DE102008007464A1

DE102008007464A1 - Durchgangsleitung

Info

Publication number: DE102008007464A1
Application number: DE102008007464A
Authority: DE
Inventors: Christian Fraembs
Original assignee: Frambs Christian
Current assignee: Frambs Christian
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchgangsleitung für Fluide in der mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchgangsleitung, insbesondere eine Durchgangsleitung für Fluidpumpen.
In dem Artikel „Hydraulische Kraftübertragung" von Dr. Uwe Stein in „Erneuerbare Energien, 12/2006" sind Kolben beschrieben, die mit Funktionsflächen durch Kompression eines Fluids einen Druck erzeugen. Nachteilig bei diesen Kolben ist jedoch, dass dieser Druck nicht durch den Kolben selbst begrenzt bzw. reduziert werden kann. Dies kann zu Beschädigungen des Kolbens und/oder des Gehäuses, in dem sich die Kolben befinden, führen.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, eine Einrichtung vorzusehen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Durchgangsleitung für Fluide in der mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist.
Bevorzugt ist ein Kolben mit mindestens einer Durchgangsleitung für Fluide, in der mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist. Dadurch werden Beschädigungen des Kolbens oder eines Gehäuses, in dem der Kolben geführt ist, verhindert. Außerdem ist es möglich, für den Kolben eine Doppelfunktion vorzusehen, so dass er in einer ersten Funktion Fluid komprimiert und in einer zweiten Funktion dadurch bewegt wird, dass die Flächen, die Fluide komprimieren mit anderen Bauteilen zusammenwirken.
Der Kolben ist vorzugsweise ein Bauteil, das eingerichtet ist, durch Kompression eines Mediums einen Druck zu erzeugen. Vorzugsweise besteht der Kolben aus einem Kolbenbereich, der mit dem Fluid in Kontakt steht und einem Führungsbereich, der mit einem kleinen Spiel in ein Gehäuse der Fluidpumpe passt.
Vorzugsweise weist der Kolben eine zylindrische Form auf, wobei seine Bewegungsrichtung parallel zu der Achse des Zylinders ist. Besonders bevorzugt weist der Kolben die Form einer Scheibe auf, wobei der Kolben sich um einen Punkt dreht, der innerhalb vorzugsweise außerhalb dieser Scheibe gelegen ist.
Vorzugsweise ist der Kolben mit einem Dichtelement versehen. Besonders bevorzugt ist das Dichtelement als Dichtungsleiste und/oder Dichtungssteg ausgebildet. Vorzugsweise bestehen die Dichtelemente aus Guss- und/oder Stahlwerkstoffen. Besonders bevorzugt sind die Dichtelemente teilweise oder vollständig beschichtet. Vorzugsweise ist das Dichtelement verchromt. Besonders bevorzugt ist das Dichtelement mit einem thermischen Spritzschichtverfahren oder einer keramischen Beschichtung beschichtet worden. Vorzugsweise sind Randschichten des Kolbens gehärtet. Besonders bevorzugt sind Randschichten des Kolbens durch Nitrieren gehärtet. Die Dichtelemente dichten vorzugsweise einen Arbeitsraum ab. Der Arbeitsraum ist der Raum zwischen dem Kolben und mindestens einem anderen Bauteil, vorzugsweise einem Gehäuse, in dem Fluid komprimierbar ist.
Vorzugsweise ist der Kolben in einer Fluidpumpe oder Kolbenpumpe einsetzbar.
Eine Fluidpumpe, Kolbenpumpe oder Verdrängerpumpe ist eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, vorzugsweise zur Erhöhung der Energie eines Fluids durch Aufbringung mechanischer Arbeit. Zur Erhöhung der Energie eines Fluids wird der Druck des Fluids erhöht und/oder es wird dem Fluid Bewegungsenergie zugeführt. Mit einem Kolben ist das zu fördernde Fluid vorzugsweise durch ein Einlassventil ansaugbar. Das Fluid ist vorzugsweise durch ein Auslassventil ausstoßbar.
Der Antrieb der Pumpe erfolgt von Hand, vorzugsweise durch Elektromagneten oder durch Motoren, besonders bevorzugt durch Elektromotoren, Windkraft oder Wasserkraft.
Eine Durchgangsleitung ist eine Leitung mit zwei Öffnungen. Vorzugsweise wird mit Durchgangsleitung eine Leitung bezeichnet, die geeignet ist, Stoffe zu leiten. Besonders bevorzugt ist als Durchgangsleitung eine Durchgangsbohrung.
