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Die Erfindung betrifft eine Motor-Pumpen-Baueinheit mit einem Motorzylinder mit darin gleitbarem, vom
Verbrennungsdruck eines selbstzündenden Kraftstoff-Luftgemisches betriebenen Motorkolben und einem
Pumpenzylinder mit mit dem Motorkolben antriebsverbundenem Pumpenkolben, und mit einer
Umsteuereinrichtung zur Bewegungsumkehr der hin- und hergehenden Kolben. Es sind Aggregate dieser Art bekannt, die als doppeltwirkende Freikolbenpumpen arbeiten und dabei Druckluft und damit allenfalls
Druckwasser erzeugen. Es ist damit auch möglich einen Luftstrahl zu erzeugen, der, basierend auf dem
Rückstossprinzip, für Luft- oder Wasserfahrzeuge als Antrieb dienen kann. Mit diesen bekannten Aggregaten, ist es jedoch nicht möglich, im Aggregat selbst und daher verlustarm einen Druckwasserstrahl hoher Energie zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen, vom wirtschaftlichem Standpunkt wie auch hinsichtlich des Umweltschutzes vorteilhaften Weg anzugeben, um Verbrennungsenergie, insbesondere auch unter
Heranziehung minderwertiger Brennstoffe, wie Altöl in eine zum Antrieb vorzugsweise von Wasserkraftwerken geeignete Energieform umzusetzen.
Die Erfindung besteht darin, dass zur Erzeugung eines Druckwasserstrahles für Antriebszwecke der
Pumpenzylinder als über steuerbare Ansaugöffnungen mit Wasser beaufschlagbarer und über eine unmittelbar ins
Freie ausmündende, steuerbare Strahldüse entleerbarer, vom Motorkolben in Ausschubrichtung betriebener, hydraulischer Zylinder ausgebildet ist, dass der Pumpen- und der Motorkolben mit dem Kolben eines einfachwirkenden, in Ansaugrichtung des hydraulischen Zylinders betriebenen pneumatischen Rückstellzylinders verbunden sind, und dass die Umsteuereinrichtung den Ein- und bzw. oder Auslass der Arbeitsmedien aller drei
Zylinder steuert. Ein solches Aggregat ist in der Lage, mit einer einstellbaren Impulsfolge von, beispielsweise zwei bis vier Sekunden, Wasser anzusaugen und danach unter hohem Druck wieder auszustossen. Dies ermöglicht eine Verwendung z.
B. als Speicherpumpe. Der Wasserstrahl kann aber auch für Antriebszwecke verwendet werden, wobei das Wasser in einem geschlossenem Kreislauf wieder zur Speisung des erfindungsgemässen Aggregates herangezogen werden kann. Vorzugsweise kann mit der erfindungsgemässen Einheit ein Turbinenlaufrad angetrieben werden, u. zw. solcherart, dass mehrere Einheiten über den Umfang verteilt zugeordnet werden, die wechselweise im Zweitakt arbeiten, so dass ein möglichst gleichmässiges Drehmoment entsteht. Bei vertikaler Laufradanordnung können verhältnismässig grosse Laufraddurchmesser angewendet werden, und es bestünde z. B. die Möglichkeit, ein Laufrad mit 16 Einheiten der erfindungsgemässen Bauart zu beaufschlagen und dabei Leistungen bis zu 120000 PS zu erreichen.
Da die beweglichen Teile des Aggregates je Minute etwa nur 20 bis 40 mal bewegt werden, ergibt sich ein relativ geringer Verschleiss bzw. eine grosse Lebensdauer. Die Anwendung des Dieselprinzips ermöglicht die Verwendung von Altöl, wodurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden, und ein weiterer positiver Beitrag zum Problem der Umweltverschmutzung geleistet wird. Darüber hinaus zeichnet sich eine Einheit in erfindungsgemässer Ausführung durch grösste Betriebssicherheit aus, da immer reines Betriebswasser verwendet wird und ein Verschleiss infolge des Sandgehaltes oder sonstiger Verunreinigungen des Wassers nicht entstehen kann.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kolben der drei Zylinder in an sich bekannter Weise auf einer gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sind, und dass der Kolben einer dem Motorzylinder zugeordneten Kraftstoff-Einspritzpumpe ebenfalls an der Kolbenstange befestigt ist. Der besondere Vorteil dieser Bauweise besteht in der Einfachheit der Konstruktion und einem relativ geringen Fertigungsaufwand, da hauptsächlich Drehflächen zu bearbeiten sind.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal trägt der hydraulische Zylinder an seinem freien Ende einen Abschlussdeckel, der einen die Strahldüse bildenden, zentralen rohrförmigen Fortsatz und um diesen angeordnete, die Ansaugöffnungen bildende Schlitze aufweist, und es sind die Strahldüse durch eine vor ihrer Öffnung schwenkbar angeordnete Klappe und die Ansaugöffnungen durch einen mit korrespondierenden Schlitzen versehenen, am Abschlussdeckel anliegenden Rundschieber steuerbar, wobei die schwenkbare Klappe und ein in eine Umfangszahnung des Rundschiebers eingreifendes Zahnrad auf einer gemeinsamen Steuerwelle angeordnet sind, die mittels eines mit ihr antriebsverbundenen, doppeltwirkenden pneumatischen Steuerzylinders verschwenkbar ist.
Das wechselweise öffnen und Schliessen der Strahldüse und der Ansaugöffnungen wird damit auf sehr einfache und zuverlässige Weise erreicht.
Schliesslich kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die Druckluftzufuhr zum Rückstellzylinder und Steuerzylinder von einem in an sich bekannten Weise an der Kolbenstange befestigten Ventilverstellstück gesteuert sein. Auch dieser Teil der Umsteuereinrichtung ist baulich sehr einfach ausführbar.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt einer Baueinheit nach der Erfindung und Fig. 2 eine Vorderansicht der Baueinheit in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1 gesehen.
