Einrichtung zur Umkehrung der Bewegung der Kolbenstange einer Kolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umkehrung der Bewegung der Kolbenstange einer Kolbenmaschine, wobei diese Maschine mit einem polumschaltbaren linearen Drehstrom-Induktionsmotor angetrieben wird, bei dem die als Anker ausgebildete Kolbenstange durch die Induktion des magnetischen Feldes der die Kolbenstange umfassenden Spulen hin- und herbewegt wird.
Für die Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien nach dem Verdrängungsprinzip werden im allgemeinen aus Kolben und Zylindern bestehende Maschinensysteme verwendet, deren hin- und hergehende Kolbenbewegung über eine Kurbelwelle und Pleuelstange von einem rotierenden elektrischen Antriebsmotor aus erzeugt wird. Die Umwandlung der in den Antriebsmotor hineingesteckten elektrischen Energie in mechanische Arbeit geschieht hierbei grundsätzlich in rotierenden, das Kurbel- und Pleuelsystem antreibenden Motoren.
Für kleine Leistungen kann auch die Umwandlung der elektrischen Energie in Arbeit durch Magnete erfolgen, deren Magnetfeld periodisch zum Verschwinden gebracht wird. Die Möglichkeit für eine direkte Längsbewegung bietet sich mit dem bekannten linearen Drehstrom-Induktionsmotor. Bei dem linearen Induktionsmotor ist es möglich, bei entsprechender Anord nung polumschaltbarer Spulen, die mit mehrphasigem Strom gespeist werden, durch die Wirkung der dabei entstehenden magnetischen Induktion einer innerhalb der Spulen längsbeweglich angeordneten Anker in periodisch hin- und hergehende Längsbewegungen zu bringen, womit ebenfalls die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Arbeit erreicht wird.
Für die Einleitung der Längsbewegung des Ankers aus seiner Ruhestellung heraus ergibt sich, wie beim Anfahren des rotierenden Asynchronmotors für die fJberwindung der damit verbundenen hohen Anlaufkraft die Aufnahme eines sehr grossen Anlaufstromes, der sich ungünstig auf das Netz auswirken kann.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor so ausgebildet ist, dass seine Stromzuführung vor dem Erreichen eines Punktes einer Kolbenendstellung unterbrochen wird, dass die Einrichtung eine Hubumkehrvorrichtung aufweist, die zum Abbremsen der Kolbenstange dient und die Bremsenergie speichert, um die Kolbenstange in entgegengesetzter Richtung zu beschleunigen, und dass eine Polumschaltvorrichtung vorhanden ist, die den Strom einschaltet, um in einem zwciten Punkt des Hubweges die Kolbenstange auf die Synchrongeschwindigkeit zu bringen.
Auf den beiliegenden Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand veranschaulicht.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 die Anordnung des Kolbenkompressors (nicht für Pumpe geeignet) mit einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder, der im Zylinder eingebauter Hubumkehreinrichtung.
Fig. 2 die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe mit an beiden Seiten des linearen Antriebmotors angeordneten, einfach wirkenden Arbeitszylinder- gruppen, mit in den Zylindern eingebauten Hubumkehreinrichtungen.
Fig. 3 die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe, bei der zwischen einer einfach- oder doppeltwirkenden Arbeitszylindergruppe und einer getrennten Hubumkehreinrichtung der lineare Antriebsmotor angeordnet ist.
Fig. 4 die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe mit einer einfach- oder doppeltwirkenden Arbeitszylindergruppe, bei der die Hubumkehreinrichtung zwischen Arbeitszylindergruppe und linearem Antriebsmotor eingebaut ist.
Fig. 5 Die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe, bei der die Hubumkehreinrichtung an der Stirnseite des Arbeitszylinders angebracht ist.
Fig. 6 Die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe, bei der die Hubumkehreinrichtung seitlich an der Arbeitszylindergruppe oder seitlich des linearen Antriebsmotores angeordnet ist und über ein Hebelwerk mit beweglichen Kolbenstange in Verbindung steht.
Fig. 7 Die Anordnung des Kolbenkompressors oder Pumpe, bei der die Hubumkehreinrichtung seitlich an der Arbeitszylindergruppe oder seitlich des linearen Antriebsmotors angeordnet ist und über ein mit Anschlägen betätigtes Hebelwerk mit der beweglichen Kolbenstange in Verbindung steht.
Fig. 8 Die Anordnung der doppeltwirkenden Arbeitszylindergruppe 1 nach Fig. 1 mit beidseitigen, pneumatischen Kraftspeichern.
Fig. 9 Die Anordnung der einfachwirkenden Zylindergruppe 2 nach Fig. 2 mit auf der Kolbenrückseite eingebauten pneumatischen Kraftspeichern innerhalb des Arbeitszylinders als Hubumkehreinrichtung.
Fig. 10 Die Anordnung der einfach wirkenden Zylindergruppe 2 nach Fig. 2 mit eingebauter, mechanischer Kraftspeichereinrichtung für die Hubumkehrung. Die Fig. 10 zeigt eine Einrichtung zur Speicherung der Federkraft auf der Kolbenrückseite als Hub umkehreinrichtung.
Fig. 11 Die Anordnung der einfachwirkenden Zylindergruppe 2 nach Fig. 2 mit an der Stirnseite des Arbeitszylinders aussen angeordneten, über Anschlag betätigten, pneumatischen Kraftspeichern als Hubumkehreinrichtung.
