DE2949678C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kolben­ motor, insbesondere Wassermotor, der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Zur Energiegewinnung aus der Wasserkraft werden vorwiegend Turbinen verwendet. In vielen Fällen ist jedoch die Verwendung von Wasserturbinen ungünstig oder nicht möglich, etwa weil der Einsatzbereich hin­ sichtlich der Fallhöhe des Wassers begrenzt ist. So scheitert bei größeren Höhen- bzw. Druckunterschie­ den der Einsatz von Wasserturbinen an konstruktions­ bedingter hoher Umfangsgeschwindigkeit des Turbi­ nenrades und an hieraus resultierenden festigkeitsmä­ ßig nicht mehr beherrschbaren Zentrifugalkräften. In solchen wie auch in anderen Fällen können Kolben- oder Verdrängermotoren, die mit Wasser oder einer ähnlichen Flüssigkeit betrieben werden, mit Vorteil ein­ gesetzt werden, insbesondere dort, wo - etwa aus an­ deren Verfahren, z. B. einer Meerwasserentsalzung, aus Versuchsanlagen od. dgl. - Wasser oder andere Flüs­ sigkeit mit hoher potentieller Energie verfügbar sind, die andernfalls mehr oder weniger nutzlos abgegeben wird.

Aus der US-PS 20 12 319 ist ein geeigneter Kolben­ motor bekannt. Die als Ein- und Auslaßventile angeord­ neten Kugelventile sollen sich im Falle des Einlaßventi­ les bei Überdruck im Arbeitsraum gegenüber der Ein­ laßleitung bzw. im Falle des Auslaßventiles bei Unter­ druck im Arbeitsraum gegenüber der Ausgangsleitung selbsttätig öffnen. Zur Offenhaltung des Einlaßventiles während des Arbeitshubes des Kolbens bzw. zur Offen­ haltung des Auslaßventiles während des Ausschiebehu­ bes des Kolbens dienen mittels Nockenwellen betätigte Stößel, welche bei korrekter Arbeit des Motors von den Nockenwellen jeweils erst nach selbsttätiger Öffnung des jeweiligen Ventiles in die dieses Ventil offenhalten­ de Lage geschoben werden.

Bei falscher Einstellung der Stößelsteuerzeiten kön­ nen die Ventile jedoch von den Stößeln zwangsweise geöffnet werden, bevor der Druck im Arbeitsraum ge­ genüber dem einlaßseitigen bzw. auslaßseitigen Druck ein Verhältnis erreicht hat, welches die gewünschte selbsttätige Öffnung des jeweiligen Ventiles gestattet. Dieser Fall kann vor allem dann auftreten, wenn der einlaßseitige Druck nicht vollständig konstant bleibt. Da nämlich die Schließzeiten der Ventile durch die Nocken­ welle festgelegt sind, muß bei wechselnden einlaßseiti­ gen Drucken damit gerechnet werden, daß der Druck im Arbeitsraum während des Kolbenhubes in Richtung auf den unteren Totpunkt nach Schließen des Einlaß­ ventiles erst nach unterschiedlichen Kolbenwegen auf einen zur selbsttätigen Öffnung des Auslaßventiles not­ wendigen Wert absinkt oder der im Arbeitsraum wäh­ rend des Kolbenhubes in Richtung des oberen Totpunk­ tes nach Schließen des Auslaßventiles aufgebaute Kom­ pressionsdruck erst nach entsprechend unterschiedli­ chen Kolbenwegen für ein selbsttätiges Öffnen des Ein­ laßventiles genügt. Dabei werden unter Umständen die für ein selbsttätiges Öffnen der Ventile notwendigen Druckverhältnisse gar nicht erreicht, mit der Folge, daß die Ventile zwangsläufig von den durch die Nockenwel­ le betätigten Stößel geöffnet werden. In derartigen Fäl­ len können das Einlaßventil bei vergleichsweise großem Überdruck der Einlaßseite gegenüber dem Arbeitsraum bzw. das Auslaßventil bei relativ hohem Überdruck im Arbeitsraum gegenüber der Auslaßseite zwangsweise aufgestoßen werden, so daß bei hydraulischen Medien, die wie Wasser zur Kavitation neigen und keine bzw. nur schlechte Schmiereigenschaften haben, im Bereich der Ventile zerstörerische kavitationsähnliche Effekte und/oder Turbulenzen auftreten können.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen hydrauli­ schen Kolbenmotor, insbesondere Wassermotor, zu schaffen, dessen Einlaß- und Auslaßventile auch bei wechselnden Betriebsbedingungen selbsttätig und nur dann öffnen, wenn ein vorgegebenes Verhältnis zwi­ schen dem Druck im Arbeitsraum und dem einlaßseiti­ gen Druck bzw. dem Druck im Arbeitsraum und dem auslaßseitigen Druck, insbesondere weitestgehende Druckgleichheit, vorliegt, so daß zerstörerische Kavita­ tions- oder Turbulenzerscheinungen bei Öffnung der Ventile sicher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung wird im Gegensatz zu dem bekann­ ten hydraulischen Kolbenmotor eine Zwangsöffnung von Einlaß- und/oder Auslaßventil durch externe Kräfte unter allen Umständen vermieden.

