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Title:
RECIPROCATING PISTON ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/066807
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a reciprocating piston engine with at least two opposed main pistons (5) that define a common working room (6). Said pistons interact with a rotatable organ (3) via separate hydraulic systems that contain one liquid column each. The aim of the invention is to increase the operation reliability of such an engine. To this end, a monitoring device (25) is provided with a slide arrangement (122) that delimits opposed pressure chambers (123) individually connected to one of the hydraulic systems and that activates a device (120) that initiates an at least damage-limiting measure.

Inventors:
JENSEN FINN QUORDRUP (DK)
Application Number:
PCT/EP2001/001921
Publication Date:
August 29, 2002
Filing Date:
February 20, 2001
Export Citation:
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Assignee:
MAN B & W DIESEL AS (DK)
JENSEN FINN QUORDRUP (DK)
International Classes:
F02B71/04; F02B3/06; F02B75/02; (IPC1-7): F02B71/04
Foreign References:
DE2137114A11973-02-01
GB1547653A1979-06-27
US5651389A1997-07-29
US4646624A1987-03-03
NL98651C
DE2103348A11972-08-24
Attorney, Agent or Firm:
Munk, Ludwig (Prinzregentenstr. 1 Augsburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, vorzugsweise in Form eines Dieselmotors, mit wenigstens zwei einen gemeinsamen Arbeitsraum (6) begrenzenden, gegenläufigen Arbeitskolben (5), die über voneinander getrennte, jeweils eine Flüssigkeitssäule enthaltende Hydrauliksysteme mit einem rotierbaren Organ (3) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung (25) vorgesehen ist, die eine Schieberanordnung aufweist, die einander entgegenwirkende, jeweils an eines der Hydrauliksysteme angeschlossene Druckkammern (123) begrenzt und durch die eine wenigstens eine schadenbegrenzende Maßnahme einleitende Einrichtung (120) aktivierbar ist.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberanordnung einander entgegenwirkende, vorgespannte Stabilisierungsfedern (125) zugeordnet sind, deren Vorspannkraft zumindest der durch während des normalen Betriebs auftretende Druckschwankungen auf die Schieberanordnung ausgeübten Kraft entspricht.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Stabilisierungsfedern (125) als Druckfedern ausgebildet sind, deren Expansion durch gehäuseseitigeAnschläge (128 ; 136) begrenzt ist.
4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Stabilisierungsfedern (125) an den gehäuseseitigen Anschlägen (128 ; 136) zur Anlage bringbare Druckscheiben (129) vorgesehen sind, welche die Fuge zwischen den gehäuseseitigen Anschlägen (128 ; 136) und radial hiergegen versetzten, schieberseitigen Druckflächen (127 ; 137) überbrücken.
5. Hubkolbenmäschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand der gehäuseseitigen Schulterflächen (128 ; 136)'zumindest dem gegenseitigen Abstand der schieberseitigen Druckflächen (127 ; 137) entspricht.
6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der schieberseitigen Druckflächen (127 ; 137) gegenüber den gehäuseseitigen Schulterflächen (128 ; 136) Untermaß aufweist, das im Bereich der Schalttoleranz des Schalters (130) liegt.
7. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schieberanordnung ein Schalthebel (132) bewegbar ist, durch den ein der schadenbegrenzende Maßnahmen einleitenden Einrichtung (120) zugeordneter Schalter (130) betätigbar ist.
8. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberanordnung als einteiliger Schieber (122) ausgebildet ist, der in einem Schiebergehäuse (121) aufgenommen ist, das mit einer Bohrungsanordnung versehen ist, die den einander gegenüberliegenden Endbereichen des Schiebers (122) zugeordnete, die Druckkammern (123) enthaltende Bohrungsendbereiche und einen mittleren Bohrungsbereich (126) aufweist, der vom Schieber (122) durchgriffen ist, der mit dem eine Wandausnehmung (133) des Schiebergehäuses (121) durchgreifenden Schalthebel (132) zusammenwirkt.
9. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (132) als im Bereich der Wandausnehmung (133) des Schiebergehäuses (121) gelagerter Kipphebel ausgebildet ist.
10. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich des Schiebers (122) zur Bildung schieberseitiger Druckflächen mit einem vorzugsweise als umlaufender Flansch ausgebildeten Radialvorsprung (137) versehen ist, der von den im mittleren Bohrungsbereich (126) angeordneten Stabilisierungsfedern (125) flankiert ist, die den Schieber (122) umfassen, und dass das Schiebergehäuse (121) zur Bildung gehäuseseitiger Schulterflächen einen den schieberseitigen Radialvorsprung (127) umfassenden, inneren Radialvorsprung (128) aufweist, an dem die ihn in radialer Richtung nach innen überragenden, den Stabilisierungsfedern (125) zugeordneten Druckscheiben (129) zur Anlage bringbar sind.
11. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (132) am schieberseitigen Radialvorsprung (127) angreift.
12. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsfedern (125) im Bereich der Druckkammern (123) angeordnet sind, wobei im Bereich der Druckkammern (123) zur Bildung gehäuseseitiger Schulterflächen (136) jeweils eine radiale Erweiterung gegenüber dem Durchmesser des der Schieberanordnung zugeordneten Mittelbereichs (126) des gehäuseseitigen Bohrungssystems vorgesehen ist und wobei der Abstand der voneinander entfernten Stirnseiten der Schieberanordnung höchstens dem Abstand der gehäuseseiten Schulterflächen (136) entspricht, an denen die sie in radialer Richtung nach innen überragenden, den Stabilisierungsfedern zugeordneten Druckscheiben (129) zur Anlage bringbar sind, die jeweils eine zentrale Durchgangsausnehmung (138) aufweisen.
13. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberanordnung zwei jeweils einer Druckkammer (123) zugeordnete, mechanisch miteinander gekoppelte Einzelschieber (139) und/oder zwei voneinander getrennte, jeweils einer Druckkammer (123) enthaltende Schiebergehäuse aufweist.
14. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckscheiben (129) mit die jeweils zugeordnete Stabilisierungsfeder (125) umfassenden Führungsansätzen (131) versehen sind.
15. Hubkolbenmaschine nach einem der, vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberanordnung (122) mit einer dem Schalthebel (132) zugeordneten Eingriffskerbe (135) versehen ist.
16. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (130) als in zwei Richtungen betätigbarer Doppelschalter ausgebildet ist.
Description:
Hubkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, vorzugsweise in Form eines Dieselmotors, mit wenigstens zwei einen gemeinsamen Arbeitsraum begrenzenden, gegenläufigen Kolben, die über voneinander getrennte, jeweils eine Flüssigkeitssäule enthaltende Hydrauliksysteme mit einem rotierbaren Organ zusammenwirken.