Fig. 12 Die Anordnung der einfachwirkenden Zylindergruppe 2 nach Fig. 2, bei der der an der Stirnseite des Arbeitszylinders aussen angebrachte, pneumatische Kraftspeicher als Hubumkehreinrichtung über den mit dem Arbeitskolben in fester Verbindung stehenden Bremskolben betätigt wird.
Fig. 13 Die Anordnung der Hubumkehreinrichtung 7 nach Fig. 3, 4, 5 mit beidseitigen, pneumatischen Kraftspeichern.
Fig. 14 Die Anordnung der Hubumkehreinrichtung 7 nach den Fig. 3, 4 5 mit beidseitig eingebauter Einrichtung zur Speicherung der Federkraft.
Fig. 15 Die Anordnung der Polumsteuerung am linearen Drehstrom-Induktionsmotor bei der Impulsgebung durch Abgreifer.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung befindet sich an einer Seite des linearen Drehstrom-Indul:tions- motors 6 die doppeltwirkende Zylindergruppe 1 mit in dem Zylinder eingebauten Hubumkehreinrichtungen.
Der Arbeitskolben der Zylindergruppe 1 ist mit der längsbeweglichen Kolbenstange 5 fest verbunden, sodass während jeder Längsbewegung, sowohl bei Hin gang als auch bei Hergang, in einer Zylinderhälfte das Medium angesaugt und in der anderen Zylinderhälfte unter Arbeitsaufnahme verdrängt wird. Die als Anker wirkende Kolbenstange 5, welche innerhalb der vom mehrphasigen Strom gespeisten Spulen des linearen Induktionsmotors 6 frei beweglich angeordnet ist, erhält ihre Längsbewegung durch die innerhalb der Spulen zur Wirkung kommenden magnetischen Induktion.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung befinden sich zu beiden Seiten des linearen Drehstrom-Induk tionsmotors 6 die einfach wirkenden Zylindergruppen 2 mit in den Zylindern eingebauten Hubumkehreinrichtungen. Die Arbeitskolben der beiden Zylindergruppen 2 sind mit der längsbeweglichen Kolbenstange 5 fest verbunden, sodass während jeder Längsbewegung, sowohl bei Hingang als auch bei Hergang, in einem Zylinder das Medium angesaugt und im anderen Zylinder unter Arbeitsaufnahme verdrängt wird. Die als Anker wirkende Kolbenstange 5 erhält hierbei ebenfalls ihre Längsbewegung durch die Induktionswirkung der Spulen des linearen Drehstrom-Induktionsmotors 6.
Bei der in den Fig. 3-5 gezeigten Anordnung sind Arbeitszylindergruppe und Hubumkehreinrichtung getrennt. Nach Fig. 3 befindet sich hierbei die Zylindergruppe 3, die beispielsweise, wie schematisch dargestellt, doppeltwirkend sein kann, an einer Seite des linearen Drehstrom-Induktionsmotors 6 und gegen überliegend die Hubumkehreinrichtung 7.
Nach Fig. 4 befindet sich die Hubumkehreinrichtung 7 zwischen Arbeitszylindergruppe 3 und linearem Drehstrom-Induktionsmotor 6.
Nach Fig. 5 ist die Hubumkehreinrichtung 7 vom Arbeitszylinder 4 getrennt, an der Stirnseite des Arbeitszylinders angeordnet, wobei in diesem Fall der Arbeitszylinder 4 für die durchgehende Kolbenstange 5 zwei Stopfbüchsen erhält.
In allen drei Anordnungen (Fig. 3-5) stehen die Arbeitskolben der Zylindergruppe 3 bzw. 4 mit dem Bremskolben der Hubumkehreinrichtung 7 über die längsbewegliche Kolbenstange 5 in fester Verbindung.
Die Längsbewegung der als Anker wirkenden Kolbenstange 3 wird, wie bei den Fig. 1 und 2 bereits erwähnt, ebenfalls durch die Induktionswirkung der mit mehrphasigem Strom gespeisten Spulen bewirkt.
Bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Anordnung ist die Hubumkehreinrichtung 7 seitlich von den doppeltwirkenden Arbeitszylindergruppen 3 oder seitlich vom linearen Drehstrom-Induktionsmotor 6 (nicht dargestellt) angeordnet.
Bei der Darstellung nach Fig. 6 erfolgt die Bewegung des in der Hubumlçebreinrichtung 7 eingebauten Bremskolbens über ein Hebelwerk 8. Das im Festpunkt 9a gelagerte Hebelwerk 8 erhält über den an der Kolbenstange 5 fest angebrachten Drehpunkt 9 seine Bewegung und betätigt hierbei den Bremskolben in der Hubumkehreinrichtung 7. Bei der Darstellung nach Fig. 7 wird der Bremskolben der Hubumkehreinrichtung 7 über einen im Festpunkt 11 beweglich gelagerten Hebel 10 und von den an der Kolbenstange 5 fest angebrachten Anschlägen 12 in Bewegung gebracht.
Bei der in Fig. 8 dargestellten, doppeltwirkenden Zylindergruppe 1 nach Fig. 1, die an einer Seite des linearen Drehstrom-Induktionsmotors 6 angeordnet ist, wird in der Zylinderbohrung 14 des Zylinders 13 mit den an beiden Zylinderseiten angeordneten Saugventilen 16 und Druckventilen 15, der Kolben 19, versehen mit Abdichtelementen 20, der an der zum linearen An triebsmotor 6 hin zugewettdeten Seite mit der Kolben stange 5 und an der anderen Seite mit einem Führungszapfen 18 gleichen Durchmessers fest verbunden ist, geführt. In den zu beiden Seiten des Zylinders 13 eingebauten Stopfbüchsen 17 erfolgt die Führung und Abdichtung der Kolbenstange 5 bzw.