Vorzugsweise ist die Druckentlastungsöffnung selbsttätig wieder verschließbar. Vorzugsweise sind Überströmventile eingesetzt, die bei einem bestimmten Unterdruck öffnen. Vorzugsweise ist das Überströmventil gewichtsbelastet, besonders bevorzugt federbelastet. Vorzugsweise erfolgt das öffnen des Ventils ab einem Erreichen des Ansprechdrucks bis zum vollständigen öffnen proportional zum Druck. Besonders bevorzugt öffnet sich das Ventil bei Ansprechen schlagartig mit vollem Hub. Der Ansprechdruck liegt zwischen 0,01 und 10 bar, vorzugsweise zwischen 0,02 und 6 bar, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 4 bar. Der kleinste Öffnungsdurchmesser am Ventilsitz beträgt 4 bis 20 cm, vorzugsweise 6 bis 15 cm, besonders bevorzugt 8 cm.
Fluide sind Stoffe, die als Kontinuum betrachtet werden. Ein Kontinuum ist ein Objekt welches keine Risse, Brüche, Löcher, Hohlräume oder ähnliches innerhalb seiner Grenzen besitzt, sich also überall kontinuierlich fortsetzt.
Alle Gase und Flüssigkeiten sind Fluide. Vorzugsweise werden auch Mischungen aus Gasen und Flüssigkeiten sowie deren Mischungen mit Feststoffen als Fluid bezeichnet.
Eine Durchflusssteuerung ist ein technisches Bauteil, das dazu geeignet ist, den Ein- und/oder Auslass von Fluiden zu kontrollieren. Vorzugsweise ist es dazu eingerichtet, die Fließrichtung zu steuern oder zu regeln. Dadurch ist vorzugs weise die Strömung eines Stoffs durch eine Durchgangsleitung begrenzbar.
Vorzugsweise ist die Durchflusssteuerung ein Ventil, besonders bevorzugt ein Überströmventil, das eingerichtet ist, sich zu öffnen, sobald ein Druck den am Ventil eingestellten Wert übersteigt.
Vorzugsweise ist die Durchflusssteuerung eine Kapillare. Kapillaren sind Durchgangsleitungen oder Röhrchen mit sehr kleinen Innendurchmessern. Im Vergleich zu größeren Durchgangsleitungen treten Oberflächeneffekte stark in den Vordergrund.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben im Wesentlichen die Form einer Ellipse oder Parabel auf. Dadurch ist Fluid besonders effektiv komprimierbar.
Eine Ellipse ist eine spezielle geschlossene Kurve von ovaler Form, die zu den Kegelschnitten gehört. Vorzugsweise ist die elliptische Form des Kolbens in einer Ebene vorgesehen, die senkrecht zur Drehachse verläuft. Vorzugsweise sind an der Begrenzung der Ellipse Funktionsflächen angeordnet, die eingerichtet sind, ein Fluid zu komprimieren. Eine Parabel ist die Menge aller Punkte deren Abstand zu einem festen Punkt und einer Geraden gleich ist.
Vorzugsweise ist ein Kolbenrad mit mindestens einem Kolben vorgesehen.
Ein Kolbenrad ist ein Bauteil, das einen Kolben aufweist, und eingerichtet ist, sich um eine Achse zu drehen. Vorzugsweise weist ein Kolbenrad mehr als einen Kolben, besonders bevorzugt fünf Kolben auf. Die Achse, um die sich das Kolbenrad dreht, befindet sich vorzugsweise im Mittelpunkt des Kolbenrades. Besonders bevorzugt weist ein Kolbenrad scheibenförmige Kolben auf. Eine Scheibe ist ein ebenes Bauteil, dessen Dicke um ein Vielfaches geringer ist als die Länge und die Breite. Vorzugsweise steht die Achse, um die sich das Kolbenrad dreht, senkrecht zu der Fläche, in der sich die Kolben erstrecken.
Besonders bevorzugt weist das Kolbenrad 5 Kolben auf. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung gewährleistet.
Vorzugsweise ist ein Gehäuse mit einer Durchgangsleitung für Fluide vorgesehen, in der mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die Durchgangsleitung auf einfache Weise an einer Pumpe vorzusehen. Besonders bevorzugt ist die Durchgangsleitung außen am Gehäuse angebracht. Dadurch sind die Ventile von außen zugänglich. Dies ermöglicht eine einfache Wartung der Ventile. Vorzugsweise weist das Gehäuse mindestens zwei Durchgangsleitungen auf, wobei die erste Durchgangsleitung mit einer Zuleitungsöffnung und die zweite Durchgangsleitung mit einer Ableitungsöffnung verbunden ist.
