DE2825316A1 - Regelbare hydraulische ventilsteuerung fuer hubkolbenkraft- oder arbeitsmaschinen - Google Patents

Regelbare hydraulische ventilsteuerung fuer hubkolbenkraft- oder arbeitsmaschinen

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DE2825316A1
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Wolfgang Dipl Ing Fuhrmann
Hansjuergen Dipl Ing Zuerner
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MAN Truck and Bus SE
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

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Description

fo/kr
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 5. juni 1978
Regelbare hydraulische Ventilsteuerung für Hubkolbenkraft- oder Arbeitsmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare hydraulische Ventilsteuerung für Hubkolbenkraft- oder Arbeitsmaschinen, die aus einem von einem Nocken betätigbaren, mit Steuerkanten versehenen, in einen Antriebszylinder hineinragenden Antriebskolben, einen das Ventil unmittelbar betätigenden, in einem Arbeitszylinder geführten Arbeitskolben, einer die beiden Zylinder miteinander verbindenden Steuerleitung, einem Vorratsbehälter für die Steuerflüssigkeit, einer den Vorratsbehälter mit dem Antriebszylinder verbindenden, mit einer Pumpe versehenen Nachfülle!tung und einer mit einem Überströmventil ausgestatteten Rückflußleitung besteht.
Eine derartige Ventilsteuerung ist bereits durch die DE-AS 1 264 857 bekannt. Sie bildet praktisch ein geschlossenes System und weist in der Nachfülle!tung einen Druckspeicher und eine verschieden hohe Drücke erzeugende Pumpe auf. Auf Grund dieser unterschiedlich einstellbaren Drücke ist zwar eine Xnderung der Steuerzeiten für das Ventil in gewissen Grenzen möglich, es stellte sich jedoch heraus« daß die Anordnung die hohen Anforderungen an Konstanz und Reproduzierbarkeit der
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Steuerzeiten, die heute insbesondere deshalb gestellt werden müssen, weil Änderungen in den Steuerzeiten erhebliche Auswirkungen auf die Abgasemission haben, nicht erfüllen können. Sie arbeitet einfach zu ungenau.
Der Grund hierfür liegt hauptsächlich darin, daß mehrere Parameter gleichzeitig verändert werden, wenn in das elastische Verhalten der ölsäule zwischen den beiden Zylindern eingegriffen wird. So wird beispielsweise der Öffnungsbeginn, der Schließzeitpunkt und der Hub des Ventils gleichzeitig beeinflußt.
Ferner bleibt unberücksichtigt, daß die Verwendete Steuerflüssigkeit, im allgemeinen öl, seinen Luftgehalt während des Betriebes ändert. Änderungen im Luftgehalt sind jedoch gleichbedeutend mit außerordentlich weitgehenden Änderungen im elastischen Verhalten der ölsäule. Stünde-luftfreies öl zur Verfügung, so wäre es evtl. denkbar, einen Kompromiß zu finden, durch den die Kombination der drei genannten Parameter zu einem annehmbaren Ergebnis führen würde.
Tatsächlich aber gibt es kein luftfreies öl. Selbst im Vakuum^entlüftetes öl nimmt nach nur kurzzeitigen Stehen an der Luft und erst recht auf dem Weg durch Punpen, Ventile, Rücklaufleitungen und Vorratsbehälter erhebliche Mengen an Luft teils in gelöster, teils In eaulgier- ter Form auf. Praktisch werden sich also die drei genannten Parameter In kurzer Zeit In durchaus dea Zweck nicht entsprechender Weise verändern.
Schließlich 1st noch zu erwähnen« daß alt de« Luftgehalt in der Steuerflüssigkeit auch die Teaperaturabhlngi glreit der elastischen Eigenschaften In starke« Maie und In sehr unübersichtlicher Weise zuniaat. Mit der beschrie benen und auch mit anderen bekannten Steuerungen kann ■an daher bei Teaperaturlnderungen, di· an eine« Motor
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nun einmal unvermeidbar sind, ein Fiasko erleben.