Führungszapfens
18, sodass für den Hubraum die aus dem Zylinderboh rungsdurehmesser 14 und dem Durchmesser der Kolraum 22 und zwar so lange, bis in Punkt a des Kolbenbenstange 5, bzw. des Führungszapfens 18 sich erge bende Ringfläche 21 zu beiden Seiten des Kolbens 19 bestimmend ist.
Die Öffnungen 103 zu den Ventilen 15 und 16 sind am Zylinder 13 so angebracht, dass die am Übergang zar Zylinderbohrung 14 liegenden, inneren Öffnungskan- ten 23 im Abstand A von der Innenseite 102 der Zylinderböden zu liegen kommen.
In der oberen Halfte der Fig. 8 ist die Lage des Kolbens 19 in seiner linken Endstellung und in der unteren Hälfte in der aus dem Hubweg 5 sich ergebenden rechten Endstellung gezeichnet.
Bei der Bewegung des Kolbens 19 erfolgt je nach der Bowegungsrichtung in einer Zylinderseite das Ansaugen und in der anderen Zylinderseite das Komprimieren und Verdrängen des zu fördernden gasförmigen Mediums in der Zone zwischen an beiden Seiten des Zylinders angeordneten Ventilen 15 und 16. Bei der beispielsweiscx Bewegung des Kolbens 19 nach links wird beim Überfahren der Steuerkante 23 die Verbindung 103 zum Druckventil 15 zwangsläufig unterbrochen und damit das Ausschieben des Mediums beendet. Die an beiden Zylinderseiten gleichen Abstände A sind somit bestimmend für den wirksamen Förderhub s.
Nach dem Überfahren der Steuerkante 23 erfolgt ein Weiterlaufen des Kolbens 19 im verbleibenden Restraum 22 und zwar so lange, bis in Punkt a des Kolbenweges kurz vor dem Totpunkt das Ausschalten des Stromes im linearen Drehstrom-Induktionsmotor 6 erfolgt.
Infolge der durch die Bewegungsgeschwindigkeit hervorgerufenen Massenkraftwirkung behält der Kolben 19 mit Kolbenstange 5 und Führungszapfen 18 ihre Bewegung bei. Diese Bewegung wird jedoch durch den auf die Stirnfläche 21 wirkenden Druck, der sich nach dem Dberfahren der Steuerkante 23 im Restraum 22 über dem Niveau des Förderdruckes aufbaut so lange abgebremst, bis Stillstand eintritt, wobei im Zeitpunkt des Stillstandes im Restraum 22 ein dem zusammengepressten Mediumvolumen zugeordneter max.- Druck sich einstellt. Druckverlauf im gezeichneten Druckweg-Diagramm dargestellt.
Dureh die Wirkung dieses Druckes auf die Stirnfläche 21 wird die Bewegung des Kolbens 19 mit der fest verbundenen Kolbenstange 5 und dem Führungszapfen 18 in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet.
Durch das Arbeitsvermögen des aus dem ringförmigen Raume 22 sich entspannenden Mediums wird der Kolben 19 so beschleunigt, dass dieser im Zeitpunkt des Stromeinschaftens nach inzwischen erfolgter Polumschaltung im Punkt b des Kolbenweges, der mit der Steuerkante 23 zusammenfallen kann, die zur Vermeidung des toten Anlaufstromes erforderliche Syn- chrongeschwindigkeit annähernd erreicht hat. Es liegt auch im Sinne der Erfindung, wenn das zwangsläufige Verschliessen der Druckventile nicht durch Überfahren der Abskömoffnungen 1013 vom Kolben 19 erfolgt, sondern durch mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Einrichtungen zum Verschliessen der Druck ventile 15 selbst in einer bestimmten Lage des Kolbenweges vor Erreichung der Totlagen bewirkt wird.
Für die Förderung von Medien ohne oder nur mit sehr geringer Kompressibilität, z. B. Flüssigkeiten, ist diese Einrichtung für die Kolbenumkehr nicht geeignet, sodass sich deren Verwendung nur auf Kolbenkompressoren für die Gasförderung beschränkt.
Bei der in Fig. 9 dargestellten, einfachwirkenden Zylindergruppe 2, die entsprechend der Anordnungnach Fig. 2 zu beiden Seiten des linearen Drehstrom Induktionsmotors 6 angeordnet ist, werden in den Zylinderbohrungen 25 der beiden Arbeitszylinder 24, an deren Stirnseiten das oder die Saugventile 16 und Druckventile 15 angeordnet sind, die Kolben 28, versehen mit Dichtelementen 29 und an beiden Seiten der Kolbenstange 5 mit dieser zu einer festen Einheit verbunden, geführt.
In der oberen Hälfte der Fig. 9 ist die Lage des Kolbens 28 in seiner linken Endstellung und in der unteren Hälfte in der aus dem Hubweg s sich ergebenden rechten Endstellung gezeichnet. Der Kolben 28 erhält an der Rückseite der wirksamen Stirnfläche 31 einen zylindrischen Ansatz 30 mit dem Durchmesser x, der bei der Kolbenbewegung nach rechts in die ko-axial zur Zylinderbohrung 25 anbgebrachte Bohrung 27, die sich entweder im festen Zylinderbund 26, Darstellung untere Hälfte, oder in einer längsverschiebbaren Büchse 35, Darstellung obere Hälfte, befindet, unter Bildung einer ringförmigen Speicherkammer 33 einläuft.