Bevorzugt ist eine Fluidenergiemaschine aufweisend ein Antriebsschaufelrad mit mindestens einer Schaufel, mindestens ein Kolbenrad mit mindestens einem Kolben und ein Gehäuse, wobei das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, der Kolben eingerichtet ist, mit der Schaufel zu kämmen und das Gehäuse mindestens eine Zuleitungsöffnung und eine Ableitungsöffnung aufweist.
Eine Fluidenergiemaschine ist vorzugsweise eine Kraftmaschine, besonders bevorzugt eine Arbeitsmaschine. Eine Arbeitsmaschine ist vorzugsweise eingerichtet um durch Aufbringung mechanischer Arbeit die Energie eines Fluides zu erhöhen. Eine Kraftmaschine ist vorzugsweise geeignet, Energie eines Fluides in mechanische Energie umzuwandeln.
Besonders bevorzugt ist eine Pumpe zum Pumpen von Fluiden, aufweisend ein Antriebsschaufelrad mit mindestens einer Schaufel, mindestens ein Kolbenrad mit mindestens einem Kolben und ein Gehäuse, wobei das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, der Kolben eingerichtet ist, mit der Schaufel zu kämmen und das Gehäuse mindestens eine Zuleitungsöffnung und eine Ableitungsöffnung aufweist. Vorzugsweise sind die Kolben gleichmäßig am Umfang des Kolbenrades verteilt. Vorzugsweise ist die Pumpe zum Einsatz in einem Turbinenkraftwerk ausgelegt. Diese Pumpe ist bezogen auf das zur Verfügung stehende Wasservorkommen vorzugsweise um mindestens 30% effektiver als eine Schraube bzw. ein Propeller.
Unter einem Pumpen eines Fluides wird vorzugsweise das Erhöhen des Drucks eines Fluides, besonders bevorzugt das Fördern eines Fluides verstanden. Zum Fördern eines Fluides wird auf das Fluid Bewegungsenergie übertragen.
Ein Antriebsschaufelrad ist ein Rad, das sich um eine Achse, die sich vorzugsweise in dessen Mittelpunkt befindet, dreht. Ein Antriebsschaufelrad ist mit mindestens einer Schaufel versehen. Die Schaufel ist vorzugsweise am Umfang des Antriebsschaufelrades angeordnet. Vorzugsweise weist das Antriebsschaufelrad eine Vielzahl von Schaufeln auf. Besonders bevorzugt sind die Schaufeln am Umfang des Antriebsschaufelrades gleichmäßig verteilt. Das Antriebsschaufelrad ist dazu eingerichtet, andere Bauteile, vorzugsweise Kolbenräder anzutreiben. Besonders bevorzugt treibt das Antriebsschaufelrad ein Kolbenrad durch Kämmen der mindestens einen Schaufel mit mindestens einem Kolben an.
Vorzugsweise ist die Schaufel eine Auskragung des Antriebsschaufelrads. Bevorzugt ist es auch, Schaufeln beispielsweise durch Schweißen oder Löten mit einem Rad zu verbinden, so dass ein Antriebsschaufelrad entsteht. Vorzugsweise weist die Schaufel eine Oberfläche auf, die in Richtung der Drehachse verläuft und in der Form eines Parabelabschnitts oder Ellipsenabschnitts ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist die Schaufel in Richtung der Drehachse eine Tiefe auf, die der Höhe eines zugehörigen Kolbens in der gleichen Richtung entspricht.
Ein Gehäuse ist ein Bauteil, das das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad umgibt. Vorzugsweise weist das Gehäuse Lager zum Lagern des Antriebsschaufelrades auf. Besonders bevorzugt weist das Gehäuse mindestens ein Lager zum Lagern eines Kolbenrades auf. Vorzugsweise ist das Gehäuse geeignet, das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad druckdicht zu umschließen. Dadurch ist es möglich, in dem Gehäuse einen Druck aufzubauen. Das Gehäuse ist vorzugsweise als Gussgehäuse, besonders bevorzugt als Aluminiumdruckgussgehäuse ausgeführt. Unter Kämmen des Kolbens mit der Schaufel wird vorzugsweise verstanden, dass Kolben und Schaufel ineinander eingreifen, während sich das Kolbenrad um eine Achse dreht und das Antriebsschaufelrad um eine andere Achse dreht. Vorzugsweise wird dabei das Kolbenrad durch das Antriebsschaufelrad angetrieben, indem mindestens eine der Schaufeln Druck auf mindestens einen Kolben ausübt.
Unter einer Zuleitungsöffnung wird vorzugsweise eine Öffnung verstanden, durch die Fluid zu einem Kolbenrad geleitet wird. Vorzugsweise weist die Zuleitungsöffnung ein Ventil auf. Dieses Ventil ist vorzugsweise als Rückschlagventil ausgeführt, so dass ein Zurückfließen des Fluids in die Zuleitung verhinderbar ist.