Durch die US-PS 2 6o2 4^4 ist zwar schon eine regelbare hydraulische Ventilsteuerung bekannt geworden, bei der der Öffnungszeitpunkt oder der Schließzeitpunkt des Ventils durch eine am Antriebskolben vorgesehene Schrägfläche in Grenzen verschiebbar ist, indem der Kolben verdreht wird. Auch der Öffnungshub des Ventils ist durch eine gleiche Einrichtung am Arbeitskolben veränderbar. Eine Entlüftung oder gar eine dauernde Entlüftung der SteuerflUssigkeit ist jedoch nicht in Betracht gezogen, so daß auch hier in Kürze Veränderungen der Parameter und damit unerwünschte Verhältnisse eintreten. Auch etwaige Temperaturänderungen wurden nicht berücksichtigt.
Bei beiden beschriebenen Steuerungen kommt schließlich noch hinzu, daß in der Leitung zwischen dem Antriebszylinder und dem Arbeitszylinder nahezu dauernd die gleiche ölsäule oszilliert. Bei längerer Oszillation von ölsäulen, insbesondere unter ständig wechselnden Drücken, kommt es ohne öleraeuerung zu ZeraetZungserscheinungen, die die elastischen Eigenschaften des Öls zusätzlich erheblich verändern.
Schließlich ist durch die DE-PS 476 44o noch eine Druckflüssigkeitssteuerung für Ventile von Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei der für Jeden Steuervorgang vom Antriebszylinder eine größere Menge SteuerflUssigkeit in Bewegung gesetzt wird, als man zum öffnen des Ventils benötigt. Der Flüssigkeitsübersohuß wird durch am Arbeitskolben angesohlossene Abströmventile abgeleitet und soll etwaige Luftblasen mitreißen.
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Dadurch wird eine gewisse Entlüftung, eine zu starke Erwärmung und auch eine Erneuerung der Steuerflüssigkeit erreicht, eine Regelung der Öffnungszeit, des Schließzeitpunktes und des Hubes des Ventils ist Jedoch nicht einbezogen.
Die Erfindung setzt sich das Ziel, Änderungen in den Steuerzeiten zu realisieren, die während der Betriebsdauer der Einrichtung konstant bleiben und nach Motorstillstand und Wiederanfahren reproduzierbar wiederkommen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine regelbare hydraulische Ventilsteuerung der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß durch sie alle genannten Nachteile vermieden werden, d.h., daß der Öffnungsbeginn, der Schließzeitpunkt und der Hub des Ventils unabhängig voneinander veränderbar sind, und daß eine ausreichende Entlüftung, eine konstante Kühlung und auch eine laufende Erneuerung der Steuerflüssigkeit automatisch erfolgt, wodurch eine anhaltend genaue Regelung möglich wird.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Antriebszylinder-Innenraum in dauernder Verbindung mit einem einen wesentlichen Teil der durch den Hub des Nockens erzeugten Energie aufnehmenden Speicher steht, der an seiner höchsten Stelle eine Bohrung mit Drosselstelle aufweist, von der aus eine Abflußleitung zum Vorratsbehälter führt, daß im Antriebszylinder in axialer Richtung nebeneinander zwei den Antriebekolben umhüllende, duroh von außerhalb des Antriebszylinders betätigbare Antriebsmittel unabhängig voneinander verdrehbare Steuerbüchsen vorgesehen sind, von denen Jede eine mit im Antriebekolben angebrachten Steuerkanten
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zusammenarbeitende Steuerringnut aufweist, daß duroh die Steuerringnut der einen Steuerbüchse zum stufenlosen Verändern des Ventiläffnungszeitpunktes der Antriebszylinder-Innenraum mit dem Arbeitszylinder-Innenraum und durch die Steuerringnut der anderen Steuerbüchse zum stufenlosen Verändern des Ventilschließzeitpunktes der Antriebszylinder-Innenraum über eine Drosselstelle mit dem Vorratsbehälter verbindbar ist, daß im Arbeitszylinder eine weitere, den mit einer Schrägfläche ausgestatteten Arbeitskolben umhüllende, durch von außerhalb des Arbeitszylinders betätigbare Antriebsmittel verdrehbare und mit einer Steuerringnut versehene Steuerbüchse zum Verändern des Ventilhubes angeordnet ist, durch die der Arbeitszylinder-Innenraum mit einer zum Vorratsbehälter führenden Ablaufleitung verbindbar ist, wobei die Stirnfläche und die Steuerringnut derart abgestimmt sind, daß bei jeder Ventilhubeinstellung eine geringe Menge Steuerflüssigkeit in den Vorratsbehälter abfließt, und daß in der Nachfülleitung ein Kühler angeordnet ist.