Ein Dieselmotor dieser Art ist aus der DE 21 03 348 AI bekannt. Diese Veröffentlichung enthält zwar keinen Hinweis auf eine Überwachungseinrichtung. Es ist jedoch davon auszugehen, dass gewisse Betriebswerte überwacht werden müssen, um zuverlässige Betriebsbedingungen einhalten zu können. Bei Brennkraftmaschinen üblicher Bauart, beispielsweise in Form von Dieselmotoren, wird vielfach der Druck im Verbrennungsraum gemessen. Dieser Druck ändert sich jedoch im Falle eines beginnenden Kolbenfressers kaum. Eine frühzeitige Warnung über einen bevorstehenden, akuten Kolbenfresserfall, der zu größeren Schäden führen kann, wird daher nicht gegeben. Erst wenn sich der Kolbenfresser bereits soweit entwickelt hat, dass sich der Kolbenhub verkürzt, werden Änderungen der üblicherweise überwachten Betriebswerte merkbar. Zu diesem Zeitpunkt ist es aber vielfach bereits zu spät, da der Schaden dann bereits nicht mehr abwendbar ist.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Hubkolbenmaschine oben erwähnter Art die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die eine Schieberanordnung aufweist, die einander entgegenwirkende, jeweils an eines der Hydrauliksysteme angeschlossene Druckkammern begrenzt und durch die eine wenigstens eine schadenbegrenzende Maßnahme einleitende Einrichtung aktivierbar ist.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich die eingangs geschilderten Nachteile vermeiden. Im Falle eines beginnenden Kolbenfressers steigt der hydraulische Druck im betroffenen Hydrauliksystem beim Verdichtungshub mehr an als im gegenüberliegenden, nicht betroffenen Hydrauliksystem. Beim Arbeitshub fällt der hydraulische Druck im betroffenen Hydrauliksystem stärker ab als im nichtbetroffenen Hydrauliksystem. Der Grund dafür liegt darin, dass die erhöhte Kolbenreibung Leistung verzehrt. Die erfindungsgemäße praktisch als Druckwaage ausgebildete Überwachungseinrichtung erfasst auf höchst einfache Weise diese Druckunterschiede, die als beginnender Kolbenfresser interpretiert werden können. Da die Druckkammern mit dem jeweils zugeordneten Hydrauliksystem verbunden sind, erfolgt in vorteilhafter Weise eine direkte Druckübertragung. Mess-und Recheneinrichtungen etc. sind daher nicht erforderlich. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen somit auch bei robusten Betriebsverhältnissen eine hohe Zuverlässigkeit und gewährleisten eine sichere, frühzeitige Einleitung schadenbegrenzender Maßnahmen, womit eine ausgezeichnete Betriebssicherheit sichergestellt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können der Schieberanordnung einander entgegenwirkende, vorgespannte Stabilisierungsfedern zugeordnet sein, deren Vorspannkraft zumindest der durch während des normalen Betriebs auftretende Druckschwankungen auf die Schieberanordnung ausgeübten Kraft entspricht. Diese Maßnahmen vermeiden in vorteilhafter Weise durch übliche Druckschwankungen ausgeübte Fehlalarme und gewährleisten damit eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität.