Unter einer Ableitungsöffnung wird eine Öffnung verstanden, die geeignet ist, Fluid von dem Kolbenrad abzuleiten. vorzugsweise weist die Ableitungsöffnung ein Rückschlagventil auf, durch das ein Zurückfließen von Fluid zum Kolbenrad verhinderbar ist.
Bevorzugt ist eine Fluidenergiemaschine aufweisend ein Antriebsschaufelrad mit mindestens einer Schaufel, mindestens ein Kolbenrad mit mindestens einem Kolben und ein Gehäuse, wobei das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, der Kolben eingerichtet ist, mit der Schaufel zu kämmen und das Gehäuse mindestens eine Zuleitungsöffnung und eine Ableitungsöffnung sowie mindestens eine erste Durchgangsleitung, die eine Zuleitungsöffnung mit einem Schaufelkammerbereich verbindet und mindestens eine zweite Durchgangsleitung, die eine Ableitungsöffnung der Pumpe mit dem Schaufelkammerbereich verbindet, aufweist, wobei in der ersten Durchgangsleitung und in der zweiten Durchgangsleitung mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist.
Bevorzugt ist eine Pumpe zum Pumpen von Fluiden aufweisend ein Antriebsschaufelrad mit mindestens einer Schaufel, mindestens ein Kolbenrad mit mindestens einem Kolben und ein Gehäuse, wobei das Antriebsschaufelrad und das Kolbenrad in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, der Kolben eingerichtet ist, mit der Schaufel zu kämmen und das Gehäuse mindestens eine Zuleitungsöffnung und eine Ableitungsöffnung sowie mindestens eine erste Durchgangsleitung, die eine Zuleitungsöffnung mit einem Schaufelkammerbereich verbindet und mindestens eine zweite Durchgangsleitung, die eine Ableitungsöffnung der Pumpe mit dem Schaufelkammerbereich verbindet, aufweist, wobei in der ersten Durchgangsleitung und in der zweiten Durchgangsleitung mindestens eine Durchflusssteuerung angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, Unterdrücke und Überdrücke im Schaufelkammerbereich zu vermeiden. Der Schaufelkammerbereich ist vorzugsweise ein Bereich des Gehäuses, in dem ein Kolben mit einer Schaufel kämmt. Vorzugsweise sind jeweils eine erste Durchgangsleitung und eine zweite Durchgangsleitung an jedem Schaufelkammerbereich der Pumpe vorgesehen.
Besonders bevorzugt weist das Antriebsschaufelrad 15 Schaufeln auf. Dadurch können die Kräfte besonders gleichmäßig verteilt werden.
Vorzugsweise weist die Pumpe drei Kolbenräder auf. Dadurch werden die Antriebskräfte gleichmäßig auf das Antriebsschaufelrad verteilt. Ebenso werden die Kräfte gleichmäßig auf das Lager für das Antriebsschaufelrad verteilt. Vorzugsweise sind die drei Kolbenräder so angeordnet, dass ihre Drehpunkte ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Dadurch werden die Kräfte der Kolbenräder besonders gleichmäßig verteilt.
Bevorzugt ist eine Energieerzeugungsvorrichtung mit einer Pumpe und einer Generatorantriebseinheit vorgesehen. Dadurch wird eine besonders robuste Übertragungseinrichtung zum Übertragen von mechanischer Energie in elektrische Energie bereitgestellt.
Eine Energieerzeugungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Vorrichtung, die eine Vorrichtung zum Erzeugen oder Umformen von mechanischer Energie und eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie aus der mechanischen Energie aufweist.
Eine Generatorantriebseinheit ist vorzugsweise eine Einheit, die geeignet ist, einen Generator vorzugsweise zum Erzeugen von elektrischer Energie anzutreiben. Besonders bevorzugt umfasst eine Generatorantriebseinheit eine Welle und eine Einrichtung, die geeignet ist, die Welle zu drehen. Vorzugsweise umfasst diese Einrichtung weiterhin ein Generatorschaufelrad, das in einem Gehäuse angeordnet ist und eingerichtet ist, eine Drehbewegung zu erzeugen, wenn das Generatorschaufelrad vom Fluid angeströmt wird. Das Generatorschaufelrad ist vorzugsweise ein Rad, das geeignet ist, sich um eine Drehachse zu drehen und an seinem Umfang mindestens eine Schaufel aufweist.
Ein Generator ist eine Maschine, die Bewegungsenergie bzw. mechanische Energie vorzugsweise in elektrische Energie wandelt.
