DE19938543A1 - Automatische Motorventile - Google Patents

Abstract

Motorventilsteuerung, bei der der Schließzeitpunkt des Einlaßventils mittels Differenzdrucks zwischen Druck im Arbeitsraum gegen Ende des Arbeitshubs und Auslaßleitungsdruck verstellt wird, und zwar bei Rotationskolbenmaschinen durch Verstellen des Einlaßschlitzes, bei Translationskolbenmaschinen durch eine entsprechende Kraft auf selbsttätige Motorventile, bestehend jeweils aus einem Käfig, der durch einen Haftmagneten oder eine Flip-Flop-Feder gehalten wird und einer Druckfeder, durch die ein Ventilkörper auf einen Ventilsitz gepreßt wird. Durch Nutzung des Saugstrahleffekts wird erreicht, daß bei steigender Kolbengeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Ventilkörper entgegen der Druckfeder in Offenstellung gehalten wird. Bei weiter steigender Geschwindigkeit wird durch den Staudruck der Käfig in Schließlage gebracht. Der Ventilkörper dichtet den Einlaß bzw. Auslaß aber erst kurz vor einem der Umkehrpunkte des Kolbens ab, so daß im Arbeitsraum der Druck abgebaut ist und in etwa dem des Ein- bzw. Auslaßkanals entspricht (um Kavitation zu vermeiden).

Description

Zielsetzung

Ziel der Erfindung ist, zu erreichen, daß ein mit Dampf oder Druckflüssigkeit betriebener Motor bzgl. der Ventilsteuerung ähnlich "selbsttätig" arbeitet wie die Ventile von Translationskolbenpumpen bzw. -Verdichtern (Arbeitsmaschinen).

Stand der Technik

Als Ventile für Translationskolbenarbeitsmaschinen werden in der Regel federbelastete Rückschlagventile verwendet, die folgende Eigenschaften haben:

• 1. Das Saug- bzw. Einlaßventil bleibt "automatisch" geschlossen, während sich der Kolben vom unteren U. T. zum oberen Tot­ punkt (O. T.) bewegt. Das gleiche gilt für das Druck- bzw. Aus­ laßventil, während sich der Kolben entgegengesetzt bewegt.
• 2. Die Ventile öffnen umso weiter, je größer der momentane, durch das Ventil strömende Volumenstrom ist. Das bedeutet auch: Sowohl Ein- als auch Auslaßventil sind jeweils am oberen wie am unteren Totpunkt geschlossen. Dieser "Automatismus" ergibt sich dadurch, daß der Druck­ abfall am Ventil (der gegen die Feder das Ventil offenhält) um so größer ist, je größer die Durchflußgeschwindigkeit ist.
• 3. Das Druck- bzw. Auslaßventil öffnet auf dem Weg des Kol­ bens vom U. T. zum O. T. automatisch erst dann, wenn das Fluid im Arbeitsraum den Druck in den Druckleitungen um einen Betrag, der der Federkraft entspricht, übersteigt. Entsprechendes gilt für den Unterdruck im Arbeitsraum zum Öffnen des Einlaß- bzw. Saugventils. Auf diese Weise wird ein bezüglich Energieverlust und Kavitation schädlich großer Differenzdruck am Ventil vermieden, d. h. auch, daß der max. Druck im Arbeitsraum sich "automatisch" dem Verbraucher­ druck anpaßt.
  Bei Verwendung von Schlitzen als Ein- und Auslaßöffnungen, wie dies zum Beispiel bei Flügelzellenmaschinen üblich ist, (allg. bei Rotationskolbenmaschinen) gibt es zwar im engeren Sinne keinen Oberen und Unteren Totpunkt, bezüglich des Arbeitsraums ist das Geschehen jedoch gleich, weil der auch hier abgeschlossene Arbeitsraum expandiert und kontrahiert und beim Motor bei Beginn der Expansion Druckfluid zugeführt werden muß, das beim Kontrahieren ausgeschoben werden muß. Der Unterschied zu mit selbsttätigen Ventilen ausgestalteten Pumpen und Verdichtern ist bei dieser Maschinenart, daß ein sogenanntes "eingebautes Druckverhältnis" vorliegt, d. h., hier ist auch bei der Arbeitsmaschine (Pumpe bzw. Verdichter) die Problematik, daß der hier fest eingestellt Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils entsprechend dem Verbraucherdruck verstellt werden muß. Analog muß bei der Kraftmaschine (Dampfmotor) der Auslaßschlitz z. B. verstellbar sein.