Es handelt sich also um eine sinnvolle Kombination von ineinanderspielender bzw. sich ergänzender, zum Teil bekannter Merkmale. Durch den mit dem Antriebszylinder-Innenraum verbundenen Speicher wird ein wesentlicher Teil der durch den Hub des Nockens erzeugten Energie aufgenommen, welche zum gewünschten Zeitpunkt abgerufen und dem Arbeitszylinder zugeführt werden kann. Ein kleiner Anteil der Steuerflüssigkeit wird dabei dauernd durch die Drosselstelle entspannt und in den Vorratsbehälter zurückgeführt. Dadurch trennen sich die Steuerflüssigkeit und die Luft wirksam voneinander. Die Luft tritt am Ende der Abflußleitung in Form von Blasen aus, während die Steuerflüssigkeit in den Vorratsbehälter zurückfließt.Es erfolgt Also eine kontinuierliche Entlüftung.
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Durch die beiden den Antriebskolben umhüllenden Steuerbüchsen, die unabhängig voneinander durch außerhalb des Antriebszylinders vorgesehene Mittel verdrehbar sind, wird die Forderung realisiert, daß der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt in weiten Grenzen beliebig einstellbar und damit abstimmbar ist. Die Drosselstelle zum Vorratsbehälter hin hat den Zweck, beim Schließen des Ventils den RUcklauf des aus dem Arbeitszylinder zurückströmenden Steuermittels so weit zu drosseln, daß zwischen dem Druckabfall durch das beginnende Abströmen und der Drucksteigerung durch den zu diesem Zeitpunkt immer noch nach oben gehenden Antriebskolben ein Gleichgewicht entsteht, welches einer unbeabsichtigten Verringerung des Ventilhubes bei dieser Art von Schließzeitpunktsteuerung entgegenwirkt.
Durch die den Arbeitskolben umhüllende Steuerbüchse kann auch das dritte Parameter, nämlich der Ventilhub unabhängig von den anderen Parametern verstellt werden, wobei die Steuerringnut und die schräge Stirnfläche so zueinander angeordnet sind, daß in jeder Stellung der Steuerbüchse vor dem Schließen des Ventils ein Teil der Steuerflüssigkeit direkt in den Vorratsbehälter abfließt, so daß die zwischen dem Antriebszylinder und den Arbeitszylinder hin- und herpulsierende Steuerflüssigkeit langsam immer wieder erneuert wird. Eine Zersetzung derselben scheidet damit aus.
Der Kühler schließlich sorgt dafür, daß die Steuerflüssigkeit immer nahezu die gleiche Temperatur aufweist» bevor sie in den Antriebszylinder eintritt. Damit sind sämtliche Forderungen erfüllt.
Im einzelnen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dafl der Speicher auf den Antriebszylinder aufgesetzt, durch eine Bohrung mit dem Antriebszyllnder-Innenraua verbunden
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und als hydraulischer Druckspeicher ausgebildet ist. Es kann allerdings ebenso auch ein federbelasteter Kolbenspeicher Anwendung finden.
Der leichteren Herstellung wegen wird vorgeschlagen, die im Antriebskolben angebrachten Steuerkanten als Querbohrungen auszubilden und durch eine gemeinsame Längsbohrung mit dem Antriebszylinder-Innenraum in Verbindung zu bringen.
Bezüglich der Antriebsmittel für die Steuerbüchsen im Antriebszylinder und im Arbeitszylinder wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diese aus je einem in den Steuerbüchsen eingearbeiteten Schneckenrad und Je einer durch den Jeweiligen Zylinder hindurchgeführten Schnecke bestehen.