Besonders bevorzugt ist die Generatorantriebseinheit wie eine der oben beschriebenen Pumpen ausgeführt. Dadurch wird eine Generatorantriebseinheit mit einer hohen Effektivität bereitgestellt. Das Fluid wird bei dieser Ausführungsform vorzugsweise besser in der vorgesehenen Kammer gehalten.
Besonders bevorzugt ist eine Windenergieerzeugungsanlage mit einer Energieerzeugungsvorrichtung vorgesehen.
Eine Windenergieerzeugungsanlage ist vorzugsweise ein Windgenerator, besonders bevorzugt eine Windenergieanlage. Große, ausschließlich zur Stromerzeugung eingesetzte Windräder werden als Windenergieanlagen bezeichnet. Kleinere Anlagen mit einer Leistung von einigen Watt bis zu einigen Kilowatt heißen Windgenerator.
Eine Windenergieanlage wandelt Windenergie in elektrische Energie um. Dazu versetzt die kinetische Energie des Windes den Rotor in eine Drehbewegung, welche an einen Generator weitergegeben und in elektrischen Strom umgewandelt wird.
Vorzugsweise ist eine Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Wasserkraftwerk oder einem Thermikkraftwerk verbunden.
Ein Wasserkraftwerk ist ein Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie, das mechanische Energie des Wassers in elektrischen Strom umwandelt. Dazu wird vorzugsweise Bewegungsenergie fließenden Wassers auf eine Wasserturbine oder ein Wasserrad übertragen, und diese Bewegungsenergie an einen Generator weitergeleitet.
Vorzugsweise wird die Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Laufwasserkraftwerk, einem Speicherkraftwerk, einem Pumpspeicherkraftwerk oder einem Kavernenkraftwerk, besonders bevorzugt mit einem Gezeitenkraftwerk, einem Wellenkraftwerk oder einem Meeresströmungskraftwerk eingesetzt.
In einem Thermikkraftwerk wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt auf. Die kinetische Energie aus dieser künstlichen Luftströmung wird vorzugsweise unter Verwendung von Turbinen in elektrischen Strom umgewandelt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe bei dem die Durchflusssteuerung geöffnet wird, sobald der Kolben mit dem Antriebsschaufelrad mindestens zwei Berührungsstellen aufweist und die Durchflusssteuerung geschlossen wird, sobald der Kolben mit dem Antriebsschaufelrad eine oder keine Berührungsstelle aufweist. Dadurch ist es möglich, die Effizienz der Pumpe zu steigern, da beim Kämmen des Kolbens mit dem Antriebsschaufelrad kein Fluid komprimiert wird bzw. kein Vakuum erzeugt wird.
Eine Berührungsstelle ist vorzugsweise eine Stelle, an der der Kolben in Kontakt mit dem Antriebsschaufelrad ist, so dass ein eingesetztes Fluid die Kontaktstelle nicht bzw. nur in einem sehr geringen Maß passieren kann. Unter dem Vorhandensein von zwei Berührungsstellen wird vorzugsweise verstanden, dass zwei Kontaktstellen zwischen dem Kolben und dem Antriebsschaufelrad vorhanden sind, wobei der Kolben zwischen diesen beiden Berührungsstellen von dem Antriebsschaufelrad beabstandet ist, so dass dieser Raum geeignet ist, Fluid aufzunehmen.
Im Folgenden werden weitere Ausgestaltungen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
1 Einen Kolben in einer ersten Ausführungsform;
2 Einen Kolben in einer zweiten Ausführungsform;
3 Ein Kolbenrad;
4a Ein Kolbenrad eingesetzt in einer Fluidpumpe in einer ersten Position;
4b Ein Kolbenrad eingesetzt in einer Fluidpumpe in einer zweiten Position;
4c Ein Kolbenrad eingesetzt in einer Fluidpumpe in einer dritten Position;
5 Eine Pumpe mit drei Kolbenrädern;
6 Ein Gehäuse mit zwei Durchgangsleitungen;
7a–7f Ein Gehäuse mit zwei Durchgangsleitungen;
8 Eine Pumpe;
9 Eine Generatorantriebseinheit;
10 Eine Energieerzeugungsvorrichtung; und
11 Eine Energieerzeugungsvorrichtung mit zwei Pumpen.
1 zeigt einen Kolben 10 in einer ersten Ausführungsform. Der erfindungsgemäße Kolben 10 ist als elliptische Scheibe ausgebildet. Die Kolbenellipse ist ca. 16,336 cm breit, 19,498 cm hoch und 30 cm tief. An seiner elliptischen Begrenzung weist der Kolben 10 eine Arbeitsfläche 12 auf. Der Kolben 10 ist mit zwei Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 ausgestattet. Diese Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 verlaufen geradlinig durch den Kolben 10 hindurch und durchtreten an ihren jeweiligen Enden die Arbeitsfläche 12 des Kolbens 10.