Das Öffnen des Auslaßventiles wird durch die darauf wirkende Steuerkraft lediglich vorbereitet und nicht er­ zwungen, d. h. das Auslaßventil wird im wesentlichen durch den Druckabfall im Arbeitsraum relativ zu dem auf das Auslaßventil wirkenden auslaßseitigen Druck selbsttätig geöffnet, und dann, solange die Steuerkraft einwirkt, auf Öffnen gehalten.

Die Öffnung des Einlaßventiles erfolgt durch den Druckanstieg im Arbeitsraum, da das Abschalten der Steuerkraft, welche das Einlaßventil in Schließrichtung beaufschlagt, ein Öffnen des Einlaßventiles lediglich vorbereiten, aber nicht allein bewirken kann.

Bei der Erfindung werden also lediglich die Schließ­ zeiten des Einlaßventiles durch Einschalten der Steuer­ kraft und die Schließzeiten des Auslaßventiles durch Abschalten der Steuerkraft vorgegeben. Die Öffnungs­ zeiten der Ventile stellen sich selbsttätig ein, da die je­ weiligen Ventile erst dann öffnen können, wenn zwi­ schen dem Druck im Arbeitsraum und dem einlaßseiti­ gen Druck bzw. dem auslaßseitigen Druck ein Größen­ verhältnis vorliegt, welches durch die Konstruktion der Ventile, Stößel bzw. deren Bemessung vorgegeben ist. Dementsprechend können beim Öffnen von Einlaß- bzw. Auslaßventil an dem jeweiligen Ventil keine zer­ störerischen Druckdifferenzen zwischen Einlaß- bzw. Auslaßseite und Arbeitsraum vorhanden sein.

Bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung ge­ hen aus den Unteransprüchen hervor. Ausführungsbei­ spiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema eines erfindungsgemäßen hydraulischen Kolbenmotors ohne Ventilsteuerungssy­ stem,

Fig. 2 ein Prinzipschema für einen hydraulisch betä­ tigten Kolbenmotor mit eigenbetätigten Ventilen,

Fig. 3 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Kolbenmotors,

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 2,

Fig. 5 ein Steuerdiagramm für die Druckbeaufschla­ gung der in Fig. 2 vorgesehenen Ventilstößel,

Fig. 6 eine Ventilbetätigung mit Dämpfungsvorrich­ tung für das Einlaßventil bei geschlossenem Ventil,

Fig. 7 einen Ausschnitt aus Fig. 6 in Steuerstellung der Dämpfungsvorrichtung bei geöffnetem Einlaßventil und

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für eine hydraulische Ventilsteuerung mittels eines Drehschieberventils.

Im Schema der Fig. 1 wird die sich in Pfeilrichtung Y drehende Kurbelwelle 10 durch den im Motorgehäuse 11 hin- und hergehenden Arbeitskolben 12 angetrieben, wobei der Arbeitsraum 13 im Arbeitshub x ₁ vergrößert und im Ausschiebehub x ₂ verkleinert wird. Das - vom Arbeitsraum 13 aus gesehen - sich nach außen öffnen­ de Einlaßventil 14 mit Ventilstößel 15 wird durch eine relativ starke Feder 16 auf seinen Ventilsitz 17, das ge­ gen den Arbeitsraum 13 sich öffnende Auslaßventil 18 mit Ventilstößel 19 durch eine relativ schwache Ventil­ feder 20 auf seinen Ventilsitz 21 gedrückt.

Das Arbeitsmedium, insbesondere Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit, wird durch eine durch einen Motor 22 od. dgl. angetriebene Pumpe 23 aus einem Behälter 24 oder einer sonstigen Mediumquelle angesaugt und unter Druck über die Druck- oder Einlaßleitung 25 in den rückseitigen Raum 26 des Einlaßventils 14 und bei geöffnetem Einlaßventil in den Arbeitsraum 13 geför­ dert, während es bei geöffnetem Auslaßventil 18 aus dem Arbeitsraum 13 über den rückseitigen Raum 27 des Auslaßventils und über die Auslaßleitung 28 mit der einstellbaren Drossel 29 in den Behälter 24 (od. dgl.) zurückströmen kann.

Ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 30 in einer Zweigleitung 31 verbindet die Druckleitung 25 mit dem Behälter 24 und begrenzt den Druck in der Einlaßlei­ tung bzw. im rückseitigen Ventilraum 26.

Weist der Motor mehrere auf der Kurbelwelle 10 arbeitende Zylinder auf, sind zweckmäßig die Einlaßlei­ tung 25 mit entsprechenden Einlaßleitungen 32 und die Auslaßleitung 28 mit entsprechenden Auslaßleitungen 33 der anderen in gleicher Weise, wie in Fig. 1 darge­ stellt, arbeitenden Zylinder verbunden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand des Motors hat der Arbeitskolben 12 seinen oberen (inneren) Totpunkt OT überschritten. Das Einlaßventil 14 ist entgegen der Wirkung der Feder 16 geöffnet, so daß das Arbeitsmedi­ um unter Druck in den Arbeitsraum 13 einströmt und den Arbeitskolben 12 im Arbeitshub x ₁ vorwärtstreibt. Das Einlaßventil wird hierbei in Öffnungsstellung gehal­ ten, da der Druck im Arbeitsraum 13 bzw. im Ventil­ raum 26 infolge des geöffneten Ventils auf dessen Vor­ derseite die volle Querschnittsfläche und auf der Rück­ seite des Ventils nur eine durch den Querschnitt des Ventilstößels 15 verringerte rückseitige Fläche beauf­ schlagt.

Vor Erreichen des unteren (äußeren) Totpunktes UT wird das Einlaßventil geschlossen, so daß sich das unter hohem Kompressionsdruck befindliche Arbeitsmedium im sich vergrößernden Arbeitsraum 13 entspannen kann. Zu einem geeigneten Zeitpunkt öffnet sich das Auslaßventil 18, worauf das Arbeitsmedium durch den seinen Ausschiebehub x ₂ ausführenden Arbeitskolben 12 über den rückwärtigen Ventilraum 27 des Auslaßven­ tils 18 und über die einstellbare Drossel 29 zurück in den Behälter 24 abfließt.

In Fig. 1 ist das System des hydraulischen Motors ohne die Steuerung für das Öffnen und Schließen von Einlaß- bzw. Auslaßventil dargestellt.

Fig. 2 zeigt das System mit hydraulischer Steuerung von Einlaß- bzw. Auslaßventil. Dabei sind in Fig. 2 glei­ che Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen.

In der Ausführung der Fig. 2 ist an die Einlaßleitung Fig. 25 ein Speicher 34 zugeschaltet, durch den sicherge­ stellt wird, daß während der Einlaßperiode das unter hohem Druck (z. B. bis zu mehreren 100 bar) stehende hydraulische Arbeitsmedium unter praktisch konstan­ tem Druck dem Arbeitsraum 13 zugefördert wird. An die Einlaßleitung 25 ist des weiteren, beispielsweise über eine Drossel 35, eine Leitung 36 zu einem Stößelraum 37, in welchem der Ventilstößel 15 mit seinem freien Ende hineinragt, und zu einem Stößelraum 38, in wel­ chen das freie Ende des Ventilstößels 19 hineinragt, an­ geschlossen. Ein in Abhängigkeit von der Bewegung des Arbeitskolbens bzw. der Kurbelwelle gesteuertes Ab­ sperrventil 39 verbindet in der einen Ventilstellung die Leitung 36 mit dem Behälter 24, während es in der ande­ ren Ventilstellung die Verbindung zwischen der Leitung 36 und dem Behälter 24 sperrt, so daß im ersten Fall die Leitung 36 drucklos oder relativ drucklos ist, während sie im anderen Fall unter dem hohen Druck des Arbeits­ mediums steht.

Das Absperrventil 39 ist z. B. in der in Fig. 2 darge­ stellten Lage kurz zuvor geöffnet worden, so daß der Druck in den Ventilstößelräumen 38 und 37, der zuvor das Auslaßventil 18 geöffnet und das Einlaßventil 14 geschlossen gehalten hat, aufgehoben worden ist. Das Auslaßventil 18 hat sich infolgedessen vor Erreichen des oberen Totpunktes OT geschlossen, während das Ein­ laßventil 14 unter dem hohen Kompressionsdruck im Arbeitsraum 13 gegen die Wirkung der Feder 16 und des im Ventilraum 26 herrschenden Druckes geöffnet worden ist, wobei die Kraft des Kompressionsdruckes im Arbeitsraum etwa der Kraft des auf die Rückseite des Einlaßventils wirkenden Druckes des Arbeitsme­ diums in der Einlaßleitung 25 zuzüglich der Kraft der Feder 16 entspricht. Infolge der Öffnung des Einlaßven­ tils 14 hat sich auf der Seite des Arbeitsraumes die dem hydraulischen Medium dargebotene wirksame Fläche des Einlaßventiles 14 entsprechend der ringförmigen Dichtfläche des Ventilsitzes 17 vergrößert, so daß das Einlaßventil 14 mit erhöhter Kraft in Offenstellung ge­ halten wird. Das Arbeitsmedium kann daher den Ar­ beitskolben 12 im Arbeitshub x ₁ vorwärtsschieben, bis der Arbeitskolben in den Bereich des unteren Totpunk­ tes UT gelangt.

