 20 bar und das Druckregulierventil 27 bei
einem Druck von 5 bar öffnen
kann. Die Abgabeseite der beiden Ventile 26,27 ist
mit der Öffnung 22 verbunden.
Das Regulierventil 25 empfängt Steuersignale von der Steuervorrichtung 18 über ein
Leitung 28.
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Der Druck in der Druckleitung 6 kann
so reguliert werden, daß er
jeden gewünschten
Wert zwischen dem Maximal- und Minimaldruck annimmt, indem das Regulierventil 25 zwischen
seinen beiden Stellungen mit einer geeigneten Schaltfrequenz geschaltet
wird. Jedesmal, wenn das Druckregulierventil 26 mit der
Druckleitung 6 verbunden ist, wird deren Druck näher an den
Maximaldruck herangebracht, und jedesmal, wenn das Druckregulierventil 27 mit der
Druckleitung 6 verbunden ist, wird deren Druck näher an den
Minimaldruck herangebracht. Dies ist somit eine frequenzgesteuerte
Druckregulierung, die von der Steuervorrichtung 18 mittels
des Regulierventils 25 gesteuert wird. Vorzugsweise befindet sich,
aus Sicherheitsgründen
des Verbrennungsmotors, das Regulierventil 25 in der Position,
in der die Öffnung 21 mit
dem Druckregulierventil 26 verbunden ist, wenn kein Magnetisierungsstrom
in der Leitung 28 fließt.
Bei einem Ausfall eines Glieds in der elektronischen Drucksteuerung
führt dies
dazu, daß der
Druck in der Druckleitung 6 auf den Maximaldruck eingestellt
wird.
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Anstelle der Verwendung von Pumpen
mit einem festen Fördervolumen
und einer Drucksteuerung mit einer Vorrichtung der angegebenen Art
können
die Druckpumpen den Druck in der Druckleitung 6 mittels
des Fördervolumens
steuern. Statt dessen kann die Druckreguliervorrichtung ein Proportionalventil
sein, das den Druck in Abhängigkeit
von einer von der Steuervorrichtung empfangenen Spannungshöhe einstellt.
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Die Steuervorrichtung 18 ist
mit einer durch eine Leitung 29 wiedergegebenen Stromzufuhr
verbunden, und über
eine Anzahl von Leitungen 30 bis 32 empfängt sie
Informationen über
den laufenden Betriebszustand des Motors. Solche Informationen können zum
Beispiel darin bestehen, daß die
Leitung 30 Signale über
die Mo torlast, beispielsweise ein Signal vom Motordrehzahlregler,
liefert, die Leitung 31 Signale für die Drehbewegung der Kurbelwelle
liefert, die zum Beispiel von einem sogenannten Inkrementalkodierer
abgeleitet werden und Informationen über die laufende Winkelposition
der Kurbelwelle enthalten können,
und die Leitung 32 Signale über irgendwelche spezielle
Betriebsbedingungen liefert, die eine Schmierung mit vermehrten Ölmengen
für einen oder
mehrere der Motorzylinder erforderlich machen können.
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Die Steuervorrichtung 18 kann
darüber
hinaus Informationen von dem Drucksignalgeber 23 über den
gegenwärtigen
Druck in der Druckleitung 6 erhalten. Über Leitungen 33, 34 und
Leitungen (nicht gezeigt) zum Abschaltventil 14 kann die
Steuervorrichtung 18 die elektrischen Antriebsmotoren für die und
die Verbindung der Antriebsdruckpumpen 8 steuern. Wie oben
erwähnt,
wird das Regulierventil 25 über die Leitung 28 von
der Steuervorrichtung 18 gesteuert. Über Leitungen 35, 36 ist
die Steuervorrichtung mit einem Regulierventil 37 in jeder
Zylinder-Schmiervorrichtung 3 verbunden. Wenn die Steuervorrichtung 18 unnormale
Betriebsbedingungen feststellt, kann über eine Leitung 38 ein
Alarm gegeben werden. Aus Gründen
der Sicherheit können
der Drucksignalgeber 25 und ggf. auch andere Bauteile im
Schmiersystem durch eines oder mehrere Reservebauteile derselben
Art verdoppelt werden, die im Falle des Versagens eines Bauteils übernehmen
können.
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Die Betriebsüberwachung durch die Steuervorrichtung 18 der
Zylinderschmierung kann zum Beispiel eine Feststellungsverifizierung
einer Druckschwankung in der Druckleitung 6 durch den Drucksignalgeber 23 unmittelbar
nach der Lieferung eines Stellsignals an ein Regulierventil 37 umfassen.