Zweckmäßig können die Stabilisierungsfedern als Druckfedern ausgebildet sein, deren Expansion durch gehäuseseitige Anschläge begrenzt ist. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass die Stabilisierungsfedern einander entgegenwirken können. Es ergibt sich daher eine sehr stabile Mittelsposition der Schieberanordnung, wodurch Fehlalarme besonders zuverlässig unterdrückt werden. Außerdem ist der zur Aufnahme der Stabilisierungsfedern benötigte Bauraum vergleichsweise klein.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass durch die Schieberanordnung ein Schalthebel bewegbar ist, durch den ein der schadenbegrenzende Maßnahmen einleitenden Einrichtung zugeordneter Schalter betätigbar ist. Hierbei ergibt sich in vorteilhafter Weise eine direkte Umsetzung der Schieberbewegung in eine Schaltbewegung und damit eine einfache Bauweise mit hoher Funktionssicherheit.

Vorteilhaft kann die Schieberanordnung als einteiliger Schieber ausgebildet sein, der in einem Schiebergehäuse aufgenommen ist, das mit einer Bohrungsanordnung versehen ist, die den einander gegenüberliegenden Endbereichen des Schiebers zugeordnete, die Druckkammern enthaltende Bohrungsendbereiche und einen mittleren Bohrungsbereich aufweist, der vom mittleren Bereich des Schieber durchgriffen ist, der mit dem eine Wandausnehmung des Schiebergehäuses durchgreifenden Schalthebel zusammenwirkt. Diese Maßnahmen ergeben eine sehr kompakte und platzsparende Bauweise.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann der mittlere Bereich des Schiebers zur Bildung schieberseitiger Druckflächen mit einem vorzugsweise als umlaufender Flansch ausgebildeten Radialvorsprung versehen sein, der von den im mittleren Bohrungsbereich angeordneten, den Schieber umfassenden Stabilisierungsfedern flankiert ist, wobei das Schiebergehäuse zur Bildung gehäuseseitiger Schulterflächen einen den schieberseitigen Radialvorsprung umfassenden, inneren Radialvorsprung aufweist. Diese Maßnahmen ermöglichen einen vergleichsweise großen Federdurchmesser und damit auch bei vergleichsweise kurzer Federlänge eine hohe Vorspannkraft. Es lässt sich daher eine in axialer Richtung vergleichsweise platzsparenden Anordnung verwirklichen.

Sofern eine in radialer Richtung sehr schlanke Ausführung gewünscht wird, können die Stabilisierungsfedern in den Druckkammern angeordnet sein, wobei im Bereich der Druckkammern zur Bildung gehäuseseitiger Schulterflächen jeweils eine radiale Erweiterung gegenüber dem Durchmesser der Schieberanordnung vorgesehen ist und wobei der Abstand der voneinander entfernten Stirnseiten der Schieberanordnung höchstens dem Abstand der gehäuseseitigen Erweiterungen entspricht, an denen sie in radialer Richtung nach innen überragende, den Stabilisierungsfedern zugeordnete Druckscheiben zur Anlage bringbar sind, die jeweils eine zentrale Durchgangsausnehmung aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen : Figur 1 einen erfindungsgemäßen Zweitakt-Dieselmotor teilweise im Schnitt, Figur 2 ein für einen beginnenden Kolbenfresser eines Arbeitskolbens des der Figur 1 zu Grunde liegenden Dieselmotors charakteristisches Druckbild, Figur 3 eine vergrößerte Darstellung einer Überwachungseinrichtung im Schnitt und Figur 4 eine Variante zu Figur 3.

Die in Figur 1 dargestellte, als Zweitakt-Dieselmotor ausgebildete Hubkolbenmaschine besitzt ein Gehäuse 1 mit einem kastenförmigen Unterteil, in welchem eine über die ganze Länge durchgehende Welle 2 gelagert ist, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine Abtriebswelle handelt. Auf der Welle 2 ist wenigstens ein drehschlüssig hiermit zusammenwirkendes Organ, hier in Form einer Nockenscheibe 3, aufgenommen. Diese ist einfach auf die Welle 2 aufgeschrumpft. Sie könnte aber auch mittels einer hier nicht näher dargestellten Kupplungseinrichtung drehschlüssig mit der Welle 2 kuppelbar sein.