Realisierung

Um "automatische" Motorventile zu erhalten, müssen auch im Motorbetrieb diese drei unter Pos. 1., 2., 3. aufgeführten Eigenschaften erreicht werden.

Dies geschieht auf folgende Weise zu obigen Punkten:

• 1. Wie bei der Pumpe ist das Ventil zur Druckseite hin vom Arbeitsraum nach außen und das zur Niederdruckseite hin nach innen öffnend. Im Gegensatz zur Pumpe ist das der Druckseite zugewandte Ventil das Einlaß- und das andere das Auslaßventil.
• 2. Dadurch, daß nach 1) bezüglich der Öffnungsrichtung im Vergleich zur Pumpe die Strömungsrichtung vertauscht ist, werden die Ventile durch den Druckabfall am Ventil nicht offen gehalten, sondern zugedrückt.
  Um dies zu verhindern, wird der Effekt genützt, daß der Druck in einem durchströmten Spalt entsprechend dem Bernoulli'schen Gesetz um so kleiner ist, je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist. Wird wie bei einer Saug­ strahlpumpe dieser statische Druck im Spalt abgegriffen, z. B. durch eine kleine Querbohrung, und auf den Ventilkegel in der Richtung wirken gelassen, kann erreicht werden, daß, wie bei der Pumpe das Ventil um so weiter öffnet, je größer die Durch­ flußgeschwindigkeit ist. Die dadurch entstehende Offenhalte­ kraft muß dabei größer sein als die Schließkraft infolge des Druckabfalls am Ventil. Dies kann durch entsprechende Größe der vom "Saug-" bzw. "Differenzdruck" (Strömungswiderstand) beaufschlagten Flächen erreicht werden.
• 3. Um zu erreichen, daß das zu öffnende Ventil vor dem O. T. bzw. U. T. erst öffnet, wenn, wie bei der Pumpe, der Druck­ ausgleich zwischen Arbeitsraum und anschließend damit verbundener Leitung - nahezu - stattgefunden hat, ist eine mechanische Feder hilfreich, die ebenso wie bei der Pumpe in Schließrichtung wirkt, denn dadurch wird bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit, d. h. Annäherung an den O. T. bzw. U. T. das jeweils offene Ventil schließen, weil der Saug­ strahleffekt abnimmt. Mit dem Schließen des bis dahin offenen Ventils wird der Arbeitsraum abgeschlossen (es sind ja dann beide Ventile geschlossen), was zur Folge hat, daß vor dem O. T. der Druck erhöht und vor dem U. T. abgebaut wird, und zwar so lange, bis das jeweils andere Ventil, d. h. vor dem O. T. das Einlaßventil und vor dem U. T. das Auslaßventil, von dem Differenzdruck geöffnet werden. Dieser entspricht - wie bei der Pumpe - der Federkraft, d. h. er ist ungefährlich bzgl. Kavitation und Korrosion.
  Es ist allerdings darauf zu achten, daß die Schließfeder richtig bemessen ist. Ist sie zu schwach, schließt das Ventil zu spät, und der Resthub reicht nicht aus, den Druckausgleich zu bewerkstelligen. Ist sie zu stark, wird der Druckausgleich so früh vor dem O. T. bzw. U. T. erreicht, daß das Fluid in die falsche Richtung gefördert wird, was zu Pulsationen führen kann.
  Die Ventilschließgeschwindigkeit ist zudem "progressiv", und zwar um so mehr, je früher das Ventil schließt, d. h., es muß, um die Stöße beim Aufsitzen gering zu halten, der Ventilhub klein gehalten werden.
  Ist das Fluid gasförmig bei veränderlichem Druck, muß die Schließfeder des Einlaßventils variierbar sein. Dies ist möglich, indem sie ganz oder teilweise als Gasfeder ausge­ bildet ist, deren Druck vom Differenzdruck zwischen dem Druck im Arbeitsraum und dem Druck in der Auslaßleitung kurz vor dem U. T. beeinflusst wird, denn diese Druckdifferenz muß bei optimaler Federkrafteinstellung Null sein.
  Auf diese Weise wird erreicht, daß die Federkraft - mit einer Umdrehung verspätet, optimiert eingestellt wird.
  Die Verwendung von Ventilfedern in Schließrichtung hat jedoch die Konsequenz, daß das vom Differenzdruck geöffnete Einlaßventil am O. T. bzw. Auslaßventil am U. T. bei der Richtungsumdrehung des Kolbens sofort wieder schließt. Um dies zu verhindern, bedarf es im Gegensatz zum Pumpenbetrieb einer Haltekraft, die durch einen Haft­ magneten, eine Springfeder oder Haftreibung realisiert wird. Es kann auch alternativ dazu die Ventilschließfeder von der Kolbenstellung abhängig gestaltet werden.