In der ringförmigen Kammer 33 wird vom Beginn des Einlaufens des Kolbenteiles 30 in die Bohrung 27 aus die Länge des Hubweges s', das darin enthaltene gasförmige Medium, normalerweise Luft, komprimiert, wodurch ein Abbremsen des in Bewegung sich befindlichen Kolbens 28 mit der Kolbenstange 5 bewirkt wird.
Zur Gewährleistung der Kompression ist die Dichtheit in der Berührungszone der Bohrung 27 erforderlich, was z. B. durch Eindrehen von Labyrinthnuten, entweder am Umfang des zylindrischen Absatzes 30 oder innerhalb der Bohrung 27 oder in beiden, erreicht werden kann.
Die Grösse des Ringraumes 33 bestimmt den Bremsweg s'. Bei einer Anordnung eines z. B. durch Gewinde längsverschiebbaren Einsatzes 35, an dessen Bund 36 die Abdichtung nach aussen durch das eingesetzte Dichtelement 37 erfolgt, kann die genaue Endlage des durch die Abbremsung zum Stillstand gekommenen Kolbens 28 eingestellt werden.
Bei der gleichzeitigen Bewegung der beiden Kolben 28 erfolgt in einem Zylinder 24 das Ansaugen und im gegenüberliegend angeordneten Zylinder 24 das Komprimieren und Ausschieben des zu fördernden Mediums, entsprechend des gezeigten Druckweg-Dia, grammes. Bei der Hubbewegung des Kolbens 28 wird in einem bestimmten Punkt a des Hubweges, kurz vor der Endstellung über besondere Einrichtungen die Stromzufuhr zum linearen Induktionsmotor 6 unterbrochen, sodass die für die Längsbewegung erforderliche Induktionswirkung in den Spulen und damit die Kraftwirkung aufgehoben wird.
Infolge der durch die Bewegungsgeschwindigkeit hervorgerufenen Massenkraftwirkung behalten jedoch die Kolben 28 mit der Kolbenstange 5 ihre Bewegung bei. Diese Bewegung wird in einem Zylinder durch den auf die Kolbenstirnfläche 31 wirkenden Mediumdruck selbst und im anderen Zylinder durch den Druckauf- bau des in der ringförmigen Kammer 33 eingeschlossenen Medium, üblicherweise Luft, solange abgebremst, bis Stillstand eintritt, wobei im Zeitpunkt des Stillstandes in der ringförmigen Kammer 33 ein dem zusammengepressten Luftvolumen zugeordneter Druck sich einstellt. Druckverlauf im dazugehörigen Druckweg- Diagramm dargestellt.
Durch die Wirkung des in der Kammer 33 aufgebauten Druckes auf die wirksame Ringfläche 34 des Kolbens 28 in einem Zylinder 24 und durch die Wirkung des vollen Mediumdruckes auf die wirksame Stirnfläche 31 des Kolbens 28 im anderen Zylinder wird die Bewegung der mit der Kolbenstange 5 fest verbundenen beiden Kolben 28 in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet.
Durch das Arbeitsvermögen der aus der ringförmigen Kammer 34 in einem Zylinder 24 sich entspannenden Luft und des gleichzeitig aus dem Schadraum 32 im anderen Zylinder 24 sich entspannenden Fördermediums werden die Kolben 28 mit der Kolbenstange 5 so beschleunigt, dass diese im Punkt b des Hubweges s, in dem die Stromeinschaltung nach inzwischen erfolgter Polumkehr stattfindet, die zur Vermeidung des hohen Anlaufstromes erforderliche Synchrongeschwindigkeit annähernd erreicht haben.
Bei der Förderung von Medien ohne oder mit nur sehr geringer Kompressibilität, z. B. Flüssigkeiten, kann die Kolbenumkehr bei entsprechender Dimensionierung durch den Ringraum 33 allein bewirkt werden.
Zur Verhinderung des Überganges der im Ringraum 33 durch das Zusammenpressen der Luft zwangsläufig entstehenden Wärme auf die Kolbenstange 5, können geeignete Kühl einrichtungen in bekannter Art vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Die Wirkungsweise der für die Bewegungsumkehr erforderlichen Kraftspeicherung für die Anordnung der Zylindergruppen 2 gemäss Fig. 2 kann sinngemäss auch in einer mechanisch wirkenden Anordnung, die z. B. mit Federkraft arbeitet, gemäss der schematischen Darstellung in Fig. 10 erreicht werden.
Die in der Bohrung 39 der beiden Zylinder 38 laufenden, mit der Kolbenstange 5 fest verbundenen Kolben 40 erhalten an der Rückseite der für die Förderung wirksamen Stirnfläche 31 einen Absatz 41 mit einem Durchmesser y, der je nach der Kolbenkonstruktion gleich oder kleiner als der Durchmesser der Zylinderbohrung 39 ausgeführt sein kann.
Auf dem dem linearen Induktionsmotor hin zugewandten Ende des Zylinders 38 sind als Zugfedern wirkende Federelemente 44 angebaut, die mit einem die Kolbenstange 5 umfassenden Anschlagteil 43 so verbunden sind, dass bei Anschlag der am Kolbenteil 41 angebrachten Stirnfläche 42 die Federelemente in axialer Richtung zum linearen Antriebsmotor hin ge spannt werden.
Bei der gleichzeitigen Bewegung der beiden Kolben 28 erfolgt bei der gegebenen Zylinderanordnung gemäss Fig.2 in einem Zylinder 38 das Ansaugen und im anderen Zylinder 38 das Komprimieren und Ausschieben des zu fördernden Mediums, wobei wiederum in einem bestimmten Punkt a die Stromausschaltung zur Aufhebung der Kraftwirkung im linearen Induktionsmotor erfolgt.