Diese Druckschwankung zeigt, daß die
zugehörige
Zylinder-Schmiervorrichtung einen Zuteilungshub ausführt, der
Schmieröl
aus der Druckleitung 6 abgibt. Wenn die erwartete Druckschwankung
fehlt, kann die Steuervorrichtung 18 einen Alarm für einen
möglichen
Fehler in einer bestimmten Zylinderschmiervorrichtung erzeugen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Zylinderschmiervorrichtung 3 ist
in 3 gezeigt. Das Regulierventil 37 ist
in einem Gehäuse 39 mit
einem ersten Gehäuseteil 39a mit
einer Verbindung 40 für
die Druckleitung 6 und einer Verbindung 41 für die Rücklaufleitung 9 und
einem weiteren Gehäuseteil 39b mit Dosierzylindern 42 und
einem Deckel bzw. Gehäuseendteil 39c mit
einer Verbindung 43 für
jede der Zuführleitungen 4 zu
den Schmierstellen 2 untergebracht, die von den Dosierzylindern 42 gleichzeitig mit Öl versorgt
werden. Die Gehäuseteile
sind durch Schrauben (nicht gezeigt), die von der Deckelseite eingesetzt
und in Gewindesacklöcher
im ersten Gehäuseteil 39a eingeschraubt
werden, miteinander verschraubt.
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Ein Stellkolben 44 ist in
eine Bohrung im ersten, als Hydraulikzylinder wirkenden Gehäuseteil 39a eingesetzt,
so daß die
Endfläche
des Stellkolbens 44 und die Bohrung einen Hydraulikraum 45 bilden,
der über
einen Kanal 46 mit einer Auslaßöffnung 47 im Regulierventil
verbunden ist. Die Symmetrieachse des Stellkolbens 44 verläuft parallel
mit den Längsachsen
der Dosierzylinder 42. Das Regulierventil 37 hat
außerdem
eine Einlaßöffnung 48 in
ständiger Verbindung
mit der Druckleitung 6 und eine Ablauöffnung 49 in ständiger Verbindung
mit der Rücklaufleitung 9.
Ein Ventilschieber 50 kann zwei Stellungen einnehmen, nämlich die
in 3 gezeigte, in der
die Auslaßöffnung 47 mit
der Ablauföffnung 49 in
Verbindung steht, und eine Stellung, in der die Auslaßöffnung 47 mit
der Einlaßöffnung 48 in
Verbindung steht. Durch eine Druckfeder 51 ist der Ventilschieber im
Sinne des Einnehmens der ersten Stellung beaufschlagt. Wenn eine
Spule 52' magnetisiert
wird, wird der Ventilschieber verschoben, um die Ablauföffnung 49 abzuschließen.
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Im Bereich außerhalb des Hydraulikzylinders hat
der Stellkolben 44 einen radial vorstehenden Kolbenbund,
der als Halterung 52 wirkt, an der Dosierkolben 53 angebracht
sind. An ihren Enden haben die Dosierkolben 53 zwei vorspringende
Bunde, die an beiden Seiten des Kolbenbundes 52 angreifen, wenn
die Dosierkolben an ihren Platz beim Zusammenbau in nach außen offene
Ausnehmungen 54 im Kolbenbund 52 geschoben werden,
vgl. 6, in der ein Dosierkolben 53 weggenommen
ist, um die zugehörige
Ausnehmungen 54 sichtbar zu machen. Diese Anbringungsmethode
fixiert die Dosierkolben 53 so, daß sie in Längsrichtung am Stellkolben 44 nicht
verschieblich sind, ermöglicht
jedoch eine ständige Feineinstellung
der Dosierkolben 53 in radialer und Umfangsrichtung, so
daß sie
ihre volle Koaxialität
mit den Dosierzylindern 42 aufrechterhalten.
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Das Gehäuse 39 hat einen Innenraum 55, der über Öffnungen 56 im
Stellkolben und einen Kanal 57 in ständiger Strömungsverbindung mit der Verbindung 41 für die Rücklaufleitung 9 steht,
so daß der Druck
in dieser, der z.B. im Bereich von 1 bis 3 bar liegen kann, den
Innenraum mit Schmieröl
gefüllt
halten kann. Der Innenraum 55 hat eine einen Einlaßkanal darstellende
Ringnut 58, die die Dosierzylinder 42 schneidet,
so daß auf
einfache Weise zu jedem Zylinder ein Zuführkanal besteht, der den Dosierzylinder 42 mit
dem Innenraum 55 verbindet, wenn sich die Dosierkolben 53 in
der in 3 gezeigten Ausgangsposition
befinden. Statt dessen kann eine den Kanal bildende Bohrung für jeden
Dosierzylinder vorgesehen sein.