Bei Rotationskolbenmaschinen, z. B. Flügelzellenmaschinen, ist - entsprechend den obigen Ausführungen - von den aufgeführten Eigenschaften bei Arbeitsmaschinen (Pumpen und Verdichter) und ebenso bei Kraftmaschinen (Dampfmotor etc.) Pos. 1. und 2. erfüllt. Es bleibt aber Pos. 3. funktionell zu erfüllen.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß, ebenso wie bei Translationskolben beschrieben, der Differenzdruck zwischen dem Druck im Arbeitsraum am Ende der Expansion verglichen wird mit dem Druck in der Ausflußleitung.

Dieser Differenzdruck muß den Einlaßschlitz verschieben, indem z. B. - wie unten an einer konkreten Konstruktion beschrieben - eine bewegliche Blende vor bzw. nach dem Einlaßschlitz vom Druck am Ende der Expansion in Richtung frühes Schließen und vom Druck in der Austrittsleitung in Richtung spätes Schließen des Einlaßschlitzes wirkt.

Beschreibung einer speziellen konstruktiven Ausführung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisches Motorventil für z. B. einen Dampfmotor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Motorventil zu schaffen, welches je nach Stellung des Kolbens, ohne mechanische Hilfsmittel z. B. Nockenwelle, öffnet oder schließt. Die Steuerung der Ventile erfolgt durch den Druckunterschied im Kolbenraum, welche durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens entstehen.

Es sind Motorventile bekannt, welche zur Ventilsteuerung Nockenwelle und Steuerkette benötigen.

Durch das Ersetzen der mechanischen Steuerung der Motorventile durch druckgesteuerte Motorventile kann der Motor einfacher aufgebaut werden. Da die Motorventile durch den Kolbenraumdruck gesteuert werden, wird ein Zerstören des Motors durch falsch eingestellte bzw. defekte Übertragungsmechaniken wirksam verhindert. Die Motorventile sind insbesondere für große Drücke (über 200 bar) geeignet, da durch die Ventilansteuerung in etwa der selbe Druck sowohl im Kolbenraum als auch in den entsprechenden Ein.- bzw. Auslaßkanal herrscht und somit Kavitation beim Öffnen der Ventile vermieden wird.

Hauptanspruch

Die Ruhestellung des Einlaßventils ist, wie in Fig. 1a dargestellt, Ventilkörper 2 unten und Käfig 1 oben. Wenn im Motoreinlaß ein bestimmter Überdruck ansteht, bewegt sich der Kolben 6 nach unten. Durch die immer schneller werdende Kolbenbewegung, steigt auch die Strömungsgeschwindigkeit im Einlaßkanal. Ab einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit entsteht an der Bohrung 5 ein Saugstrahleffekt, wodurch der Ventilkörper 3 sich entgegen der Feder 7 in Richtung Bohrung 5 bewegt Fig. 1b. Durch weiteres Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit entsteht ein Staudruck an den Schnappfedern 3, da das komplette strömende Volumen durch die Bohrungen 9 strömen muß. Durch diesen Staudruck, schnappt der Käfig 1 schlagartig in seine untere Stellung Fig. 1c. Da der Ventilkörper 2 aber noch in seiner oberen Position ist, ist der Einlaßkanal noch mit dem Kolbenraum verbunden. Hat der Kolben 6 beinahe seinen UT erreicht wird dieser naturgemäß langsamer bis zum vollständigen Stillstand. Durch die langsamer werdende Kolbenbewegung nimmt auch die Strömungsgeschwindigkeit im Einlaßkanal ab. Ab einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, reißt der Saugstrahleffekt an der Bohrung 5 ab und der Ventilkörper 2 verschließt den Einlaß Fig. 1d. Da das Verschließen des Kolbenraumes kurz vor dem UT geschieht, kann sich der Druck im Kolbenraum abbauen bevor das Auslaßventil sich öffnet.