Die beiden Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 schneiden sich in einem Punkt im Inneren des Kolbens 10. In diesem Punkt ist ein Ventil 30 vorgesehen. Hier ist ein Überströmventil 30 eingesetzt, das sich selbsttätig öffnet, sobald entweder ein Überdruck von 4 Bar oder ein Unterdruck von 4 Bar in einer der Durchgangsleitungen 20 erreicht ist.
Wenn der Kolben 10 mit seiner Arbeitsfläche 12 in einem Fluid einen Druck erzeugt, der über 5 Bar liegt, öffnet sich das Überströmventil 30, so dass es dem Fluid ermöglicht wird, durch die Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 hindurchzufließen.
Auch beim Entstehen eines Unterdrucks von unter 5 Bar öffnet sich das Ventil 30, so dass es dem Fluid ermöglicht wird, durch die Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 hindurchzufließen.
Dadurch wird das Entstehen von zu großen Drücken bzw. zu hohen Unterdrücken an der Arbeitsfläche 12 des Kolbens 10 verhindert. Die Lebensdauer des Kolbens 10 und der umliegenden Bauteile wird dadurch erhöht. Außerdem ist es möglich, ein Blockieren des Kolbens 10 zu verhindern.
2 zeigt einen Kolben 10 in einer zweiten Ausführungsform. Das Ventil 30 ist hier als Kapillare ausgeführt. Die Kapillare ist kreuzförmig ausgebildet, so dass die beiden Durchgangsleitungen 20.1 und 20.2 miteinander verbunden sind. Ein Über- oder Unterdruck an der Arbeitsfläche 12 wird daher durch Fließen des Fluids von einem Überdruckbereich weg bzw. zu einen Unterdruckbereich hin durch eine oder beide der Leitungen 20.1 und 20.2 vermindert.
Dadurch, dass die Kapillare 30 ständig geöffnet ist, können mit diesem Kolben 10 nicht so hohe Drücke wie mit dem in 1 gezeigten Kolben 10 erzeugt werden. Ein Vorteil dieses Kolbens 10 ist jedoch die besondere Robustheit, da auf ein mechanisches Überströmventil 30 verzichtet wird.
3 zeigt ein Kolbenrad 40. Das Kolbenrad 40 weist fünf ellipsenförmige Kolben 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 und 10.5 auf. Es hat einen Durchmesser von ca. 51 cm.
Die Kolben 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 und 10.5 sind gleichmäßig am Umfang einer Kreisscheibe verteilt. Im Mittelpunkt dieser Kreisscheibe ist ein Kolbenradlager 41 vorgesehen. Die Ventile 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 der Kolben 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 sind hier geschlossen. Das Ventil 30.5 des Kolbens 10.5 ist geöffnet.
Daher kann Fluid durch die Durchgangsleitungen 20.51 und 20.52 in dem Kolben 10.5 hindurchfließen. Die Durchgangsleitungen in den Kolben 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 sind gesperrt. Es kann kein Fluid hindurchfließen. Dadurch, dass die fünf Kolben 10 in einem Kolbenrad 40 angeordnet sind, können sie ihre Funktion ausüben, wenn sich das Kolbenrad 40 um die Achse des Kolbenradlagers 41 dreht.
Die 4A, 4B und 4C zeigen ein Kolbenrad 40, das in einer Fluidpumpe 70 eingesetzt ist, in drei verschiedenen Positionen. Zu 4: Die Kolben 10 des Kolbenrades 40 sind in dem Bereich, der beim Betrieb Berührungsstellen mit dem Gehäuse 60 bzw. dem Antriebsschaufelrad 50 aufweisen kann, mit Dichtungsleisten bzw. Dichtungsstegen 13 versehen. Die Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrads 50 sind in den Bereichen, in denen sie im Betrieb das Kolbenrad 40 berühren, mit Dichtungsleisten bzw. Dichtungsstegen 56 versehen.
Das Kolbenrad 40 ist in einem Gehäuse 60 gelagert. Es kämmt mit einem Antriebsschaufelrad 50, das ebenfalls in dem Gehäuse 60 gelagert ist. Das Gehäuse 60 bildet einen unvollständigen Kreis, der sich um das Kolbenrad 40 erstreckt, so dass zwischen den einzelnen Kolben 10 des Kolbenrades 40 und dem Gehäuse 60 Kammern 61 gebildet werden. Benachbart zu dem Kolbenrad 40 weist das Gehäuse 60 sowohl eine Zuleitungsöffnung 63 als auch eine Ableitungsöffnung 66 auf. Das Antriebsschau felrad 50 weist über seinen Umfang gleichmäßig verteilt 15 Schaufeln 55 auf, die jeweils zwischen zwei Kolben 10 des Kolbenrades 40 eingreifen.