Jeder Nockenscheibe 3 sind zwei in einem gemeinsamen Zylinder 4 angeordnete, gegenläufige Arbeitskolben 5 zugeordnet. Der Zylinder 4 ist mit liegender Achse und bezüglich der Nockenscheibe 3 mittig auf dem oben erwähnten Unterteil des Gehäuses 1 aufgenommen. Die beiden Arbeitskolben 5 begrenzen einen Brennraum 6 und wirken über ein jeweils zugeordnetes Hydrauliksystem antriebsmäßig mit der Nockenscheibe 3 als rotierbarem Organ zusammen, das heißt die im Brennraum 6 erzeugte Leistung wird von den Arbeitskolben 5 über ein jeweils zugeordnetes Hydrauliksystem auf das rotierbare Organ, hier in Form der Nockenscheibe 3, überführt. Die den beiden Arbeitskolben 5 zugeordneten Hydrauliksysteme sind vollständig voneinander getrennt.

Als Hydraulikflüssigkeit kann zweckmäßig Schmieröl Verwendung finden, so dass nicht vermeidbare Leckagen einfach in den Ölsumpf abtropfen können.

Die beiden voneinander getrennten Hydrauliksysteme umfassen jeweils einen koaxial zum jeweils zugeordneten Arbeitskolben 5 angeordneten, durch eine starre Verbindungsstange 7 hiermit verbundenen, ersten Hydraulikkolben 8, der in einem zugeordneten, ersten Hydraulikzylinder 9 angeordnet ist. Jeder erste Hydraulkzylinder 9 ist über eine durch eine Rohrleitung oder Schlauchleitung gebildete Hydraulikleitung 10 mit einem zweiten Hydraulikzylinder 11 verbunden, in welchem ein zweiter Hydraulikkolben 12 angeordnet ist, der über ein jeweils zugeordnetes, am Umfang der Nockenscheibe 3 anliegendes Anlaufelement 13 mit der Nockenscheibe 3 zusammenwirkt. Die Hydraulikzylinder 9,11 sind am Gehäuse 1 angebracht. Die beiden, zu den beiden Hydrauliksystemen gehörenden Anlaufelemente 13 sind gegeneinander versetzten Umfangsbereichen der Nockenscheibe 3 zugeordnet, hier diametral einander gegenüberliegend angeordnet und zwar so, dass sie beim Abfahren der Umfangskontur der Nockenscheibe 3 gegenläufige Bewegungen ausführen. Dementsprechend ergeben sich auch in den beiden Hydrauliksystemen gegenläufige Bewegungen. Die so erreichte Gegenläufigkeit der Arbeitskolben 5 sowie der Hydraulikkolben 8 bzw. 12 gewährleistet ohne zusätzliche Maßnahmen einen zuverlässigen Massenausgleich.

Die Anlaufelemente 13 können selbstverständlich auch gegenüber der dargestellten, einander diametral gegenüberliegenden Position versetzt sein, um den Kolbenhub und/oder Motortakt zu beeinflussen und so optimale Betriebsverhältnisse herzustellen. Auf diese Weise lassen sich z. B. die Öffnungs-und Schließzeitpunkte der weiter unten noch näher erwähnten Ein-und Auslaßschlitze verändern. Die Versetzung kann unter Beibehaltung einer bezüglich der Achse der Nockenscheibe 3 radialen Anordnung der Anlaufelemente 13 durch Änderung des Winkelabstands oder unter Aufgabe der radialen Anordnung durch Parallelversatz erfolgen.

Bei gegenläufigem Parallelversatz ergibt sich gegenüber der gezeichneten Anordnung praktisch keine Änderung. In vielen Fällen genügt es, die Anlaufelemente 13, wie im dargestellten Beispiel, fix zu positionieren. Es wäre aber auch eine verstellbare Anordnung denkbar. Dabei wäre es z. B. möglich, die Anlaufelemente in Abhängigkeit von der Last des Motors zu verstellen.

Die Anlaufelemente 13 sind hier zur Vermeidung von Gleitreibung als drehbar gelagerte Rollen ausgebildet. Diese sind auf einem jeweils zugeordneten Tragorgan 14 aufgenommen, das hierzu mit einer zur Welle 2 parallelen Achse 15 versehen ist, auf der die jeweils zugeordnete Rolle drehbar gelagert ist. Die Tragorgane 14 sind in quer zur Welle 2 verlaufender Richtung verschiebbar gelagert, so dass das jeweils zugeordnete Anlaufelement 13 der Kontur der Nockenscheibe 3 folgen kann. Zweckmäßig sind die Anlauforgane 14 hierzu nach Art eines Kolbens in einer jeweils zugeordneten, gehäusefesten Büchse 16 verschiebbar gelagert.

Die Tragorgane 14 besitzen jeweils einen dem zugeordneten Anlaufelement 13 gegenüberliegenden, zapfenförmigen Ansatz 17, an welchem der jeweils zugeordnete, zweite Hydraulikkolben 12 lose anliegt. Zweckmäßig wird der Ansatz 17 vom zugeordneten, zweiten Hydraulikkolben 12 topfartig übergriffen. Die zweiten Hydraulikkolben 12 werden durch den hydraulischen Druck in der von ihnen jeweils begrenzten Hydraulikkammer in axialer Richtung in Anlage am jeweils zugeordneten Ansatz 17 gehalten. Infolge der losen Anlage besitzen die zweiten Hydraulikkolben 12 in radialer Richtung Bewegungsfreiheit gegenüber dem jeweils zugeordneten Ansatz 17.