Schließlich sieht die Erfindung vor, die schräge Stirnfläche des Arbeitskolbens mit kleinen keilförmigen Kerben zu versehen, um die Dosierung der geringen Steuerflüssigkeitsmengen, die zur laufenden Erneuerung abgeführt wery den, leichter in die Hand zu bekommen. Es soll erfin- ■ dungsgemäß je nach Länge der Steuerleitung zwischen i/5 und 1/50 des Volumens der Steuerleitung pro Hub erneuert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen:
Pig. 1 die komplette Ventilsteuerung nach der Erfindung
rein schematisch,
Pig. 2 den oberen Teil des Arbeitskolbens in Vergrößerung.
Nach Fig. 1 betätigt ein Nocken I einen Antriebskolben 2, der mit einer Längsbohrung 3 versehen ist, in die zwei
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seitliche Querbohrungen 4 und 5 einmünden. Der Antriebskolben 2 gleitet öldicht eingeschliffen in zwei drehbaren Steuerbüchsen 6 und 7, die ihrerseits in einem Antriebszylinder 8 gelagert und gegeneinander sowie gegen den Antriebszylinder 8 durch die Dichtungen S1 10, 11 abgedichtet sind. Die Steuerbüchsen 6, 7 weisen an ihrem äußeren Umfang Je ein eingearbeitetes Schneckenrad 12, 13 auf, in die im Antriebszylinder 8 gelagerte, von außen drehbare Schnecken 14, 15 eingreifen, welche dazu dienen, die Steuerbüchsen 6 und 7 in Jede beliebige Winkelstellung zu drehen. Die Steuerbüchsen 6 und 7 sind mit Steuerringnuten 16 und 17 versehen, die Je eine obere Kante aufweisen, welche senkrecht zur Längsachse χ verlaufen. Die unteren Kanten dieser Steuerringnuten 16, verlaufen schräg zur Achse x. Stehen die Steuerbüchsen 16, 17 in der dargestellten Lage, so überschleifen die Querbohrungen 4 und 5 des Antriebskolbens 2 sowohl die Steuerringnut 16 als auch die Steuerringnut 17 erst in einer ziemlich weit nach oben gefahrenen Stellung. Stehen die Steuerbüchsen 16, 17 hingegen um l80° verdreht, so erfolgt das überschleifen schon in einer erheblich weiter unten befindlichen Stellung des Antriebskolbens 2.
Von den Steuerringnuten 16, 17 führen Verbindungsbohrungen 18, 19 zu Ringnuten 2o, 21 im Antriebszylinder 8, welche inrerseits mit Bohrungen 22, 23 in Verbindung stehen, durch die die Steuerflüssigkeit über strichpunktiert eingezeichnete Hydraulikleitungen zu anderen Bauteilen geleitet wird.
Die Bohrung 23 weist eine Drosselstelle 24 auf und ist mit einer in einen Vorratsbehälter Jl führenden Abflußleitung 51 verbunden. Der an der Stirnseite des Antriebskolbens 2 gelegene Antriebszylinder-Innenraura 25 steht durch eine Bohrung 26 mit einem Speicher 27 in Verbindung,
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der Im Beispiel als Hydraulikspeicher dargestellt ist, ebensogut aber auch ein federbelasteter Kolbenspeicher sein kann. Vom Speicher 27 führt an der höchsten Stelle über eine Bohrung 28 mit einer Drosselstelle 29 eine Abflußleitung 3o ebenfalls in den Vorratsbehälter 31 zurück.
Zu dem Antriebszylinder 8 gehört ein Arbeitszylinder 37, welcher das Ventil 32 betätigt. Das Ventil 32 besitzt einen als Arbeitskolben 33 ausgebildeten Schaft. Der Arbeitskolben weist eine zur Längsachse y schräge Stirnfläche 34 auf, die mit einer gleichfalls schrägen Steuerringnut 35 in einer Steuerbüchse 36 zusammenarbeitet, welche im Arbeitszylinder 37 geführt und gegen ihn durch Dichtungen 38, 39 abgedichtet ist. Die Steuerringnut 35 steht über eine Bohrung 4o mit einer Ringnut 41 im Zylinder 37 in Verbindung und diese wiederum über eine Bohrung 42 mit einer Leitung 43, die in den Vorratsbehälter 3I führt.