Die durch die Massenkraftwirkung verursachte Weiterbewegung der Kolben 40 mit Kolbenstange 5 wird hierbei in einem Zylinder 38 durch den auf die Stirnfläche 31 wirkenden Mediumdruck selbst, und im anderen Zylinder 38 durch Spannen der Federelemente 44, welche über den von der Anschlagfläche 32 in Längsrichtung bewegten Anschlagteil 43 gespannt werden, abgebremst und zum Stillstand gebracht, wobei die zum Ziehen der Federelemente 44 erforderliche Kraft einen dem Federweg s' proportionalen Höchstwert annimmt.
Durch die Wirkung der Kraft in den gezogenen Federelementen 44 in einem Zylinder 38 und durch die gleichzeitige Wirkung des vollen Mediumdruckes auf die wirksame Stirnfläche 31 des Kolbens 40 im anderen Zylinder 38, wird die Bewegung der mit der Kolbenstange 5 fest verbundenen Kolben 40 in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet.
Hierbei werden die Kolben 40 mit Kolbenstange 5 in einem Zylinder 38 durch die in den Federelementen 44 aufgespeicherte Kraft und gleichzeitig im anderen Zylinder 38 durch die Kraftwirkung des sich aus dem Schadraum 32 entspannenden Mediums so beschleunigt, dass diese im Punkt b des Hubweges, in dem die Stromeinschaltung nach inzwischen erfolgter Polumschaltung stattfindet, die zur Vermeidung des hohen Anlaufstromes erforderliche Synchrongeschwindigkeit annähernd erreicht haben.
Zur Förderung von Medien ohne oder mit nur sehr geringer Kompressibilität, z. B. Flüssigkeiten, kann die Kolbenumkehr bei entsprechender Dimensionierung der Federelemente 44 durch die Federkraft der Speichereinrichtung allein bewirkt werden.
Die Fig. 11 zeigt schematisch den Einbau der durch Anschlag betätigten, pneumatisch wirkenden Hubumkehreinrichtung an den Stirnseiten der einfach wirkenden Zylindergruppen 2 gemäss Anordnung nach Fig. 2.
Bei dieser Anordnung erfolgt der Einbau der Hub umkehreinrichtung nicht an der Rückseite des Zylinders 45 in dessen Bohrung 46 der Kolben 48 mit fest verbundener Kolbenstange 5 läuft, sondern an der Stirnseite der beiden Zylinder 45, z. B. im Zylinderkopf selbst. In der Bohrung 58 des fest oder längsver; schiebbar angeordneten Bremszylinders 57 wird längsbeweglich der Bremskolben 51 eingesetzt, der über den Führungsbolzen 52 mit der Anschlagplatte 53 in Verbindung steht. Die Abdichtung des wirksamen Hubraumes im Zylinder 45 nach aussen erfolgt durch das den Führungsbolzen 52 umfassende Dichtelement 55 in bekannter Ausführungsform.
Die zwischen der An schlagslaffe 53 und dem inneren Zylinderbogen 47 eingesetzte Druckfeder 54 bewirkt, dass bei der Bewegung des Arbeitskolbens 48 nach rechts der Bremskolben 51 am Anschlag 56 fest zum Anliegen gebracht wird, wobei dann der oder die Luftzuführungsschlitze 59 des Bremszylinders 57 frei gesteuert sein müssen.
Die Fig. 11 zeigt in der oberen Hälfte die Lage des Arbeitskolbens 48 in seiner linken Endstellung und in der unteren Hälfte in seiner durch den Hubweg s sich ergebenden rechten Endstellung. Bei der Bewegung des Arbeitskolbens 48 nach rechts wird beim Anschlagen der Anschlagplatte 53 auf der Anschlagfläche 50 des Arbeitskolbens 48 die zur Verkleinerung des Schadraumes 49 in einer zentrisch angeordneten Vertiefung der Stirnfläche 31 angebracht sein kann, der Bremskolben 51 in der Bohrung 58 des Bremszylinders 57 nach rechts bewegt. Bei dieser Bewegung wird die Luftzufuhr über die Schlitze 59 unterbrochen und durch die Kompression der Druck innerhalb des Raumes 60 aufgebaut, wobei auch gleichzeitig ein Spannen der Druckfeder 44 erfolgt.
Bei der gleichzeitigen Bewegung der beiden Kolben 48, die mit der Kolbenstange 5 fest verbunden sind, erfolgt bei der gegebenen Zylinderanordnung in einem Zylinder 45 das Ansaugen und im anderen Zylinder 45 das Komprimieren und Ausschieben des zu fördernden Mediums, wobei wiederum in einem bestimmten Punkt a des Hubweges, kurz vor den Kolbenendstellungen, die Stromausschaltung zur Aufhebung der Kraftwirkung im linearen Induktionsmotor 6 erfolgt.
Die durch die Massenkraftwirkung verursachte Weiterbewegung der Kolben 48 mit fest verbundener Kolbenstange 5 wird hierbei durch den Druck des geförderten Mediums selbst und durch den gleichzeitigen Druckaufbau des im Raume 60 des Bremszylinders 57 eingeschlossenen Mediums, üblicherweise Luft, so lange gebremst, bis Stillstand eintritt, wobei im Zeitpunkt des Stillstandes im Raume 60 ein dem zusammengepressten Luftvolumen zugeordneter Druck sich einstellt. Im gegenüberliegenden Zylinder 45 erfolgt bei dieser Anordnung keine Bremswirkung.