Im dargestellten Beispiel liegt, wie oben schon erwähnt, eine Hubkolbenmaschine in Form eines Zweitakt-Dieselmotors vor. Der Zylinder 4 der Arbeitskolben 5 ist dementsprechend mit Einlaßschlitzen 21 und Auslaßschlitzen 22 sowie mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 23 versehen. Die Ein-und Auslaßschlitze 21,22 sind so voneinander distanziert, dass sie von jeweils einem der beiden Arbeitskolben 5 gesteuert werden. Im dargestellten Beispiel werden die Einlaßschlitze 21 vom rechten Arbeitskolben 5 und die Auslaßschlitze 22 vom linken Arbeitskolben 5 gesteuert. Die Ein-und Auslaßschlitze 21,22 sind dabei so positioniert, dass sie geöffnet sind, wenn sich die gegenläufigen Arbeitskolben 5 in ihren voneinander entfernten Umkehrpositionen befinden. Die beiden Arbeitskolben 5 sind bis auf einen kleinen Abstand, der dem kleinsten Volumen des Brennraums 6 entspricht, aneinander annäherbar. Diese Situation liegt der Zeichnung zugrunde. In diesem von den Arbeitskolben 5 nicht überfahrenen Bereich ist die Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 23 positioniert. Dieser Bereich entspricht praktisch der Mitte des Zylinders 4. Die Einspritzeinrichtung 23 kann aus einer oder mehreren, über den Umfang verteilten Einspritzdüsen stehen.

Die Arbeitskolben 5 werden durch den im Brennraum 6 erzeugten Verbrennungsdruck bewegt. Mit den Arbeitskolben 5 bewegen sich die starr hiermit verbundenen ersten Hydraulikkolben 8, deren Bewegung über die zwischen den ersten Hydraulikkolben 8 und den zweiten Hydraulikkolben 12 jeweils vorhandene Flüssigkeitssäule auf die zweiten Hydraulikkolben 12 übertragen wird. Diese stützen sich unter der Wirkung des Hydraulikdrucks unter Vermittlung der Tragorgane 14 und deren Anlaufelemente 13 an der Nockenscheibe 3 ab, wodurch diese in Drehung versetzt wird. Die Rückführbewegung wird durch die rotierende Nockenscheibe 3 bewerkstelligt, die unter Vermittlung der Anlaufelemente 13 und der diesen zugeordneten Tragorgane 14 die zweiten Hydraulikkolben 12 verschiebt, deren Bewegung über die Flüssigkeitssäule auf die ersten Hydraulikkolben 8 und von diesen über die Stangen 7 auf die Arbeitskolben 5 übertragen wird. Durch den Druck im Brennraum 6, der bei Beendigung des Arbeitshubs praktisch dem um die durch das Verhältnis der Kolbenflächen bewirkten Übersetzung erhöhten Druck der durch die Einlaßschlitze 21 zugeführten Luft entspricht, wird dabei ein Abreißen der Flüssigkeitssäule vermieden.

Um durch Kolbenfresser verursachte Zerstörungen zu vermeiden, ist eine Überwachungseinrichtung 25 vorgesehen, durch die beim Auftreten kritischer Situationen eine schadenbegrenzende Maßnahmen auslösende Einrichtung, wie eine slow down-Einrichtung oder eine shut down- Einrichtung oder, wie im dargestellten Beispiel, eine Alarmeinrichtung 120 oder dergleichen aktivierbar ist. Ein beginnender Kolberfresser äußert sich durch eine erhöhte Kolbenreibung. Sofern einer der Arbeitskolben 5 oder einer der ersten Hydraulikkolben 8 zu fressen beginnt steigt im zugeordneten Hydrauliksystem der hydraulische Druck bei der Verdichtung stärker an, als im anderen Hydrauliksystem. Beim Arbeitshub fällt der hydraulische Druck im betroffenen Hydrauliksystem stärker ab, als im nicht betroffenen Hydrauliksystem.

In Figur 2 sind die für einen beginnenden Kolbenfresser eines Arbeitskolbens 5 charakteristischen Druckverhältnisse über einem Zyklus angedeutet. Dabei ist der im störungsfreien Hydrauliksystem zu erwartende Druckverlauf bzw. ein erwünschter Sollwert des Druckverlaufs durch die durchgehende Linie S angedeutet. Der im von einem Kolbenfresser betroffenen Hydrauliksystem zu erwartende Druckverlauf ist durch die unterbrochene Linie A angedeutet. Die Druckabweichungen zwischen S und A können als beginnender Kolbenfresser interpretiert werden. Die Überwachungseinrichtung 25 ist daher so ausgebildet, dass eine Druckdifferenz der in Figur 3 angedeuteten Art zwischen dem Druck in einem von einem beginnenden Kolbenfresser betroffenen Hydrauliksystem und dem Druck im gegenüberliegenden, nicht betroffenen Hydrauliksystem erfasst werden.