Das Antriebsschaufelrad 50 hat einen Durchmesser von 100 cm. Die Schaufeln 55 weisen eine Breite von 2 cm, eine Tiefe von 30 cm und eine Länge bzw. eine Auskragung von 16 cm auf. Die Zuleitungsöffnung 63 und die Ableitungsöffnung 66 sind jeweils 19 cm breit und 30 cm hoch. In dem Gehäuse 60 befindet sich Hydraulikflüssigkeit oder Hydrauliköl. Das Gehäuse 60 ist als Aluminiumdruckgussgehäuse ausgebildet und mit Kühlrippen versehen. Die verwendeten Bauteile sind auf Tausendstel Millimeter genau toleriert.
Beim Betrieb der Pumpe 70 bewegen sich das Antriebsschaufelrad 50 und das Kolbenrad 40 gegenläufig. Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 sind in jeder Position der Umdrehung miteinander in Kontakt bzw. gleiten aneinander. Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 arbeiten gleichzeitig sowohl als Pumpe als auch als Getriebe, da das Antriebsschaufelrad 50 das Kolbenrad 40 antreibt. Die Kolben pressen die Flüssigkeit aus den Schaufeln und verhindern ein Zurückfließen zur Zuladungsöffnung 63. Dadurch wird Druck in der Abladungsöffnung 66 erzeugt. Die Überströmventile 30 sind im Bereich außerhalb des Antriebsschaufelrades 50 geschlossen. Wenn sich ein Kolben 10 in das Antriebsschaufelrad 50 hineindreht, und der Druck zwischen dem Antriebsschaufelrad 50 und dem jeweiligen Kolben 10 ansteigt, öffnet sich das Überströmventil 30, so dass sich stauendes Fluid durch eine Durchgangsleitung 20 abfließen kann. Wenn sich ein Kolben 10 aus dem Antriebsschaufelrad 50 herausdreht, entsteht ein Unterdruck zwischen dem Kolben 10 und dem Antriebsschaufelrad 50. Das Überströmventil 30 öffnet sich, so dass Hydrauliköl in den Bereich zwischen dem Kolben 10 und dem Antriebsschaufelrad 50 fließen kann. Dadurch wird das Entstehen eines Unterdrucks verhindert. Die Drehbewegung des Kolbenrades wird daher durch unerwünschte Über- bzw. Unterdrücke nicht beeinträchtigt.
Die Pfeile in den 4A und 4B zeigen jeweils die Fließrichtung des Hydrauliköls an.
Dadurch, dass die Bauteile der Pumpe mit Toleranzen im tausendstel Millimeterbereich gefertigt werden, können kleine Spaltmaße vorgesehen werden, was die Wirksamkeit der Pumpe erhöht. Dadurch, dass das Aluminiumdruckgussgehäuse 60 mit Kühlrippen versehen ist, wird die entstehende Wärme effektiv abgeleitet.
Durch das Vorsehen der Dichtungsleisten bzw. Dichtungsstege 56 wird die Kompression optimiert.
In 4A ist gezeigt, dass sich das Überströmventil 30.1 des Kolbens 10.1 öffnet, um Hydrauliköl durch die Durchgangsleitung 20.12 hindurch in den Bereich zwischen dem Kolben 10.1 und dem Antriebsschaufelrad 50 fließen zu lassen.
In 4B ist das Kolbenrad 40 in einer Position gezeigt, in der es gegenüber der Position in 4A weitergedreht ist, so dass das Überströmventil 30.2 öffnet, um Hydrauliköl aus dem Zwischenraum zwischen dem Antriebsschaufelrad 50 und dem Kolben 10.2 durch die Durchgangsleitung 20.21 hindurch fließen zu lassen.
4C zeigt das Kolbenrad 40 in einer Position, in dem es gegenüber der Position in 4B weitergedreht ist. Der Kolben 10.2 befindet sich hier genau zwischen zwei Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrads 50. Es ist erkennbar, dass der Kolben 10.2 das Hydrauliköl zwischen den beiden Schaufeln 55 vollständig verdrängt hat.
5 zeigt eine Pumpe 70 mit drei Kolbenrädern 40.