Die abgebildete Baueinheit besteht im wesentlichen aus einem hydraulischen Zylinder --1-- mit darin gleitbarem Kolben--2--, einem dazu koaxial angeordneten und durch eine Zwischenwand--3--getrennten Arbeitszylinder --4-- mit zugehörigem Kolben --5-- und einem über eine weitere Zwischenwand-6koaxial daran anschliessenden, einfachwirkenden Rückstelizylinder-7-mit Kolben-8-.
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Der hydraulische Zylinder--l--trägt an seinem freien Ende einen Abschlussdeckel --9-- mit einem zentralen rohrförmigen Fortsatz--10--, der die Strahldüse des Injektors bildet. Im Bereich um den Fortsatz --10-- weist der Abschlussdeckel --9-- eine Anzahl, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Ansaugöffnungen --11-- in Form von im wesentlichen radialen Schlitzen auf. An der Vorderseite des Abschlussdeckels--9--ist ein Ansaugstutzen --12-- für das vom hydraulischen Zylinder--l--angesaugte Betriebswasser befestigt. Die vordere Öffnung der vom rohrförmigen Fortsatz--10--gebildeten Strahldüse ist durch eine vor ihr schwenkbar ungeordnete Klappe--13--steuerbar.
Zur Steuerung der Ansaugöffnungen --11-- ist ein an der Innenseite des Abschlussdeckels--9-- anliegender, frei drehbarer Rundschieber--14--vorgesehen, welcher mit den Ansaugöffnungen--11-- korrespondierende Schlitze besitzt. Der Drehantrieb des Rundschiebers erfolgt mittels eines Zahnrades--15--,
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hydraulischen Zylinders --1-- gelagerten Steuerwelle --16-- drehfest angeordnet. Die Steuerwelle--16-trägt an ihrem inneren Ende einen Hebel-17-, an dessen freiem Ende die Kolbenstange --18-- eines doppeltwirkenden pneumatischen Steuerzylinders--19--angelenkt ist. Die Steuerwelle--16--ist damit in einem dem Kolbenhub des Steuerzylinders--19--entsprechenden Winkelbereich verschwenkbar.
In der dargestellten Endlage des Steuerzylinders --19-- verschliesst die Klappe--13--die Strahldüse des hydraulischen Zylinders --1--, während die Ansaugöffnungen --11-- durch die mit ihnen in Decklage gebrachten Schlitze --20-- des Rundschiebers --14-- aufgesteuert sind. Diese Position entspricht dem Ansaugtakt des hydraulischen Zylinders
Die Kolben--2, 5 und 8--der drei Zylinder--l, 4 und 7-sind auf einer gemeinsamen, die Zwischenwände--3 und 6--durchsetzenden Kolbenstange--21--angeordnet und befinden sich in der aus Fig. 1 ersichtlichen Position in ihrer inneren Endlage. Die Kolbenstange--21--durchsetzt auch einen am
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Der vom Verbrennungsdruck eines selbstzündenden Kraftstoff-Luftgemisches nach dem Zweitaktprinzip betriebene Arbeitszylinder--4--weist einen Brennraum --26-- sowie aus den Zeichnungen nicht ersichtliche Einlassöffnungen für die Verbrennungsluft auf. Die zugehörige Einspritzdüse--27--ist in der Zwischenwand--6--angeordnet und wird über die Einspritzleitung--28--von der Einspritzpumpe - mit Kraftstoff beaufschlagt. Die Auspufföffnung des Arbeitszylinders --4-- ist mit --29-bezeichnet.
Die Kolbenstange --21-- trägt weiters im Bereich zwischen dem Abschlussdeckel-22-und der Einspritzpumpe--24--ein Ventilverstellstück--30--für eine hier nicht näher beschriebene Ventilanordnung, über welche der pneumatische Rückstellzylinder --7--mit Druckluft beaufschlagbar und bei seinem Rückgang entlüftbar ist.
In der dargestellten Endlage der Kolbenstange--21--hat der hydraulische Zylinder--l--soeben seinen Ansaugtakt beendet, so dass der Raum vor dem Kolben--2--mit Betriebswasser gefüllt ist. Gleichzeitig hat der Kolben--5--des Arbeitszylinders--4--das im Brennraum--29--befindliche Kraftstoff-Luftgemisch soweit komprimiert, dass Selbstzündung eintritt.
Zugleich wird der Steuerzylinder --19-- mit Druckluft beaufschlagt, so dass die Klappe --13-- die Strahldüse des hydraulischen Zylinders - freigibt und der Rundschieber --14-- die Ansaugöffnungen --11-- des hydraulischen Zylinders - l--verschliesst. Der Verbrennungsdruck bewegt den Kolben --5-- und damit auch den Kolben--2-- in die äussere Endlage (gemäss Fig. 1 nach links), so dass das im hydraulischen Zylinder--l--enthaltene Wasser über die Strahldüse mit hohem Druck ausgeschoben wird.
Nach beendetem Ausschub wird der Steuerzylinder - -19-- im entgegengesetzten Sinne angesteuert und gleichzeitig die Druckluftzufuhr zum Rückstellzylinder - -7-- eingeschaltet, so dass der Kolben --8-- und mit ihm die Kolbenstange --21-- samt allen daran befestigten Teilen in die aus Fig. 1 ersichtliche Position zurückkehrt.
Die Strahldüse kann auf die Schaufeln eines nicht dargestellten Laufrades einer Freistrahlturbine gerichtet sein, welche durch den Impuls des Wasserstrahles angetrieben wird.
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