Vor Erreichen des unteren Totpunktes UT wird das Absperrventil 39 wieder auf Sperrstellung umgestellt, so daß der Ventilstößelraum 37 sowie auch der Ventilstö­ ßelraum 38 erneut unter den Druck des Arbeitsmediums gelangen und dadurch das Schließen des Einlaßventils 14 bewirken sowie das Öffnen des Auslaßventils 18 vor­ bereiten. Der Arbeitskolben 12 kann dadurch seine un­ tere Totpunktlage durchschreiten, wobei das Arbeits­ medium im Arbeitsraum 13 entspannt, bis das Auslaß­ ventil 18 öffnet und hierauf das im Arbeitsraum befindli­ che entspannte hydraulische Arbeitsmedium in die Aus­ laßleitung 28 im Ausschiebehub x ₂ ausgeschoben wird.

Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes OT wer­ den durch Umstellung des Absperrventils 39 auf Freiga­ be die Ventilstößelräume 38 und 37 vom Druck entla­ stet, so daß das Auslaßventil 18 geschlossen wird. Das Einlaßventil 14 bleibt hierbei zunächst noch in geschlos­ sener Lage, da der im Arbeitsraum 13 herrschende Druck nicht ausreicht, um den im rückseitigen Ventil­ raum 26 herrschenden höheren Druck zuzüglich der Kraft der Ventilfeder 16 zu überwinden. Infolge des Schließens des Auslaßventils 18 baut sich jedoch im Ar­ beitsraum 13 ein wachsender Kompressionsdruck auf, der bei Erreichen einer bestimmten Höhe den Wider­ stand des im rückseitigen Ventilraum 26 herrschenden hydraulischen Druckes sowie der Ventilfeder 16 über­ windet und das Einlaßventil öffnet. Während dieser Zeit läuft der Arbeitskolben 12 zum oberen Totpunkt OT hin und kann danach wieder seinen Arbeitshub unter der Wirkung des einströmenden Arbeitsmediums vollzie­ hen.

Fig. 2 zeigt des weiteren einen Druck- oder Pulsa­ tionsbegrenzungskolben 40, der in einem an den Ar­ beitsraum 13 angeschlossenen Zylinder 41 verschiebbar gelagert ist und unter der Wirkung einer Feder 42 steht. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes im Arbeits­ raum 13, der zweckmäßig etwas oberhalb des vorbe­ stimmten Druckes liegt, bei dem sich das Einlaßventil 14 öffnet, kann der Druckbegrenzungskolben 40 gegen die Wirkung der Feder 42 ausweichen und dadurch einen übermäßigen Druckanstieg im Arbeitsraum 13 verhin­ dern.

Fig. 3 zeigt in Fig. 3a die Hubbewegungen s ₁₄ des Einlaßventils und s₁₈ des Auslaßventils in Abhängigkeit von der Kurbelwellenumdrehung zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT im Ar­ beitshub x ₁ bzw. zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT im Ausschiebehub x ₂. Wie daraus hervorgeht, überschneiden sich die Öff­ nungs- bzw. Schließhübe der Ventile, indem diese je­ weils bereits vor dem betreffenden Totpunkt sich zu öffnen bzw. zu schließen beginnen.

Entsprechend ist über den Kurbelwellenwinkeln in Fig. 3b das Durchströmungsvolumen v ₁₄ am Einlaßven­ til 14 bzw. v ₁₈ am Auslaßventil 18 dargestellt sowie in Fig. 3c der Steuerdruck P, welcher in den Ventilstößel­ räumen 37 und 38 während des Ausschiebehubes herrscht, jedoch bereits vor dem unteren Totpunkt UT zu wirken beginnt und vor dem oberen Totpunkt OT endet.

Entsprechend den erforderlichen unterschiedlichen Kräften sind die als kolbenartige Ventilansätze ausge­ bildeten Ventilstößel 15 und 19 unterschiedlich bemes­ sen. Vorteilhaft sind die Ventilstößel, insbesondere 15 des Einlaßventils 14, druckausgeglichen, so daß die auf das geöffnete Ventil beiderseits wirkenden Drücke sich einander aufheben. Der Ventilstößel des Einlaßventils kann hierbei auf der Seite des Arbeitsraumes durch die­ sen sowie durch das Auslaßventil hindurch verlängert sein.