Hierzu ist die Überwachungseinrichtung 25 als Druckwaage ausgebildet.

Diese enthält bei der Ausführung gemäß Figur 3 einen öldicht in einem zugeordneten Schiebergehäuse 121 angeordneten Schieber 122, dessen einander gegenüberliegende Schieberenden jeweils eine im Schiebergehäuse 121 vorgesehene Druckkammer 123 begrenzen. Das Schiebergehäuse 121 ist mit einem dem Schieber 122 zugeordneten Bohrungssystem versehen, das zwei einander gegenüberliegende, die Druckkammern 123 bildende Endbereiche aufweist, in die der jeweils zugeordnete Endbereich des Schiebers 122 nach Art eines Kolbens eingreift. Die Druckkammern 123 sind, wie am besten aus Figur 1 entnehmbar ist, über als Rohr-oder Schlauchleitungen ausgebildete Leitungen 124 mit dem jeweils zugeordneten Hydrauliksystem, hier mit der Hydraulikleitung 10 des jeweils zugeordneten Hydrauliksystems, verbunden.

Um die Wirkung von während des normalen Betriebs in den Hydrauliksystemen vorkommenden Druckschwankungen auszuschalten, sind dem Schieber 122 zugeordnete, vorgespannte Stabilisierungsfedern 125 vorgesehen. Die Vorspannkraft der Stabilisierungsfedern 125 entspricht dabei der durch Druckschwankungen vorstehend genannter Art auf den Schieber 122 ausgeübten Kraft. Die Stabilisierungsfedern 125 sind einerseits am Schiebergehäuse 121 abgestützt und können andererseits am Schieber 122 angreifen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das gehäuseseitige Bohrungssystem zur Aufnahme der Stabilisierungsfedern 125 mit einem gegenüber den die Druckkammern 123 bildenden Endbereichen aufgebohrten, das heißt einen größeren Druchmesser aufweisenden Mittelbereich 126 versehen. Die Stabilisierungsfedern 125 können dabei einen großen Durchmesser aufweisen und als den zugeordneten Mittelbereich des Schiebers 122 umfassende Schraubendruckfedern ausgebildet sein.

Der den Mittelbereich 126 des Bohrungssystems durchgreifende Mittelbereich des Schiebers 122 ist zur Bildung einer schieberseitigen Angriffsmöglichkeit, d. h. einer schieberseitigen Druckfläche für die Stabilisierungsfedern 125, mit einem hier als umlaufender Radialflansch 127 ausgebildeten Radialvorsprung versehen. Das hiervon abgewandte Ende der Stabilisierungsfedern 125 ist am jeweils gegenüberliegenden Ende des Mittelbereichs 126 des Bohrungssystems abgestützt.

Der Radialflansch 127 ist hier zur Bewerkstelligung einer hohen Betriebsstabilität von einem gehäuseseitigen, nach radial innen vorspringenden, hier als Bund 128 ausgebildeten Vorsprung umfasst, so dass sich gehäuseseitige Schulterflächen ergeben an denen den Stabilisierungsfedern 125 zugeordnete, den Schieber 122 ringförmig umgreifende Druckscheiben 129 zur Anlage kommen können. Die Breite des Bunds 128 entspricht etwa der Breite des Radialflansches 127.

Zweckmäßig besitzt der Radialflansch 127 gegenüber dem Bund 128 leichtes Untermaß, so dass die Druckscheiben 129 in zuverlässige Anlage am Bund 128 kommen können, der somit ein festes, gehäuseseitiges Gegenlager für die Druckscheiben 129 bildet, zwischen denen der schieberseitige Radialflansch 127 bei Normalbetrieb gefangen ist. Das Untermaß des Radialflansches 127 gegenüber dem Bund 128 liegt im Bereich der Schalttoleranz eines durch den Schieber 122 betätigbaren Schalters 130, so dass durch dem Untermaß entsprechende Schieberbewegungen keine Auslösung eines Schaltvorgangs erfolgt. Die Druckscheiben 129 sind mit die jeweils zugeordnete Stabilisierungsfeder 125 umfassenden, kolbenhemdartigen Führungsansätzen 131 versehen, die in den den Bund 128 flankierenden Abschnitten des Mittelbereichs 126 des Bohrungssystems geführt sind.