Durch die Wirkung des im Raume 60 des Bremszylinders 57 aufgebauten Druckes auf die wirksame Stirnfläche des Bremskolbens 51 und der gleichzeitigen Wirkung des vollen Mediumdruckes auf die wirksame Stirufläche 31 des Arbeitskolbens 48 wird die Bewegung der mit der Kolbenstange 5 fest verbundenen beiden Kolben 48 in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet, wobei dann wiederum, wie oben beschrieben, bei Erreichung der Synchrongeschwindigkeit im Punkt b die Stromeinschaltung erfolgt. Bei nicht kompressiblen Fördermedien, z. B. Flüssigkeiten, entfällt die Wirkung der Druckentspannung aus dem Schadraum 49 für die Rückbewegung, in diesem Fall ist der Bremszylinder 57 mit Kolben 51 und die Druckfeder 54 so auszulegen, dass die Rückbewegunsg von diesen allein bewirkt wird.
Es liegt auch im Wesen der Erfindung, wenn kein Brexnszylir ier 57 mit Kolben 51 eingebaut wird und bei entspnechender Dimensionierung die Kolbenum kelir allein von der Druckfeder 54 bewirkt wird.
Die Fig 12 zeigt schematisch den Einbau einer pneumatisch wirkenden Hubumkehreinrichtung an der Stirnseite der einfachwirkenden Zylindergruppen 2 gemäss Fig 2, mit Bremskolben, die mit den Arbeitskolben in fester Verbindung stehen.
Bei dieser Anordnung besteht die Hubumkehreinrichtung aus einem an der linken Stirnseite. des Zylinders 61 zentrisch zur Zylinderbohrung 62 angebrachten Bremszylinder 68 mit der Bohrung 69, die auf einen bestimmten Abschnitt über Schlitze 71 mit der Aussenluft in Verbindung steht. In der Bohrung 69 wird der Bremskolben 67, der mit der Führungstange 66 mit dem in der Zylinderbohrung 62 des Zylinders 61 laufenden Arbeitskolbens 63 in fester Verbindung steht, geführt. Die Abdichtung des Hubraumes im Zylinder 61 nach aussen erfolgt durch die am Kolben 63 eingesetzten Kolbendichtringe 29 und durch das die Verbindungsstange 66 umfassende Dichtelement 75, welche an der Durchgangsbohrung der Zylinderstirnseite eingesetzt ist.
An der linken Stirnseite des Bremszylinders 68 ist für die Einstellung des Bremsweges s' ein axial längsverschiebbarer Einsatz 73 eingesetzt, in dem zur Abdichtung in der zylindrischen Führungszone 72 ein Dichtelement 74 angebracht wird. Ist eine Einstellung des Bremsweges s' nicht erforderlich, kann anstelle des Einsatzes 73 der Bremszylinder 68 zum Abschluss des Raumes 70 ein mit dem Bremszylinder 68 fest verbundenes Bodenstück erhalten (nicht dargestellt).
Die Fig. 12 zeigt in der oberen Hälfte die Lage des beitskolbens 63 in seiner linken Endstellung und in der unteren Hälfte in seiner durch den Hubweg s sich ergebenden rechten Endstellung.
Bei der Bewegung des Arbeitskolbens 63 von rechts nach links wird gleichzeitig der über die Verbindungstange 66 fest am Arbeitskolben 63 angebrachte Bremskolben 67 entlang der Schlitze 71 so lange verschoben, bis durch die vordere Steuerkante 104 des Bremskolbens 67 die Verbindung der Bohrung 69 zur Aussenluft zwangsläufig unterbrochen wird. Das Weiterlaufen des Arbeitskolbens 63 und damit des Bremskolbens 67 erfolgt unter Druckanstieg im Raume 70 so lange, bis in Punkt a des Kolbenweges s kurz vor dem linken Totpunkt das Ausschalten des Stromes im linearen Induktionsmotor erfolgt.
Infolge der durch die Bewegungsgeschwindigkeit hervorgerufenen Massenkraftwirkung behält der Kolben 63 mit Kolbenstange 5 und Bremskolben 67 seine Bewegung bei. Diese Bewegung wird jedoch durch den auf die Stirnfläche 64 des Arbeitskolbens 63 wirkenden Mediumdruck und durch den Druck, der sich nach dem Überfahren der Öffnungsschlitze 71 im Raum 70 aufbaut, solange abgebremst, bis Stillstand eintritt, wobei im Zeitpunkt des Stillstandes im Raume 70 ein dem zusammengepressten Luftvolumen zugeordneter Maximaldruck herrscht. Druckverlauf im gezeichneten Druckweg-Diagramm dargestellt.
Durch die Wirkung dieses Druckes auf die Stirnfläche des Bremskolbens 67 und der gleichzeitigen Wirkung des Mediumdruckes im Zylinder-Restraum 65 wird die Bewegung des Kolbens 63 mit der Kolbenstange 5 in entgegengesetzter Richtung eingeleitet.
Durch das Arbeitsvermögen des im Raume 70 und im Zylinder-Restraum 65 sich entspannenden Mediums wird der Kolben 63 mit Kolbenstange 5 so beschleunigt, dass dieser im Zeitpunkt des Stromeinschaltens nach inzwischen erfolgter Polumschaltung im Punkt b des Kolbenweges s die zur Vermeidung des hohen Anlaufstromes erforderliche Synchrongeschwindigkeit erreicht hat.