Statt von dem auf den Arbeitskolben wirkenden Ar­ beitsmedium können die Ventilstößelräume 37 und 38 auch von einem anderen hydraulischen Steuermedium beaufschlagt werden, oder es kann der Druck in den beiden Ventilstößelräumen getrennt, z. B. durch ent­ sprechend gesteuerte Ventile, gesteuert werden.

Anstelle des Anschlusses der Leitung 36 über eine Drossel 35 kann auch ein dort angeordnetes gesteuertes Absperr- oder Dreiwegeventil angeordnet sein.

Fig. 4 zeigt eine Variante zu Fig. 2, wobei gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen - wie in Fig. 1 oder 2 - versehen sind. In dieser Ausführung werden die Stößelventilräume 37 und 38 gesondert gesteuert, so daß sowohl die Drücke als auch die Zeitpunkte, zu de­ nen diese Räume mit Druck beliefert bzw. vom Druck entlastet werden, unterschiedlich gesteuert sein können. Auch ist angenommen, daß hierfür nicht das Arbeitssy­ stem des hydraulischen Arbeitsmediums des Motors verwendet wird, sondern ein gesondertes Steuersystem, wenn auch für die Steuerung der Ventilstößel in den Ventilstößelräumen 37 und 38 das Arbeitsmedium des Motors, z. B. in einem Zweigsystem, verwendet werden kann.

Das System der Ventilstößelsteuerung weist einen Behälter 43 auf, aus dem das Steuermedium mittels Pumpe 44 einerseits über ein 5/2-Wegeventil 45 und eine Leitung 46 zum Ventilstößelraum 37 und anderer­ seits über ein einstellbares Druckminderventil 47 und ein 5/2-Wegeventil 48 zum Ventilstößelraum 38 geleitet wird. Beide Wegeventile 45 und 48 können wahlweise die Verbindung der Pumpe 44 zu den Ventilstößelräu­ men 37 und 38 entweder für den Durchfluß des Steuer­ mediums öffnen oder unterbrechen. Einstellbare Dros­ seln 49 ermöglichen einen Rückfluß des Steuermediums aus den Ventilstößelräumen 37 und 38. Ein Druckbe­ grenzungsventil 50 begrenzt den Druck im Leitungssy­ stem hinter der Pumpe 44, während ein Druckspeicher 51 eine gleichmäßige Förderung des Steuermediums un­ terstützt bzw. gewährleistet. Anschlußleitungen 52 und 53 können bei Mehrzylindermotoren vorgesehen sein, um das Leitungssystem des dargestellten Zylinders mit den entsprechenden Leitungssystemen für die Ventil­ stößel von Einlaß- und Auslaßventilen der anderen Steuersysteme zu verbinden.

Mit 54 ist außerdem die Verstellung der Wegeventile 45 und 48 in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 10 angedeutet.

Durch die hydraulische, insbesondere voneinander unabhängige Steuerung der Ventile bzw. der Ventilstö­ ßel kann der Steuerdruck, durch den die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile festgelegt werden, sowie der Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung bzw. Druckentla­ stung praktisch unbegrenzt eingestellt werden, so daß die Möglichkeit gegeben ist, durch entsprechende Ein­ stellung die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

Zum Starten des Motors wird der Auslaßventilstößel 19 druckentlastet, so daß sich das Auslaßventil 18 schließt. Die Druckentlastung kann z. B. an den Auslaß­ ventilstößeln im Bereich von 45° bis 50° und an den Einlaßventilstößeln in einem Bereich von 90° bis 60° vor oberem Totpunkt OT vorgenommen werden. Nachdem das Einlaßventil 14 aufgedrückt worden ist, wird es durch die auf das Ventil wirkenden resultierenden Kräf­ te, die sich aus Federkraft, Ventilgewicht und Massen­ kräften, Druck- und Auftriebskräften der Arbeitsflüssig­ keit und den Reibungskräften ergeben, bei einem be­ stimmten Arbeitsdruck, z. B. zwischen 30 bis 40 bar, geöffnet und offengehalten. Bei einem bestimmten Kur­ belwellenwinkel, z. B. zwischen 45° und 30° vor dem unteren Totpunkt UT, wird der Einlaßventilstößel mit einem ausreichend großen Druck beaufschlagt und so­ mit geschlossen. Damit ist der Startvorgang beendet.