Auslaßventil

Die Ruhestellung des Auslaßventils ist nach Fig. 1d, wenn der Ventilkörper 2 und der Käfig 1 in der unteren Lage sind.

Da das Einlaßventil schon vordem UT geschlossen ist, entsteht durch die weitere Kolbenbewegung in Richtung UT ein relativer Unterdruck gegenüber dem Auslaßkanal 12. Durch diesen Druckunterschied, wird der Käfig 1 in seine obere Stellung gebracht Fig. 1a. Jetzt kann sich der Kolben 6 bei geöffnetem Auslaßventil in Richtung OT bewegen. Da der Kolben wieder seine Geschwindigkeitskurve durchläuft, wird wie beim Einlaßventil der Ventilkörper 2 in die obere Stellung Fig. 1b gebracht. Bei noch höherer Strömungsgeschwindigkeit, schnappt der Käfig 1 in Stellung nach Fig. 1c und schließlich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit weiter nachläßt in Stellung nach Fig. 1d.

Sollte die Stömungsgeschwindigkeit im Ein- oder Auslaßkanal einmal nicht ausreichen den Käfig 1 an den Umkehrpunkten des Kolbens in die entsprechende Stellung zu schalten, sind zur Sicherheit die Stangen 8 und 13 Fig. 1 angebracht. Stange 13 sorgt dafür, daß das Einlaßventil am UT sicher geschlossen ist, bevor das Auslaßventil öffnet. Außerdem stellt Stange 13 sicher, daß das Einlaßventil am OT öffnet.

Stange 8 sorgt dafür, daß das Auslaßventil am OT sicher geschlossen ist, bevor das Einlaßventil öffnet. Außerdem stellt Stange 8 sicher, daß das Auslaßventil am UT geöffnet ist.

Kurve Fig. 2a

Die Kurve K1 Fig. 2a stellt die Kolbengeschwindigkeit über den Kolbenweg vom OT zum UT dar, bzw. die Strömungsgeschwindigkeit im Einlaßkanal über dem Kolbenweg vom OT zum UT.

Die Kurve K2 Fig. 2b stellt die Kolbengeschwindigkeit über den Kolbenweg vom UT zu OT dar, bzw. die Strömungsgeschwindigkeit im Einlaßkanal über dem Kolbenweg vom UT zu OT.

Die Linie F1 bezeichnet die Stömungsgeschwindigkeit, bei der der Saugstrahleffekt die Kraft der Spiralfeder 7 Fig. 1a bis 1d überwindet. Die Linien F2 bezeichnet die Strömungsgeschwindigkeit, bei der der Staudruck an der Schnappfeder 3, Fig. 1a bis 1d so stark wird, daß dieser die Kraft der Schnappfeder 3 überwindet.

In Fig. 2c sind in den Bildern Bereich 1 bis Bereich 4 die Stellungen des Ein- und Auslaßventils bei der Bewegung des Kolbens 6 Fig. 1 vom OT zum UT dargestellt. Die Bilder Fig. 2c in den Bereichen 5 bis 8 zeigen die Stellungen der Ventile bei der Bewegung des Kolbens 6 Fig. 1 bei der Bewegung von UT nach OT.

Zentralventil

Dasselbe Prinzip wie oben beschrieben, wurde nach Fig. 3 als Zentralventil verwirklicht Diese Ausführung ist besonders für hohe Drücke z. B. einen Wassermotor geeignet.

Ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 6 wird der Einlaßventilkäfig 1 durch die Flip-Flop-Feder 3 in Offenstellung gehalten und die Feder 9 drückt die Steuerstange 17 gegen das Auslaßventil 4, so daß dieses schließt. Während sich der Kolben 6 vom OT Richtung unterer Totpunkt UT bewegt, fließt das Arbeitsmedium an den Bernullibohrungen 5 des Einlaßventils vorbei, wodurch der Druck im Raum 6 abfällt und den Einlaßventilring 2 gegen die Feder 7 in den Einlaßventilkäfig zieht. Dadurch gelangt das Arbeitsmedium durch die Bohrungen 15 in den Arbeitsraum 14. Hat der Kolben 6 nach der Hälfte des Hubes seine Maximalgeschwindigkeit erreicht, so wird die Maximalkraft der Flip-Flop-Feder 3 durch den Strömungswiderstand der Arbeitsmediums am Ventilkegel überwunden und die Flip-Flop-Feder 3 springt in ihre zweite Endlage: die Schließstellung. Während der Kolben 6 sich weiter Richtung UT bewegt, verringert sich seine Geschwindigkeit und der Saugstrahleffekt an den Bohrungen 5 nimmt ab. Durch den ansteigenden Druck im Raum 6 kann die Feder 7 den Einlaßventilring 2 auf die Bohrungen 15 drücken und verschließen. Das Schließen des Einlaßventils geschieht kurz vor dem UT, da durch die Volumenzunahme im Arbeitsraum 14 der Druck abgebaut werden kann. Nun kann das Auslaßventil durch die Feder 10 geöffnet werden und der Kolben 6 kann das Arbeitsmedium in den Auslaß 12 schieben. Durch die Bohrungen 16 wird durch das vorbeiströmende Arbeitsmedium ein Unterdruck im Raum 5 erzeugt, wodurch der Dichtkörper 4 auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten offen gehalten wird.

Je näher der Kolben 6 dem OT kommt, desto größer wird die Kraft der Druckfeder 9 auf die Steuerstange 17, welche kurz vor Erreichen des OT gegen die Kraft der Druckfeder 10 das Auslaßventil schließt. Der Kolben 6 komprimiert das restliche Arbeitsmedium bis zum OT. Dieser erzeugte Druck öffnet schließlich das Einlaßventil und verhindert weitgehendst Kavitation. Um dem Fall zu begegnen, daß der Druck am OT zum Öffnen des Einlaßventils nicht ausreicht, sind im Einlaßventilring 2 zwei Stifte 18 eingeschraubt, welche bei geschlossenem Ventil in den Arbeitsraum hineinragen. Auf diese Stifte 18 schlägt der Kolben 6 und kann somit das Einlaßventil 1 zwangsweise öffnen.

Da das Ventil zum Betätigen eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit (Druckdifferenz) benötigt, diese z. B. beim Anlauf nicht gewährleistet ist, benötigt man zur sicheren Betätigung in diesem Fall, für das Auslaßventil eine Sicherheitseinrichtung. Dieses besteht aus der Steuerstange 17 und der Zentralbohrung 13. Wenn sich der Kolben 6 am UT gerade wieder Richtung OT bewegen will, so ist die Steuerstange 17 infolge ihrer Massenträgheit noch in der Bewegung Richtung UT und gibt die Zentralbohrung 13 des geschlossenen Auslaßventils frei. Während sich der Kolben 6 Richtung OT bewegt, kann das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 14 durch die Zentralbohrung 13 in den Rücklauf 12 gelangen. Durch das Öffnen der Zentralbohrung 13 baut sich der Druck im Arbeitsraum 14 ab und das Auslaßventil 4 läßt sich leicht durch die Feder 10 öffnen.

Eine weitere Variante für die automatischen Ventile ist in Fig. 3b dargestellt, diese ist besonders für z. B. einen Gasmotor geeignet, wie er für eine Solarklimaanlage eingesetzt werden kann.

Durch die Feder 11 wird der Kolben 6 bei Druckausgleich zwischen Einlaß 24 und Auslaß 25 in den oberen Totpunkt gebracht. Wenn der Kolben 6 im OT ist, ist das Ventil 1 geöffnet und das Auslaßventil 13 geschlossen. Diese Stellung entspricht dem Grundzustand der Ventile.