Der vorstehend erwähnte Schalter 130 ist, wie beispielsweise Figur 3 weiter erkennen lässt, durch einen Schalthebel 132 betätigbar, der mit dem Schieber 122 verbunden ist. Der Schalthebel 132 kann als schieberparalleler Stößel ausgebildet sein. Bei dem in Figur 3 dargestellten Beispiel ist der Schalthebel 132 als an den schieberseitigen Radialflansch 127 angelenkter, gehäuseseitig schwenkbar gelagerter Kipphebel ausgebildet. Hierzu ist das Schiebergehäuse 121 mit einer im Bereich des schieberseitigen Radialflansches 127 bzw. des diesen umfassenden Bunds 128 vorgesehenen, fensterartigen Wandausnehmung 133 versehen, die vom Schalthebel 132 durchgriffen ist und die das dem Schalthebel 132 zugeordnete, gehäuseseitige Schwenklager 134 enthält. Zur Bildung der schieberseitigen Anlenkung des Schalthebels 132 ist der Schieber 122 hier mit einer zweckmäßig umlaufenden Kerbe 135 versehen, in die das zugewandte Ende des Schalthebels 132 eingreifen kann.

Durch den Schalter 130 ist, wie oben bereits erwähnt wurde, eine wenigstens eine schadenbegrenzende Maßnahme einleitende Einrichtung betätigbar. Dabei kann es sich um die in Figur 1 angedeutete Alarmeinrichtung 120 handeln. Zusätzlich oder alternativ können eine sogenannte slow down-Einrichtung und/oder shut down-Einrichtung etc. vorgesehen sein.

Die Ausführung gemäß Figur 4 entspricht hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus und ihrer Wirkungsweise weitgehend der Anordnung gemäß Figur 3. Es finden im Wesentlichen dieselben Teile Verwendung. Nachstehend wird daher unter Verwendung gleicher Bezugsziffern für gleiche Teile in erster Linie auf die Unterschiede eingegangen.

Im Gegensatz zur Anordnung gemäß Figur 3 sind bei der Ausführung gemäß Figur 4 die Stabilisierungsfedern 125 im Bereich der Druckkammern 123 angeordnet. Das Bohrungssystem des Schiebergehäuses 121 besitzt hier ebenfalls einen Mittelbereich 126 und zwei den Druckkammern 123 zugeordnete Endbereiche. Diese sind jedoch gegenüber dem den Schieber 122 aufnehmenden Mittelbereich 126 in radialer Richtung erweitert, so dass sich gehäuseseitige Schulterflächen 136 ergeben, die den dem Schieber 122 zugeordneten Mittelbereich 126 des gehäuseseitigen Bohrungssystems begrenzen. Die Länge des Schiebers 122 entspricht dabei höchstens der Länge des Mittelbereichs 126, d. h. höchstens dem gegenseitigen Abstand der Schulterflächen 136.

Die Stirnseiten des Schiebers 122 bilden dementsprechend schieberseitige Druckflächen 137, die in der der Figur 4 zugrundeliegenden Mittelposition des Schiebers 132 in etwa mit den gehäuseseitigen Schulterflächen 136 fluchten.

Die Fuge zwischen den gehäuseseitigen Schulterflächen 136 und der jeweils zugeordneten, radial innerhalb hiervon sich befindenden, schieberseitigen Druckfläche 137 ist durch jeweils eine Druckscheibe 129 überbrückt, die durch die jeweils zugeordnete Stabilisierungsfeder 125 in Anlage an der zugeordneten, gehäuseseitigen Schulterfläche 136 bringbar ist. Zur Bewerkstelligung einer zuverlässigen Anlage der Druckscheiben 129 an der jeweils zugeordneten, gehäuseseitigen Schulterfläche 136 kann die Länge des Schiebers 122 gegenüber dem Abstand der gehäuseseitigen Schulterflächen 136, wie bei der Ausführung gemäß Figur 4 die Breite des schieberseitigen Radialflansches 127 gegenüber der Breite des gehäuseseitigen Vorsprungs 128, leichtes Untermaß aufweisen. Dieses hält sich im Bereich der Schalttoleranz des vom Schieber 122 über den an den mittleren Bereich des Schiebers 122 angelenkten, eine zugeordnete Wandausnehmung des Schiebergehäuses 121 durchgreifenden Schalthebel 134 betätigbaren Schalters 130. Die Druckscheiben 129, die ebenfalls mit kolbenhemdartigen, hier am Umfang der Druckkammern 123 geführten Führungsansätzen 131 versehen sein können, sind radial innerhalb der Stabilisierungsfedern 125 mit einer zentralen Durchgangsausnehmung 138 versehen, so dass die Druckkammern 123 ebenfalls durch die jeweils zugeordnete Schieberstirnseite begrenzt und der Schieber 122 durch den Druck in den Druckkammern 123 beaufschlagbar ist, die über die Druckleitungen 124 mit dem jeweils zugeordneten Hydrauliksystem verbunden sind.

Die Ausführung gemäß Figur 4 ermöglicht in Folge der Unterbringung der vorgespannten Stabilisierungsfedern 125 in den Druckkammern 123 eine in radialer Richtung vergleichsweise schlanke Bauweise, die mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist. Die Ausführung gemäß Figur 3 ermöglicht andererseits eine in axialer Richtung vergleichsweise kompakte Bauweise. Die Wirkungsweise ist in beiden Fällen dieselbe, wie nachstehend erläutert wird.