In Fig. 5 ist beispielsweise ein Diagramm für die Druckbelastung der Ventilstößel 15 bzw. 19 und damit für das Öffnen und Schließen des Einlaßventils und des Auslaßventils in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel etwa entsprechend Fig. 4 dargestellt. Bei einer Kurbel­ wellendrehung in Pfeilrichtung y ist mit dem inneren schraffierten Kreisbogen A (z. B. von α ₁ = 90° bis α ₂= 315/345°) die Druckbelastung des Auslaßventilstößels 19 und mit dem äußeren schraffierten Kreisbogen E (z.B. von ε ₁ = 135/165° bis ε ₂ = 270°) die Druckbelastung des Einlaßventilstößels 15 angegeben, wobei die Bogen­ grade jeweils vom oberen Totpunkt OT ab gerechnet sind und die Winkelbereiche 315/345° bzw. 135/165° Verstellbereiche für die Druckbelastung der Ventilstö­ ßel andeuten. Vom Winkel α ₂ ab ist der Ventilstößel 15 des Einlaßventils 14 entlastet, so daß sich dieses öffnen kann, sobald das Auslaßventil 18 im Winkelbereich α ₂ geschlossen ist und sich ein genügend hoher Kompres­ sionsdruck im Arbeitsraum 13 aufgebaut hat.

Da die Ventile, insbesondere beim Schließen, durch Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung unter Um­ ständen so hohe Geschwindigkeiten erreichen, daß sie mit großer kinetischer Energie auf ihren Sitz bzw. gegen einen Anschlag aufprallen, kann eine Dämpfungsvor­ richtung zur Dämpfung der Ventilbewegung vor dem Aufprallen auf den Ventilsitz oder gegen einen An­ schlag zur Ventilhubbegrenzung vorgesehen sein.

Eine solche Dämpfungsvorrichtung ist beispielsweise in Fig. 6 für ein Einlaßventil 14 dargestellt. Gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In entsprechender Weise kann eine Dämpfungsvorrichtung auch am Auslaßventil vor­ gesehen sein.

Die Dämpfungseinrichtung 55 weist ein axial zum Einlaßventil 14 bzw. zum Ventilstößel 15 angeordnetes zweiteiliges Gehäuse 56 auf, welches einen Ventilstößel­ raum 37 umschließt, in den ein Dämpfungskolben 57 hineinragt, der durch eine in einer Axialbohrung des Gehäuses 56 gleitende Kolbenstange 58 mit dem Ventil­ stößel 15 des Ventiles 14 verbunden ist und an dessen Ventilhub teilnimmt.

Eine Zuleitung 59 für ein Dämpfungsmedium führt einerseits in eine Steuerringnut 60 und andererseits über eine Drossel 61, gegebenenfalls über ein z. B. vor­ geschaltetes Rückschlagventil, zu einem Verdränger­ raum 62 auf der Unterseite des Dämpfungskolbens 57. Eine weitere Steuernut 63 ist über ein Rückschlagventil 64 mit dem Verdrängerraum 62 verbunden. Verbin­ dungsnuten 65 in der Kolbenstange 58 verbinden in der in Fig. 6 dargestellten Lage bei geschlossenem Einlaß­ ventil 14 die ringförmigen Steuernuten 60 und 63 mitein­ ander, so daß das bei 59 zuströmende Steuermedium über die Steuernut 60, die Verbindungsnut 65, die Steu­ ernut 63 und das Rückschlagventil 64 in den Verdrän­ gerraum 62 gelangen kann und den Dämpfungskolben 57 von unten beaufschlagt. Andererseits wird der Ven­ tilstößelraum 37 über eine Leitung 66 von einem z. B. durch eine Steuervorrichtung 67, etwa einem später noch näher beschriebenen Impulsgenerator, gesteuer­ ten Druckmedium beliefert. Eine weitere Steuernut 68 ist mit einem Leckageablauf verbunden.

In der dargestellten Schließlage des Einlaßventils 14 steht einerseits der Verdrängerraum 62, wie bereits er­ wähnt, über die Verbindungsnut oder -nuten 65 und das Rückschlagventil 64 unter dem Druck des über die Zu­ leitung 59 zugeführten Druckmediums und andererseits der Ventilstößelraum 37 unter dem Druck des über die Zuleitung 66 zugeführten Druckmediums, das gegebe­ nenfalls auch - bei entsprechender Steuerung - das gleiche Druckmedium wie in der Leitung 59 sein kann. Öffnet sich, z. B. unter Aufhebung des Druckes im Ven­ tilstößelraum 37, das Einlaßventil 14, dessen Hub z. B. durch einen Anschlag 69 begrenzt ist, gelangen die Ver­ bindungsnut oder -nuten 65 in unmittelbare Verbindung mit dem Verdrängerraum 62, so daß eine ungedrosselte Verbindung zwischen den Ringnuten 60 und 63 besteht, wie in Fig. 7 dargestellt ist.