Am äußeren Umfang der Steuerbüchse 36 ist ein Schneckenrad 44 eingearbeitet, so daß sie dank einer im Arbeitszylinder 37 gelagerten und von außen bedienbaren Schnecke 45 in Jede beliebige Winkelstellung gedreht werden kann. Der an der Stirnfläche des Arbeitskolbens 33 gelegene Arbeitszylinder-Innenraum 46 steht über eine Bohrung 47 mit einer Steuerleitung 48 in Verbindung, die durch eine Steuerleitung 5o zur Bohrung 22 des Antriebszylinders 8 führt. Die Rückstellung des Ventils erfolgt über eine Feder 49.
Schließlich verläuft vom Vorratsbehälter 31 aus über eine Pumpe 52, einen Kühler 55 und ein Rückschlagventil 57 eine Nachfülle!tung 56 in die Steuerleitung 50 und vor dem Rückschlagventil 57 eine ebenfalls mit einem Rückschlagventil 59 versehene Abzweigleitung 58, 60 zum Speicher 27. Die NachfUlleitung 56 steht ferner mit einem Ausgleiehspeioher 54 und einem Überströmventil 53 in Verbin-22.861ο 909851/0117 ./.
dung.
Arbeitsweise:
Drückt der Nocken I den Antriebskolben 2 nach oben, so besteht zunächst keine Verbindung zwischen der Querbohrung 4 und der Steuerringnut 16 und ebensowenig zwischen der Querbohrung 5 und der Steuerringnut 17. Die im Antriebszylinder 8 befindliche Steuerflüssigkeit, vorzugsweise öl, wird somit in den Speicher 27 geleitet und dort komprimiert. Ein geringer Teil dieses Öles wird in der Drosselstelle 29 entspannt und durch die Abflußleitung 3o in den Vorratsbehälter 31 zurückgeführt. Bei der Entspannung in der Drosselstelle 29 trennen sich öl und Luft sehr wirksam voneinander. Die Luft tritt aus der Abflußleitung 3o in Form von Blasen aus, während das luftarme öl in den Vorratsbehälter 31 zur weiteren Verwendung gelangt. Diese kontinuierliche Entlüftung des Öles trägt wesentlich zur Konstanz der Bedingungen für das elastische Verhalten der ölsäulen bei.
Wird ein früher Öffnungsbeginn des Ventiles 32 verlangt, so wird die Steuerbüchse 6 ura etwa l8o° gegenüber der dargestellten Lage gedreht. Die Querbohrung 4 und die Steuerringnut 16 überschneiden einander dann relativ bald. Das Ventil 32, dessen Arbeitezylinder-Innenraum 46 über die Steuerleitungen 48, 5o mit der Steuerringnut 16 ver bunden ist, öffnet und wird von Resthub des Antriebskolbens 2 immer weiter aufgedrückt.
Wird später Öffnungsbeginn des Ventils 32 verlangt, so befindet sich die Steuerbüchse 6 etwa in der gezeichneten Stellung. Die Öffnung des Ventiles 32 erfolgt spät, da der Nocken 1 in seiner Umdrehung weit fortgeschritten sein muß, bevor die Querbohrung 4 und die Steuerringnut 16 einander Uberschlelfen. Andererseits steht aber für die Eröffnung des Ventiles 32 nach wie Tor die volle Energie zur Verfügung, denn das ve* Antriebekolben 2 verdrängte öl ist ja unterdessen nicht abgeflossen wie in
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bekannten Ausführungen, sondern es wurde im Speicher 27 komprimiert und damit bereitgehalten. Im Augenblick, in dem sich die Querbohrung 4 und die Steuerringnut 16 überschneiden, strömt das öl auch aus dem Speicher 27 durch die Bohrung 26, die Längsbohrung 3, die Querbohrung 4,
die Verbindungsbohrung 18 und die Bohrung 22 in die
Steuerleitung 5o und sorgt dafür, daß das Ventil 32 bis zu seinem vollen Hub geöffnet wird.