Da bei diesen Kolbenbewegungen über einen grossen Wegbereich über die Schlitze 71 die Verbindung der Bohrung 69 und damit zum Bremsraum 70 zur Aussenluft offen bleibt, karm hiermit eine gute Abkühlung bewirkt werden.
Wie aus den in den Fig. 9, 10, 11, 12 schematisch dargestellten Zylinderanordnungen hervorgeht, ist es möglich, die Speichereinrichtung so abzustimmen, dass die Hubumkehr der Arbeitskolben durch den in den Schadräumen der Arbeitszylinder wirkenden Mediumdruck und die Hubbegrenzung durch die Lage und Grösse der Speichereinrichtungen bewirkt wird.
Die Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung einer vom Arbeitszylinder getrennten Anordnung einer pneumatisch wirkenden Hubumkehreinrichtung 7 mit doppeltwirkender Funktion gemäss den Zylinderanordnungen nach den Fig. 37.
Bei Zylindergruppen für Kolbenkompressoren und Pumpen, die den Einbau der Hubumkehreinrichtungen in den Arbeitszylindern selbst nicht zulassen, z. B. bei doppeltwirkenden Zylindern, können die Hubumkehreinrichtungen für Kolben-Hin- und Hergang erfindungsgemäss in einer von den Zylindern getrennten Einheit angeordnet wenden.
Bei den - Anordnungen nach Fig. 3-5 sind die Arbeitskolben der Arbeitszylinder 3 nach Fig. 3 und 4, und 4 nach Fig. 5, über die Kolbenstange 5 mit den für die Hubumkehreinrichtung 7 erforderlichen Bremskolben fest verbunden.
Bei den Anordnungen nach Fig. 6 und 7 stehen die Bremskolben der Hubumkehreinrichtung 7 über Hebeleinrichtungen 8 nach Fig. 6 bzw. 10 nach Fig. 7 mit der Kolbenstange 5 in Verbindung. Wie in Fig. 13 dargestellt, erhält die pneumatisch wirkende Hubumkehreinrichtung bei der gezeichneten Anordnung einen Bremszylinder 76 mit der Bohrung 77, die in der Mitte der wirksamen Hublänge über Schlitze 84 mit der Aussenluft in Verbindung steht. In der Zylinderbohrung 77 wird der Bremskolben 85, der mit der in der Bohrung 78 geführten Kolbenstange 5, gemäss den Anordnungen nach Fig. 3-5, oder mit einer separaten Führungsstange, gemäss den Anordnungen nach Fig. 6 und 7, geführt.
An beiden Seiten des Zylinders 76 wird nach der Darstellung in Fig. 13, obere Hälfte, zur Einstellung des Bremsweges s' ein achsial längs verschiebbarer Einsatz 80 eingesetzt, in dem zur Abdichtung des zylindrischen Führungsteiles 81 ein Dichtelement 82 bekannter Ausführungsform angebracht ist. In den Bohrungen 78 für die Führung der Kolbenstange bzw.
Führungsstange 5 wird ebenfalls ein die Stangen umfassendes Dichtelement 83 eingesetzt.
Ist eine Einstellung des Bremsweges s' nicht erforderlich, kann anstelle des längsverschiebbaren Einsatzes 80 der Bremszylinder 76 zum Abschluss des Raumes 87 an beiden Seiten ein mit dem Bremszylinder 76 fest verbundenes Bodenstück 79 erhalten. (Darstellung untere Hälfte in Fig. 13).
Die Fig. 13 zeigt in der oberen Hälfte die Lage des Bremskolbens 85 in seiner linken Endstellung und in der unteren Hälfte in seiner durch den Hubweg s sich ergebenden rechten Endstellung. Die Länge des Bremskolbenhubes und die Lage der Bremskolben 85 entsprechen der Bewegung der Arbeitskolben in den Arbeitszylindern.
Bei der Bewegung des mit den Arbeitskolben in Verbindung stehenden Bremskolbens 85 von rechts nach links entlang der Schlitze 84 wird durch die Steuerkante 105 an den Schlitzenden die Verbindung der Bohrung 77 zur Aussenluft zwangsläufig unterbrochen. Das Weiterlaufen des mit dem Arbeitskolben in Verbindung stehenden Bremskolbens 85 erfolgt unter Druckanstieg im Raume 87 so lange, bis in Punkt a des Kolbenwegs s, kurz vor dem linken Totpunkt des Ausschalten des Stromes im linearen Induktionsmotor erfolgt.
Infolge der durch die B ewegungsgeschwindigkeit hervorgerufenen Massenkraftwirkung behält der Arbeitskolben mit der fest angebrachten Kolbenstange 5 und damit der Bremskolben 85 seine Bewegung bei.
Diese Bewegung wird jedoch durch den auf die Stirnfläche des Arbeitskolbens wirkenden Mediumdruck und durch den Druck, der sich nach dem Überfahren der Öffnungsschlftze 84 im Ringraum 87 aufbaut, so lange abgebremst, bis Stillstand eintritt, wobei im Zeitpunkt des Sillstandes im Ringraum 87 ein dem zusammengepressten Luftvolumen zugeordneter Druck herrscht. Druckverlauf im Ringraum 87 im gezeichneten Druckweg-Diagramm dargestellt.
Durch die Wirkung dieses Druckes auf die Stirnflä che 86 des Bremskolbens 85 und der gleichzeitigen Wirkung des Mediumdruckes auf die Stirnfläche des Arbeitskolbens wird die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung eingeleitet, wobei durch das Arbeitsvermögen bei der Entspannung des Medium im Raume 87 und im Restraum des Arbeitszylinders die Kolben mit Kolbenstange 5 so beschleunigt werden, dass diese im Punkt b des Hubweges bei Einschlatung des Stromes die annähernde Synchrongeschwindigkeit erreicht haben.