Im Schließhub des Einlaßventils 14, z. B. bei Unter­ drucksetzung des Ventilstößelraumes 37, bleibt zu­ nächst die ungedrosselte Verbindung zwischen dem Verdrängerraum 62 und der Leitung 59, die nunmehr als Ableitung wirkt, so lange erhalten, wie das Druckmedi­ um aus dem Verdrängerraum 62 frei abfließen kann. Sobald jedoch im weiteren Ventilhub des Einlaßventils 14 die Verbindung zwischen dem Verdrängerraum 62 und der oder den Verbindungsnuten 65 unterbrochen ist, kann das Druckmedium aus dem Verdrängerraum 62 nur noch über die Drossel 61 abfließen. Die Hubge­ schwindigkeit des Einlaßventils 14 wird dadurch ent­ sprechend gebremst, so daß sich dieses mehr oder weni­ ger stoßfrei auf seinen Sitz aufsetzen kann.

Besonders vorteilhaft, insbesondere für hohe Dreh­ zahlen des Motors, ist eine Ansteuerung der Ventile mittels einer Schiebersteuerung, insbesondere nach Art von Drehschiebern, die für hohe Schaltfrequenzen be­ sonders geeignet sind.

In Fig. 8 ist ein entsprechendes Aggregat, das etwa anstelle des Ventils 45 und/oder 48 in Fig. 4 vorgesehen sein kann, schematisch dargestellt. Mit der Kurbelwelle 10 ist der in Form eines Drehschiebers ausgebildete Steuerrotor 87 des Impulsgenerators in geeigneter Wei­ se gekuppelt, derart, daß er an der Drehung der Kurbel­ welle im zweiteiligen Gehäuse 88, 89 teilnimmt. Über die Anschlüsse 90 und 91 für das Steuermedium, in die­ sem Falle vorteilhaft Drucköl, steht dieses in den umlau­ fenden Nuten 92 und 93 des Steuerrotors 87 dauernd unter dem jeweils gewählten Druck, mit dem die Aus­ laß- bzw. Einlaßventilstößel 19 bzw. 15 beaufschlagt werden. Durch die über einen bestimmten Umfang des Steuerrotors eingearbeiteten Taschen 94 und 95 werden die Hydraulikleitungen, z. B. in Form von Hydraulik­ schläuchen, zu den Ventilstößelräumen 38 bzw. 37 ent­ sprechend den vorbestimmten Drehwinkeln der Kur­ belwelle 10 mit Druckmedium beliefert, indem die Ta­ schen 94 und 95 die Verbindung von den umlaufenden Nuten 92 und 93 des Steuerrotors zu den Anschlüssen 96 und 97 freigeben. Die Taschen sind hierbei z. B. ent­ sprechend den in Fig. 5 dargestellten Drehwinkeln be­ messen, über die die Ventilstößel druckbeaufschlagt sind. Über die Drehwinkel, in denen die Ventilstößel 15 bzw. 19 druckentlastet sind, verbinden Rücklaufnuten 98 und 99 im Verein mit ihren Radialbohrungen die An­ schlüsse 96 und 97 über Querbohrungen mit einer axialen Rücklaufbohrung 100, so daß das von den Ven­ tilstößeln beim Rückhub verdrängte Öl abfließen kann.

Im Falle eines z. B. als 3-Zylinder-Motor ausgebilde­ ten hydraulischen Motors wird die jeweils um 120° Kur­ belwellendrehwinkel versetzte Beaufschlagung bzw. Entlastung der Ventilstößel der drei Zylinder dadurch erreicht, daß die Anschlüsse zu den Steuerleitungen der einzelnen Zylinder um jeweils 120° am Umfang des Ge­ häuses versetzt sind.

Die Zweiteilung des Gehäuses 88, 89 ermöglicht eine Verstellung der beiden Teile in Drehrichtung zueinan­ der sowie je relativ zum Steuerrohr 87, z. B. etwa ent­ sprechend Fig. 5 innerhalb eines Verstellbereiches von etwa 30° für den Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung und/oder Druckentlastung der Einlaß- und Auslaßven­ tilstößel. Werden für den Hochdruckteil und den Nie­ derdruckteil getrennte Steuervorrichtungen, also z. B. getrennte Impulsgeneratoren, vorgesehen, ermöglicht dieses die Druckbeaufschlagung der Einlaßventilstößel und der Auslaßventilstößel mit unterschiedlichen Steu­ erdrücken, also insbesondere der Einlaßventilstößel mit hohem Druck und der Auslaßventilstößel mit niedrigem Druck.