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An seinem Abgabeende hat jeder Dosierzylinder 42 ein
Rückschlagventil
in Form einer federbeaufschlagten Kugel 59, die gewährleistet,
daß das Schmieröl den Dosierzylinder 42 nur
verlassen kann.
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Ein Anschlagglied 60 bestimmt
den Hub des Stellkolbens 44 bei jeder Betätigung,
indem das vordere Ende des Stellkolbens 44 auf die Endfläche des Anschlaggliedes
trifft. Eine Druckfeder 61 beaufschlagt den Stellkolben 44 in
Richtung zur Ausgangsposition und hält das Anschlagglied 60 in
Anlage an einer Stellschraube 62, die in ein Gewinde im
Gehäuseendteil 39c eingeschraubt
ist, so daß ein
weiteres Einschrauben der Stellschraube 62 den Hub des Stellkolbens 44 und
damit das von den Dosierkolben 53 pro Betätigung gelieferte
Schmierölvolumen
begrenzt. Die Stellschraube 62 kann mit einer Skala versehen
sein, die das Verhältnis
zwischen der Einstellung der Schraube und dem Schmierölabgabevolumen
anzeigt.
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Wenn die Steuervorrichtung 18 ein
Signal zur Betätigung
der Zylinder-Schmiervorrichtung 3 erzeugt, wird die Spule 52' magnetisiert
und der Ventilschieber 50 verbindet den Hydraulikraum 45 mit
der Druckleitung 6, so daß Schmieröl unter Druck in den Hydraulikraum 45 strömt und den
Stellkolben 44 und die daran angebrachten Dosierkolben 53 in
Längsrichtung
nach links in 3 verschiebt.
Bei der Anfangsbewegung passieren die vorderen Stirnflächen der
Dosierkolben 53 die Einlaßkanäle und sperren sie ab, woraufhin
die Abgabe von Schmieröl
an die Schmierstellen 2 beginnt. Wenn der Stellkolben 44 an
das Anschlagglied 60 anstößt, stoppt die Abgabe. Sodann
wird der Ventilschieber 50 geschaltet, um die Rücklaufleitung 41 mit
dem Hydraulikraum 45 zu verbinden, so daß das darin
befindliche Öl
herausgedrückt
und der Stellkolben 44 in seine Ausgangsposition durch
die Druck-Feder 61 zurückgeführt wird.
Bei der Rückführungsbewegung
der Dosierkolben 53 entsteht ein Unterdruck in den Dosierzylindern 42,
bis die Kolbenenden die Einlaßkanäle 58 freilegen
und Schmieröl
aus dem Innenraum 55 in die Dosierzylinder 42 strömt.
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In der nachfolgenden Beschreibung
weiterer Ausführungsformen
werden die gleichen Bezugszahlen wie oben für Bauteile mit der gleichen
Funktion verwendet, und es werden nur die Unterschiede zur ersten
Ausführungsform
beschrieben.
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der der Stellkolben 44 in einen Primärkolben 44a und
einen Sekundärkolben 44b unterteilt
ist. Der Primärkolben 44a ist
in eine Bohrung im Sekundärkolben 44b eingesetzt,
so daß sie
zwischen sich einen ringförmigen
sekundären
Hydraulikraum 63 bilden, der ständig mit dem Hydraulikraum 45 über einen
Längskanal 64 im
Primärkolben 44a in
Verbindung steht. Der Primärkolben 44a hat
ein zentrales Glied 65, das durch die Endwand des Sekundärkolbens 44b hindurchgeht.
Der Kolbenbund 52 des Stellkolbens ist am Sekundärkolben
44b angeordnet,
wodurch die Dosierkolben 53 dessen Bewegung folgen.
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Wenn das Regulierventil 37 betätigt wird, strömt Schmieröl unter
Druck in beide Hydraulikräume 45 und 63,
und die beiden Dosierkolben 53 werden in Längsrichtung
in einer im wesentlichen gemeinsamen Bewegung nach links in 4 verschoben. Wenn die Endfläche des
zentralen Gliedes 65 am Anschlagglied 60 anstößt, wird
die Vorwärtsbewegung
des Primärkolbens 44a blockiert.
Der Sekundärkolben 44b befindet
sich in diesem Augenblick in einer Zwischenstellung, in der er unter
dem Einfluß der
Druckkraft der Druckfeder 61 und einer entgegengesetzten
Kraft steht, die durch die Wirkung des Differenzdruckes zwischen
den Öldrücken in
der Druckleitung 6 und der Rücklaufleitung 9 in
dem ringförmigen
Bereich erzeugt wird, der die Endwand im Hydraulikraum 63 bildet.