Wenn nun im Einlaß 24 der Druck ansteigt, findet über das geöffnete Ventil 1 auch ein Druckanstieg im Arbeitsraum 26 statt. Durch diesen Druckanstieg, bewegt sich der Kolben 6 in Richtung UT. Gleichzeitig wird Feder 11 gespannt.

Damit das Einlaßventil 1 während des Einströmens des Arbeitsmediums geöffnet bleibt bis der Kolben 6 den UT erreicht hat, wird der Ventilkörper mit Hilfe des Bernullieffektes, welcher durch die Bohrung 23 an dem Ringkörper 27 erzeugt wird, an dem Ringkörper 27 gehalten. Während der Bewegung des Kolbens 6 von OT zu UT bleibt das Auslaßventil 13 geschlossen, da dieses Ventil druckausgeglichen ist und naturgemäß sich ein größerer Druck im Arbeitsraum 26 befindet als im Auslaßkanal 25. Außerdem wird durch den Absatz 29 am Kolben 6 ein Überdruck in den Kanal 28 initiiert. Durch diesen Überdruck der auf das Auslaßventil 13 wirkt, wird dieses zusätzlich zugehalten.

Da bei großem Druck in Kanal 24 der Kolben 6, bis zum absoluten UT fährt, findet über Bohrung 16 ein Druckausgleich zwischen Arbeitsraum 26 und Raum 5 statt. Bleibt der Druck in Kanal 24 konstant, kann bis zum nächsten Kolbenhub kein großer Druckausgleich zwischen Raum 5 und Auslaßkanal 25 über Drossel 20 stattfinden, d. h. durch das Druckpolster in Raum 5 wird das Einlaßventil 1 früher geschlossen. Sinkt dagegen der Druck im Einlaßkanal 24 erreicht der Kolben 6 nicht mehr seinen absoluten UT und es kann kein Druckausgleich über Bohrung 16 stattfinden. In diesem Fall baut sich der Druck in Raum 5 über Drossel 20 ab und das Einlaßventil 1 bleibt länger geöffnet, da in Raum 3 ein größerer Druck anliegt. Durch die vorgespannte Feder 11, bewegt sich der Kolben 6 wieder in Richtung OT. Damit keine unnötigen Verluste entstehen, muß das Einlaßventil 1 schließen, bevor der Kolben 6 seinen UT erreicht und das Auslaßventil 13 öffnet. Dieses Schließen von Einlaßventil 1 wird durch eine entsprechend eingestellte Feder 22 erreicht, welche das druckausgeglichene Einlaßventil 1 mit geringem Kraftaufwand schließt. Da sich der Kolben zu dieser Zeit noch in Richtung UT bewegt, bleibt durch den Überdruck im Raum 28 das Auslaßventil 13 weiterhin geschlossen. Bei der Bewegung des Kolbens von UT zu OT wird in den Kanal 28 durch den Absatz 29 ein Unterdruck erzeugt, welcher das Auslaßventil 13 öffnet. Zusätzlich wird das Öffnen durch die Feder 30 unterstützt. Das verbrauchte Arbeitsmedium wird aus dem Raum 26 ausgestoßen.

In Raum 5 wird durch den Kolben 6 ein Überdruck gegenüber Raum 3 erzeugt. Dieser Überdruck in Raum 5 hält das Einlaßventil während des Ausstoßvorganges geschlossen. Hat der Kolben 6 beinahe den OT erreicht, schließt Feder 12 das Auslaßventil 13, bevor Feder 22 das Einlaßventil 1 öffnen kann.

Bei Verwendung einer Rotationskolbenmaschine, z. B. eines Flügelzellenmotors, kann der Druck am Ende des Expansionshubs zur Verstellung des Einlaßschlitzes verwendet werden, denn zu diesem Zeitpunkt muß der Druck möglichst vollständig abgebaut sein. Dies kann z. B. wie in Fig. 4 dargestellt, realisiert werden. Der Einlaßkanal 5 im Gehäuse 1 ist durch eine verschiebliche Blende 7 mit der Durchtrittsöffnung 6 vom Arbeitsraum 4 getrennt.