Claims (10)

1. Hydraulischer Kolbenmotor, insbesondere Was­ sermotor, dessen Arbeitsraum bzw. Arbeitsräume jeweils über ein als Sitzventil ausgebildetes, nach außen zu einer hochdruckseitigen Einlaßleitung hin öffnendes Einlaßventil, welches einen über Stößel durch externe Kraft beaufschlagbaren Ventilkör­ per besitzt, mit der Einlaßleitung und über ein ebenfalls als Sitzventil ausgebildetes, nach innen zum Arbeitsraum hin öffnendes Auslaßventil, wel­ ches ebenfalls einen über Stößel durch externe Kraft beaufschlagbaren Ventilkörper besitzt, mit einer niederdruckseitigen Auslaßleitung verbind­ bar sind und zwischen den oberen und unteren Tot­ punkten des jeweils zugeordneten Kolbens vor­ übergehend abgeschlossen bleiben, so daß das Me­ dium im abgeschlossenen Arbeitsraum eine Druck­ änderung im Sinne einer Annäherung an den Druck der Einlaß- bzw. Auslaßleitung erfährt, um eine selbsttätige Öffnung der Ventile zu erzielen, wobei das Schließen des Einlaß- bzw. Auslaßventiles je­ weils vor Abschluß des Arbeits- bzw. Ausschiebe­ hubes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (15, 16) von Einlaßventil (14) und Auslaß­ ventil (18) jeweils auf der vom Arbeitsraum (13) abgewandten Seite des Ventiles (14, 18) in abge­ dichtete Stößelräume (37, 38) hineinragen, die zum Ein- bzw. Abschalten einer den jeweiligen Stößel (15, 16) in Richtung des Arbeitsraumes (13) drän­ genden Steuerkraft (P) derart mit Druck beauf­ schlagbar bzw. vom Druck entlastbar sind, daß die Steuerkraft (P) vor Abschluß des Arbeitshubes in Richtung des unteren Totpunktes (UT) einschaltbar und vor Abschluß des Ausschiebehubes in Rich­ tung des oberen Totpunktes (OT) ausschaltbar ist, um einerseits durch Einschalten der Steuerkraft (P) das Einlaßventil (14) zu schließen und das selbsttäti­ ge Öffnen des Auslaßventiles (18) vorzubereiten und andererseits durch das Abschalten der Steuer­ kraft (P) das selbsttätige Öffnen des Einlaßventiles (14) vorzubereiten und das Auslaßventil (18) schlie­ ßen zu lassen.

2. Hydraulischer Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Arbeitsraum (13) abgewandte wirksame Ventildruckfläche (im Raum 26) des Einlaßventiles (14) größer als die dem Arbeitsraum (13) zugewandte wirksame Ventil­ druckfläche des geschlossenen Einlaßventiles (14) und die dem Arbeitsraum (13) zugewandte wirksa­ me Ventildruckfläche des Auslaßventiles (18) grö­ ßer als die vom Arbeitsraum (13) abgewandte wirk­ same Ventildruckfläche (im Raum 27) des geschlos­ senen Auslaßventiles ist.

3. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß kol­ benartige Stößel (15, 19) angeordnet sind.

4. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Stößelräume (37, 38) beliefernde Druckmedium mit einem gegenüber dem Druck des Arbeitsme­ diums unterschiedlichen Druck zugeleitet wird.

5. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drucke in den Stößelräumen (37, 38) bzw. der zugeordneten Ventilstößel (15, 19) dreh­ schieberartige Ventilelemente (Steuerrotor 87) vorgesehen sind.

6. Hydraulischer Kolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für Einlaß- und Aus­ laßventil (14, 18) ein gemeinsamer drehschieberar­ tiger Steuerrotor (87) vorgesehen ist.

7. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der An­ sprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drehschieberartigen Ventilelemente bzw. der dreh­ schieberartige Steuerrotor (87) unmittelbar mit der Kurbelwelle (10) des Kolbenmotors gekuppelt sind.

8. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der An­ sprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (88, 89) der drehschieberartigen Ventil­ elemente bzw. des Steuerrotors (87) zur Verstel­ lung der Steuerzeiten um die Drehschieber- bzw. Rotorachse drehbar ausgebildet ist.

9. Hydraulischer Kolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der drehschieberartigen Ventilelemente bzw. des Steu­ errotors (87) zur unterschiedlichen Verstellung der Steuerzeiten von Einlaß- und Auslaßventil (13, 18) zweiteilig mit gegeneinander drehbaren Gehäuse­ teilen (88, 89) ausgebildet ist.

10. Hydraulischer Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsmittel (55) vorgesehen sind, durch die der Aufprallstoß, mit dem sich das Ventil (14, 18) im Schließhub auf seinen Sitz (17, 21) aufsetzt bzw. sich im Öffnungshub gegen einen Anschlag anlegt, gedämpft wird.