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Wenn der Druck in der Druckleitung 6 niedriger
ist als ein vorbestimmter Betätigungsdruck,
der die Kraft auf den ringförmigen
Bereich die Federkraft bei in seiner Zwischenstellung befindlichem
Sekundärkolben 44b zum
Ausgleich bringt, bewegt sich der Sekundärkolben 44b nicht
weiter vorwärts
als bis in die Zwischenstellung.
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Wenn der Druck in der Druckleitung 6 höher ist
als der Betätigungsdruck, überwindet
der Druck auf die Endfläche
die Federkraft, und die Vorwärtsbewegung
des Sekundärkolbens 44b setzt
sich bis zur Blockierung des Primärkolbens 44a fort.
Die Druckkraft von der Druckfeder 61 wächst mit der Kompression der
Feder. Daher wird ein höherer
Druck, Enddruck genannt, im Hydraulikraum 63 als der Betätigungsdruck
benötigt,
um den Sekundärkolben 44b den
ganzen Weg bis zu einer Anlage an einer Schulter 66 des
zweiten Gehäuseteils 39b zu
verschieben. Durch Steuerung des Druckes in der Druckleitung 6, derart,
daß er
Werte zwischen dem Betätigungsdruck und
dem Enddruck annimmt, kann die Dosierung von Schmieröl auf einer
Gleitskala zwischen der Basisdosierung, durch Verschiebung in die
Zwischenstellung, und der Maximaldosierung, durch die Verschiebung des
Sekun därkolbens 44b den
ganzen Weg bis zur Anlage an der Schulter 66, eingestellt
werden.
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Da der Stellkolben 44 in
der in 3 gezeigten ersten
Ausführungsform
ebenfalls entgegen der Federkraft verschoben wird, kann natürlich eine
Einstellung des Dosiervolumens auch bei dieser Ausführungsform
durch Steuerung des Drucks in der Druckleitung 6 erfolgen.
Jedoch bietet die in 4 gezeigte Ausführungsform
den Vorteil, daß die
Ringfläche
am Sekundärkolben
wesentlich kleiner ist als die volle Fläche des Stellkolbens 44,
was es erforderlich macht, daß die
Druckänderungen
größer sein
müssen,
um die Dosier- bzw. Zuteilvolumen zu verändern, und eine genauere Steuerung
nach sich zieht.
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Zwischen die beiden Gehäuseteile 39b und 39c in
der zweiten Ausführungsform
ist ein Gehäuseteil 39d eingesetzt,
das einen Durchflußdetektor
gegenüber
der Abgabeöffnung
jedes Dosierzylinders enthält.
Der Durchflußdetektor
umfaßt
eine federbeaufschlagte Kugel 67, die von der gezeigten
Ausgangsposition weg verschoben wird, wenn das Schmieröl aus dem
Dosierzylinder 42 fließt.
Die Verlagerung der Kugel aktiviert einen Signalgeber, der das Aktivierungssignal
an die Steuervorrichtung 18 sendet. Der Durchflußdetektor
bietet eine Verifizierung der Ölabgabe
an die einzelnen Schmierpunkte.
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Die in 5 gezeigte
Ausführungsform
unterscheidet sich von den oben beschriebenen darin, daß die Ölzufuhr
zu den Dosierzylindern 42 über Einlaßkanäle 68 erfolgt, die
von einer den Gehäuseteil 39b umschließenden Kammer 69 gespeist
werden. Die Einlaßkanäle sind
mit Rückschlagventilen 70 versehen.
Diese Ausführungsform
ist insbesondere dann anzuwenden, wenn ein anderes Fluid als Schmieröl als Hydraulikmedium,
wie etwa ein dünneres
Hydrauliköl,
verwendet wird.
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Einzelheiten der obigen Ausführungsformen können zur
Bildung neuer Ausführungs formen
miteinander kombiniert werden. Somit kann der Durchflußdetektor
wahlweise bei den drei gezeigten Basiskonstruktionen verwendet werden.
Ebenfalls im Rahmen der Erfindung können Veränderungen der in der Zeichnung
gezeigten Bauteile vorgenommen werden. Zum Beispiel kann anstelle
der mechanischen Druckfeder 61 eine Luftfeder oder hydraulische Rückführung verwendet
werden. Das Regulierventil kann außerdem mechanisch oder pneumatisch
anstelle der gezeigten elektronischen Ausführung betrieben werden. Falls
das Hydraulikmedium kein Schmieröl
ist, ist es immer noch möglich,
eine innere ölgefüllte Kammer
zu verwenden, jedoch muß diese dann
mit einer unabhängigen
Schmiermittelquelle verbunden sein, und der Kanal 57 für das Hydrauliksystem
wird nicht mehr benötigt.