Die Verlegung des Öffnungspunktes ist also nicht mehr
gekoppelt mit irgendeiner Veränderung des Ventilhubes,
vielmehr wird dieser in erwünschter Weise konstant gehalten,
Wird eine Verringerung des Ventilhubes gewünscht, so ist es nur notwendig, die Steuerbüchse 36 zu drdien. Sobald die unterste Stelle der schrägen Stirnfläche 34 des
Arbeitskolbens 33 mit der einstellbaren Oberkante der
Steuerringnut 35 zusammenkommt, strömt öl durch die
Bohrung 4o und die Ringnut 41 in die Ablaufleitung 43
und damit in den drucklosen Vorratsbehälter 31· Eine
weitere Hubvergrößerung des Ventils 32 ist damit unter bunden .
Die Anlage wird so dimensioniert, daß in jedem Falle zu Ende des Ventilhubes eine kleine ölmenge am Arbeitskolben 37 bzw. an der schrägen Stirnfläche 34 vorbei durch die Bohrung 4o, die Ringnut 41 und die Bohrung 42 über die Ablauflei tung 43 in den Vorratsbehälter 31 gelangt. Hierdurch wird vermieden, daß in der Steuerleitung 48, 5o ständig die gleiche ölsäule oszilliert.
Soll hingegen der Schließzeitpunkt des Ventile 32 beeinflußt werden, so wird die Steuerbüchse 7 gedreht. Hierdurch erfolgt eine Entlastung dea Arbeitezylinder-Innen raumes 46 früher oder später, je nach dem Zeitpunkt der
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Uberschneidung der Querbohrung 5 mit der Steuerringnut. Dabei ist des denkbar, daß bei sehr frühem Schließen des Ventiles J>2 dessen voller Hub noch nicht erreicht ist, wenn bereits der Schließvorgang eingeleitet werden soll. Hier wirkt die Drosselstelle 24 ausgleichend. Durch das Zusanimenspiel des Antriebskolbens 2, der weiter öl aus dem Antriebszylinder-Innenraum 25 verdrängt, mit dem Ausströmvorgang durch die Drosselstelle 24 werden trotz Vorverlegung der Schließzeiten dennoch annähernd volle Ventilhübe erzielt.
Die Maßnahmen zur Entlüftung des Öles werden noch durch folgendes ergänzt: Die Pumpe 52 sorgt dafür, daß der Öldruck Im Gesamtsystem so hoch gehalten wird, daß auch an den Stellen mit Wirbelablösung niemals ein Unterdruck entstehen kann, auch nicht an örtlich eng begrenzten Stellen. Solche Stellen des Unterdruckes an Steuerkanten usw. führen dazu, daß durch zwar öl - nicht aber vakuumdichte Verbindungsteile Luft in das System eingesaugt und .'mit dem öl innig vermischt wird. Das Überströmventil 53 dient daher als wichtiger Druckkonstanthalter.
Das öl mit Vordruck gelangt sodann durch den Kühler 55, welcher konstante öltemperatur bewirkt. Der Speicher 54 sorgt für den Abbau von Pumpenschwingungen. Das Rückschlagventil 57 vermeidet in bekannter Weise eine Rüokströmung zur Pumpe 52.
Zur Absicherung gegen den unwahrscheinlichen Fall, daß im Speicher 27 beim Rückhub des Antriebskolbens 2 Unterdruck entstehen und dadurch Luft eingesaugt werden könnte, 1st die Abzweigleitung 58 vorgesehen, durch die der Speioher 27 vermittels des Rückschlagventils 59 und der Abzweigleitung 60 ständig unter einem Mindestdruok gehalten wird, der den Vordruok der Pumpe 52 entspricht.