Ist der Druck am Ende des Expansionshubs, d. h. am U. T. (Raum 8), größer als der Druck 2 bzw. 3 am Auslaß, so wird diese Blende in Richtung "früher schließen" verschoben. Dies geschieht so lange, bis durch diese Verschiebung bei den folgenden Umdrehungen der Druck im Raum 8 nicht mehr größer ist als im Raum 3.

Claims (11)

1. Entspannungskolben mit Motoreinlaß, der bei der Expansion im Arbeitsraum geöffnet ist und die Zustromleitung, die mit dem Druckraum verbunden ist, mit dem Arbeitsraum verbindet, sowie einem Motorlauslaß, der bei der Verkleinerung des Arbeitsraums geöffnet ist und die drucklose bzw. unter geringem Druck stehende Abströmleitung mit dem Arbeitsraum verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßventile bzw. Schlitze selbsttätig arbeiten, indem bei Verwendung von Sitzventilen die Ventile aus einem Käfig, einem Dichtkegel, einer Schnappfeder oder einem Haftmagneten und einer schwachen Schließfeder bestehen, wobei die Schnappfeder so bemessen ist, daß sie kurz vor Erreichen der maximalen Kolben- und damit auch Strömungsgeschwindigkeit der auftretenden Druckdifferenz am Ventil nicht mehr das Gleichgewicht halten kann und aus der einen in die andere Lage springt. Nach dem Umspringen der Schnappfeder das Ein- bzw. Auslaßventil aber noch nicht geschlossen ist, da der Dichtkegel im Käfig durch den Saugstrahleffekt, gegen die Schließfeder in seiner oberen Lage gehalten wird indem dieser erst bei geringer Strömung schließt, wenn die Kolbengeschwindigkeit bereits sehr gering aber noch nicht Null ist, d. h. kurz vor einem der beiden Umkehrpunkte des Kolbens, wodurch das Fluid im Arbeitsraum beim Einlaßhub entspannt und beim Ausschiebehub komprimiert wird. Infolge des so entstehenden Druckunterschiedes gegen Ende des Einlaßhubs das Auslaßventil geöffnet wird und gegen Ende des Auslaßhubs das Einlaßventil, so daß letzteres sich wieder in der Ausgangsposition befindet und Entsprechendes mit dem Auslaßventil geschieht.

2. Entspannungsmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßventil als Zentralventil ausgeführt ist.

3. Entspannungsmotor nach Anspruch 1 oder/und 2 dadurch gekennzeichnet, daß mittels Nocken am Kolben das Einlaßventil kurz vor dem OT und das Auslaßventil kurz vor dem UT mit Sicherheit geöffnet werden.

4. Entspannungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig des Auslaßventils fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

5. Enspannungsmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder des Einlaßventils in zwei gegeneinander wirkende Federn aufgeteilt ist. Von denen eine Feder während des gesamten Einlaßhubs und die andere Feder erst gegen Ende des Einlaßhubs sich am Kolben abstützt.

6. Entspannungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig des Einlaßventils starr mit dem Gehäuse verbunden ist.

7. Entspannungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder durch eine Gasfeder ergänzt wird, deren Wirkdruck, wenn der Druck im Arbeitsraum gegen Ende des Expansionshubs über dem Auslaßkanaldruck liegt, mit dem Druck im Arbeitsraum gegen Ende des Expansionshubs steigt.

8. Entspannungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfeder über eine Drossel mit der Abflußleitung verbunden ist.

9. Entspannungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder in ihrer Wirkung dadurch ergänzt wird, daß die Gasfeder über eine Ventilbohrung betriebsbedingt mit dem Arbeitsraum verbunden wird.

10. Entspannungsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil über einen eigenen Kolben, welcher mit dem Arbeitskolben synchron läuft, angesteuert wird.

11. Entspannungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Translationskolbenmaschine mit selbsttätigen Ventilen eine Rotationskolbenmaschine, z. B. Flügelzellenmaschine, mit Ein- und Auslaßschlitzen verwendet wird, wobei der Einlaßschlitz durch den in 7. erwähnten Differenzdruck verschoben wird, z. B. mittels einer Blende am Einlaßschlitz.