Die während des normalen Betriebs sich ergebenden Druckschwankungen werden durch die in beiden Ausführungsbeispielen als vorgespannte Druckfedern ausgebildeten Stabilisierungsfedern 125 aufgefangen. Die Stabilisierungsfedern 125 sind dementsprechend so vorgespannt, dass die normalen Druckschwankungen zu keiner Bewegung des Schiebers 122 führen. Während des normalen Betriebs sind die Stabilisierungsfedern 125 an beiden Enden gehäuseseitig abgestützt. Der Schieber 122 ist dabei zwischen den durch die Stabilisierungsfedern 125 in Anlage am Gehäuse gehaltenen Druckscheiben 129 gefangen, wodurch sich eine sehr stabile Mittellage des Schiebers 122 ergibt und sich aufschaukelnde Schieber- schwingungen und dynamische Einflüsse verhindert werden. Erst bei einem beginnenden Kolbenfresser, beispielsweise eines der Arbeitskolben 5, ergeben sich die bei normalen Betrieb auftretenden Druckschwankungen übersteigende Druckunterschiede in den den beiden einander entgegenwirkenden Arbeitskolben 5 zugeordneten Hydrauliksystemen und damit auch in den hiermit verbundenen Druckkammern 123. Sobald die durch einen derartigen Druckunterschied auf den Schieber 122 ausgeübte Kraft die durch die Vorspannung der Stabilisierungsfedern 125 bewirkte Kraft überschreitet, ergibt sich eine auf den Schieber 122 wirkende Verschiebekraft, die den Schieber 122 in Richtung dieser Kraft bewegt, wobei die der Schieberbewegung entgegenwirkende Druckscheibe 129 vom gehäuseseitigen Anschlag, d. h. vom Bund 128 bzw. der zugeordneten Schulterfläche 173 abgehoben und die zugeordnete Stabilisierungsfeder 125 zusammengedrückt werden. Die gegenüberliegende Stabilisierungsfeder 125 bleibt mit beiden Enden am Schiebergehäuse 121 abgestützt und beeinflusst daher die genannte Schieberbewegung nicht, so dass trotz großer Kräfte kurze Schieberbewegungen und damit eine zuverlässige Betätigung des Schalters 130 erreichbar sind.

Die Schieberbewegung wird mittels des Schalthebels 132 in eine den Schalter 130 betätigende Schaltbewegung umgesetzt, wodurch die zugeordnete, eine schadenbegrenzende Maßnahme einleitende Einrichtung, z. B. die Alarmeinrichtung 120, aktiviert wird. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird dementsprechend einem Kolbenfresser bereits beim Beginn, das heißt sehr frühzeitig, entgegengewirkt, wodurch größere Motorschäden vermeidbar sind.

Der Schalter 130 ist als Doppelschalter ausgebildet, das heißt so aufgebaut, dass er sowohl bei einer Bewegung des Schiebers 122 in die eine Richtung als auch in die andere Richtung betätigbar ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jeder Kolbenfresser innerhalb eines der Figur 1 zugrundeliegenden Aggregats mit zwei gegenläufigen Hydrauliksystemen erkannt wird und zur Einleitung schadensbegrenzender Maßnahmen führt. Bei einem Motor mit mehreren Aggregaten hier vorliegender Art ist zweckmäßig jedem Aggregat eine erfindungsgemäße Überwachungs- einrichtung zugeordnet, wobei es selbstverständlich genügt, wenn durch die Schalter 130 sämtlicher Überwachungseinrichtungen eine gemeinsame Einrichtung zur Einleitung schadenbegrenzender Maßnahmen betätigbar ist.

In den dargestellten Beispielen ist ein einteiliger, stiftförmiger Schieber 122 vorgesehen. Es wäre aber auch denkbar, eine Schieberanordnung mit zwei jeweils einer Druckkammer zugeordneten, mechanisch miteinander verbundenen bzw. aneinander abgestützten Einzelschiebern vorzusehen, wie in Figur 3 durch eine unterbrochene Linie 139 beispielsweise angedeutet ist. Ebenso könnten anstelle eines einteiligen Schiebergehäuses natürlich auch voneinander getrennte Schiebergehäuse Verwendung finden. Die zweiteilige Ausführung der Schieber-und/oder Gehäuseanordnung kann die Herstellung und Montage der erfindungsgemäßen Druckwaage erleichtern. Sofern die Baugruppen voneinander beabstandet und beispielsweise durch einen Waagbalken miteinander verbunden sind, lässt sich auch eine gute Anpassungsfähigkeit an entsprechende Platzverhältnisse erreichen.

Hieraus ist erkennbar, dass dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um die Erfindung an die Verhältnisse des Einzelfalls anzupassen.