Gemäß Pig. 2 weist die schräge Stirnfläche Jk des Arbelts kolbens 33 kleine keilförmige Kerben auf» durch die eine
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bessere Dosierung der kleinen ölmengen erreicht wird, die bei jedem Ventilhub abfließen sollen.
Schließlich soll anhand eines Rechenbeispiels nachgewiesen werden, daß der beschriebene Speicher 27 überhaupt realisierbar ist: Es ist anzunehmen, daß die Betätigungskraft für das Ventil 32, die die Kraft der Feder 49, die Massenkraft und die Gaskraft auf den Ventilteller überwinden muß, maximal 3000 N beträgt. Hierzu soll ein Druck in der Stauerleitung 48 von 1200 N/cm ausreichen. Somit erhält der Arbeltskolben 33 eine Fläche von 2,5 cm (18 mm 0), Der Ventilhub betrage 14 mm, dann werden 2,52 cnr/Hub an Drucköl benötigt. Hinzu kommt für die unvermeidliche Kompressibilität des Öles in der Steuerleitung 50, 48 im Arbeitszylinder-Innenraura 46 und in der Bohrung 47 noch ein Betrag von weniger als 0,5 cnr je Hub, so daß mit einem bereitgestellten Gesamtvolumen von 3 cnr/liub Jedenfalls die Funktion gewährleistet ist.
Im Extremfalle sind diese 3 cnr im Speicher 27 unterzubringen. Hierzu darf der Druck im Speicher auf 3000 N/cm steigen. Es stehen also für die Speicherung 3000-1200-l800 N/cm Druckdifferenz zur Verfügung. Legt man der Kompressibilität des Öles die Literaturwerte um 0,7 % /1000 N/cm zugrunde, die für luftfreies öl gelten, in praxis jedoch immer überschritten werden und somit auf der sicheren Seite liegen, dann ergibt sich als erforderliches Speichervolumen ein Wert von 238 cm , also ein Zylinder von beispielsweise 55 mm 0 und 100 mm Länge.
Bei Großmotoren kann der Speicher 27 mit Gasblase oder federbelastetem Kolben ausgestattet sein, um das Volumen In Grenzen zu halten. Bei einem Fahrzeugdieselmotor, wie
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er den obigen Werten zugrunde gelegt wurde, ist dieser Aufwand jedoch nicht erforderlich, man kommt hier in Jedem Falle mit einem einfachen ölspeicher handlicher Dimensionen aus.
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Claims (9)

  1. fo/kr
    Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
    Aktiengesellschaft
    Nürnberg, 5. Juni 1978
    Patentansprüche
    Regelbare hydraulische Ventilsteuerung für Hubkolbenkraft- oder Arbeitsmaschinen, die aus einem von einem Nocken betätigbaren, mit Steuerkanten versehenen, in einen Antriebszylinder hineinragenden Antriebskolben, einen das Ventil unmittelbar betätigenden, in einem Arbeitszylinder geführten Arbeitskolben, einer die beiden Zylinder miteinander verbindenden Steuerleitung, einem Vorratsbehälter für die Steuerflüssigkeit, einer den Vorratsbehälter mit dem Antriebszylinder verbin- . denden, mit einer Pumpe versehenen Nachfülleitung und einer mit einem Überströmventil ausgestatteten Rückflußleitung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszylinder-Innenraum (25) in dauernder Verbindung mit einem einen wesentlichen Teil der durch den Hub des Nockens (1) erzeugten Energie aufnehmenden Speicher (27) steht» der an seiner höchsten Stelle •ine Bohrung (28) mit Drosselstelle (29) aufweist, von der aus eine Abfluöleitung (30) zum Vorratsbehälter (3D führt, daß im Antriebszylinder (8) in axialer Richtung nebeneinander zwei den Antriebskolben (2) umhüllende, duroh von außerhalb des Antriebszylinders (8) betatigbare Antriebsmittel (12, Ik; I3, 15) unab«
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    ORIGINAL