Die soeben beschriebene Bremswirkung tritt sowohl bei Kolben-Hin- als auch Hergang ein.
Bei der Förderung nicht kompressibler Flüssigkeiten kann die doppeltwirkende Hubumkehr so ausgelegt werden, dass diese die Funktion der Umkehrung allein übernimmt. Bei der in Fig. 14 gezeigten doppeltwirkenden, mechanischen Hubumkehreinrichtung werden anstelle der als Kraftspeicher wirkenden Kompressionsräume 87 nach Fig. 13 als Zugfedern wirkende Federelemente 93 und 93a eingesetzt. Die Kolbenstangen 5 bzw. Führungsstangen erhalten einen bundförmigen Abschnitt 90, der längsbeweglich in einem Zylinder 88 angeordnet ist.
An beiden Seiten des Zylinders 88 sind Federelemente 93 und 93a so eingesetzt, dass diese bei der Kolbenbewegung nach dem Anschlagen durch die aus dem Bund 90 sich ergebenden Stirnfläche 91 an den Anschlagplatten 92 unter Kraftaufwand gespannt werden. Bei der Kolbenbewegung nach rechts wird das rechte Federelement 93a gespannt, in Fig. 14 Darstellung in unterer Hälfte, bei der Kolbenbewegung nach links wird das linke Federelement 93 gespannt, in Fig. 14 Darsteilung in oberer Hälfte.
Entsprechend der vorausgegangenen Funktionsbeschreibungen erfolgt auch mit dieser Einrichtung bei Erreichung der Kolbenendstellungen durch die Wirkung der in der Federelementen 93 und 93a gespeicherten Kraft nach eingetretenem Kolbenstillstand die Huburakehr, wobei ebenso im Punkt b des Hubweges die Einschaltung des Stromes bei annähernd erreichter Synchrongeschwindigkeit der Kolbenstange 5 mit den fest verbundenen Arbeits- und Bremskolben erfolgt.
Auch bei dieser doppeltwirkenden Hubumkehreinrichtung kann durch geeignete Massnahmen, z. B. durch einen Verstellmechanismus. die Lage der Federelemente 93 und 93a in eBzug auf den Führungszylinder 88 ver ändert werden, damit sich eine genaue Einstellung der Hubendlagen ermöglichen lässt (nicht dargestellt).
Die für die Hub umkehr erforderliche Strom-Ausund Einschaltung sowie die für den linearen Induktionsmotor erforderliche Polumkehrung an den Induktionsspulen, die mit mehrphasigem Strom gespeist werden, erfolgt zwangsläufig mit der Längsbewegung der Kolbenstange 5 im Bereich der Hubendlagen.
Wie schon in vorausgegangener Beschreibung erwähnt, erfolgt kurz vor Erreichung der Kolbenendlagen in einem Punkt a des Hubweges s die Unterbrechung der Stromzufuhr zu den Spulen des linearen Induktionsmotors. Bei Kolbenstillstand der durch die Bremswirkung der Speicherkraft bewirkt wird, erfolgt die Polumschaltung.
Bei der anschliessend einsetzenden, durch die Speicherkraft bewirkten Kolbenbewegung in entgegengesetzter Richtung erfolgt, wie beschrieben, bei Errei chung der annähernden Synchrongeschwindigkeit die Wiedereinschaltung des Stromes. Die Steuerung dieser Schaltvorgänge lässt sich hubabhängig ermöglichen durch Impulsgebung mittels Abgreifer oder Photozellen, oder druckabhängig durch auf den Druck ansprechende Schalteinrichtungen in den pneumatischen Speicherräumen, oder in den Druckräumen der Arbeitszylinder selbst. In Fig. 15 ist schematisch die Wirkungsweise der Impulsgebung durch eine hubabhängige Abgreifeinrichtung dargestellt.
Auf der mit der längsbeweglichen Kolbenstange 5 fest verbundenen Greifereinrichtung sind die für die Impulsgebung erforderlichen Schaltelemente 95, 96 und 97 angebracht, die über einen feststehenden Abgreifer 98 mit dem Umpoler 99 und eine über ein Relais 101 betätigte Schalteinrichtung 100 in Verbindung gebracht werden. Das an der Greifereinrichtung links und rechts aussen angebrachte Schaltelement 97 dient zur Polumschaltung, was nach Erreichung des Stillstandes der Kolbenstange 5 bewirkt wird. Der Abstand der beiden Schaltelemente 97 wird demnach durch den aus dem Hubweg s sich ergebenden Abstand der Arbeitskolbenendstellungen bestimmt. Der Abstand der beiden Ausschaltelemente 96 und der beiden Einschaltelemente 95 ist durch die Punkte a und b des Hubweges s, wie im vorhergehenden beschrieben, bestimmt.
Die Lage der beiden Einschaltelemente 95 in Punkt b des Hubweges s wird so festgelegt, dass im Punkt b die Einschaltung des Stromes bei Erreichung der annähernden Synchrongeschwindigkeit der Kolbenstange 5 mit den fest verbundenen Arbeitskolben, die durch die gespeicherte Kraft in den Hubumkehreinrichtungen vom Stillstand aus in Längsbewegung gebracht werden, betätigt wird, wodurch der zum Anfahren erforderliche hohe Stromanfall vermieden wird.