    hängig voneinander verdrehbare Steuerbüchsen (6, 7) vorgesehen sind, von denen jede eine mit im Antriebskolben (2) angebrachten Steuerkanten (4, 5) zusammenarbeitende Steuerringnut (16, 17) aufweist, daß durch die Steuerringnut (16) der einen Steuerbüchse (6) zum stufenlosen Verändern des Ventilöffnungszeitpunktes der Antriebszylinder-Innenraum (25) mit dem Arbeitszylinder-Innenraura (46) und durch die Steuerringnut (17) der anderen Steuerbüchse (7) zum stufenlosen Verändern des Ventilschließzeitpunktes der Antriebszylinder-Innenraum (25) über eine Drosselstelle (24) mit dem Vorratsbehälter (31) verbindbar ist, daß im Arbeitszylinder (37) eine weitere, den mit einer schrägen Stirnfläche (34) ausgestatteten Arbeitskolben (33) umhüllende, durch von außerhalb des Arbeitszylinders (37) betätigbare Antriebsmittel (44, 45) verdrehbare und mit einer Steuerringnut (35) versehene SteuerbUchse (36) zum Verändern des Ventilhubes angeordnet ist, durch die der Arbeitszylinder-Innenraum (46) mit einer zum Vorratsbehälter (31) führenden Ablaufleitung (43) verbindbar ist, wobei die Stirnfläche (34) und die Steuerringnut (35) derart abgestimmt sind, daß bei jeder Ventilhubeinstellung eine geringe Menge Steuerflüssigkeit in den Vorratsbehälter (31) abfließt, und daß in der NachfUlleitung (56) ein Kühler (55) angeordnet 1st.
  2. 2. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (27) auf de« Antriebszylinder (8) aufgesetzt, durch eine Bohrung (26) alt dem Antriebszylinder-Innenraue (25) rerbunden und all hydraulischer Druckspeicher ausgebildet 1st.
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  3. 3. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (27) durch eine Bohrung (26) mit dem Antriebszylinder-Innenraum (25) verbunden und als federbelasteter Kolbenspeicher ausgebildet ist.
  4. 4. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die im Antriebskolben (2) angebrachten Steuerkanten (4, 5) als Querbohrungen ausgebildet sind und durch eine gemeinsame Längsbohrung (3) mit dem Antriebszylinder-Innenraum (25) in Verbindung stehen.
  5. 5. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Antrlebszylinder-Innenraum (.25) zugewandten Kanten der in den SteuerbUchsen (6, 7) vorgesehenen Steuerringnuten (16, 17) senkrecht und die dem Nocken (1) zugewandten Kanten schräg zur Kolbenlängsachse (x) verlaufen.
  6. 6. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für die SteuerbUchsen (6, 7) aus Je einem in den SteuerbUchsen (6, 7) eingearbeiteten Schneckenrad (12« 13) und Je einer durch den Antriebszylinder (8) hindurchgeführten Schnecke (14, 15) bestehen.
  7. 7. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal die Antriebsmittel für die Steuerbuches (36) aus einem in der Steuerbuchs· (36) •ingearbeiteten Sohneckenrad (44) und «in*r durch den Arbeitszylinder (37) hindurchgeführten Schnecke (45) besteht.
  8. 8. Regelbar· hydraulisch· Ventilsteuerung nach Anspruch I, daduroh gekennzeichnet, dal dl· St«u«rringnut (35) in d«r Steuerbüohse (36) schräg zur Längsachse (y) ver-
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    läuft und derart mit der schrägen Stirnfläche (34) des Arbeitslcolbens (33) abgestimmt ist, daß bei Zusammentreffen der untersten Stelle der Stirnfläche (34) mit der Oberkante der Steuerringnut (35) der Durchfluß von Steuerflüssiglceit zum Vorratsbehälter (31) freigegeben wird.
  9. 9. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Vorratsbehälter (31) zum Antriebszylinder (8) führende NachfUlleitung (56) eine zum Speicher (27) führende Abzweigleitung (58, 60) aufweist, und daß in dieser Abzweigleitung (58, 60) ein in Richtung zum Vorratsbehälter (31) hin absperrendes Rückschlagventil (59) vorgesehen ist.
    lo. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Stirnfläche (34) des Arbeitskolbens (33) kleine keilförmige Kerben (6l) aufweist.
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