Die Pumpe 70 weist ein Antriebsschaufelrad 50 mit 15 Schaufeln 55 auf. Um das Antriebsschaufelrad 50 herum sind drei Kolbenräder 40 angeordnet. Diese weisen, wie in den 3 und 4, fünf Kolben 10 auf, die im Wesentlichen ellipsenförmig ausgebildet sind. Die Kolbenräder 40 sind derart angeordnet, dass die Kolben 10 in die Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrades 50 eingreifen. Die Kolbenräder 40 weisen in ihrer Mitte jeweils ein Kolbenradlager 41 auf, in dem sie drehbar gelagert sind. Das Antriebsschaufelrad ist ebenfalls drehbar gelagert. Die Kolbenräder 40 sind so angeordnet, dass die Kolbenradlager 41 die Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks bilden. Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenräder 40 sind von einem Gehäuse 60 umgeben. Sowohl das Antriebsschaufelrad 50 als auch die Kolbenräder 40 sind in dem Gehäuse 60 gelagert. Das Gehäuse 60 bildet einen geschlossenen Druckraum bzw. Druckzylinder, welcher sechs Öffnungen aufweist. Drei dieser Öffnungen sind Zuleitungsöffnungen 63 und drei sind Ableitungsöffnungen 66. In Drehrichtung des Antriebsschaufelrades 50 sind die Zuleitungsöffnungen 63 jeweils hinter den Kolbenrädern 40 und die Ableitungsöffnungen 66 jeweils vor den Kolbenrädern 40 benachbart zum Antriebsschaufelrad 50 angeordnet.
Beim Betrieb der Pumpe 70 bewegt sich das Antriebsschaufelrad 50 mit dem Uhrzeigersinn und die Kolbenräder 40 bewegen sich gegen den Uhrzeigersinn. Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenräder 40 bewegen gegenläufig. Sie gleiten aneinander ohne zu klemmen. Hydrauliköl wird aus der Zuleitungsöffnung 63 von den Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrades 50 durch eine gedachte Kammer zwischen dem Gehäuse und dem Antriebsschaufelrad 50 hindurch zu der Ableitungsöffnung 66 gefördert. Die Kolben 10 bilden Berührungsstellen mit dem Antriebsschaufelrad 50, so dass das Hydrauliköl nicht in entgegengesetzter Richtung fließen kann.
Dadurch, dass drei Kolbenräder 40 am Umfang des Antriebsschaufelrades 50 verteilt sind, wirken von drei Seiten gleichmäßig Kräfte auf das Antriebsschaufelrad 50. Die vorhandenen Schaufeln 55 werden effektiv genutzt, so dass sich deren Wirksamkeit, das Hydrauliköl im System zu transportieren, erhöht. Dadurch, dass das Antriebsschaufelrad 50 sowohl die Kolbenräder 40 antreibt als auch Hydrauliköl fördert, können störungsanfällige mechanische Bauteile, wie z. B. Wellen, Lager, Klappen, Federn, Kolben und Zylinder, eingespart werden. Dadurch, dass die Dreh- und Fließrichtung gleich ist, werden vorzugsweise die Vibrationen minimiert.
6 zeigt ein Gehäuse 60 mit zwei Durchgangsleitungen 20.100, 20.200. Das Gehäuse 60 ist mit einer Zuleitungsöffnung 63 und einer Ableitungsöffnung 66 versehen. Mit der Zuleitungsöffnung 63 ist eine erste Durchgangsleitung 20.100 verbunden. Die Durchgangsleitung 20.100 verläuft von der Zuleitungsöffnung 63 zu einem Schaufelkammerbereich. In dieser ersten Durchgangsleitung 20.100 ist ein erstes Ventil 30.100 angeordnet. Mit der Ableitungsöffnung 66 ist eine zweite Durchgangsleitung 20.200 verbunden. Die Durchgangsleitung 20.200 verläuft von der Ableitungsöffnung 66 zu dem Schaufelkammerbereich. In dieser zweiten Durchgangsleitung 20.200 ist ein zweites Ventil 30.200 angeordnet.
In dem Gehäuse 60 sind ein Kolbenrad 40 und ein Antriebsschaufelrad 50 drehbar gelagert. Das Kolbenrad 40 und das Antriebsschaufelrad 50 sind derart angeordnet, dass sie beim Drehen miteinander kämmen. Der Bereich, in dem das Kolbenrad 40 und das Antriebschaufelrad 50 miteinander kämmen, ist der Schaufelkammerbereich.
Beim Kämmen des Kolbenrades 40 und des Antriebsschaufelrades 50 entstehen zwischen den Kolben 10 des Kolbenrades und den Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrades 50 Kammern. Die Größe der Kammern verändert sich beim Drehen des Kolbenrades 40 und des Antriebsschaufelrades 50. Dadurch können in den Kammern Über- bzw. Unterdrücke entstehen. Um dies zu verhindern, werden die Ventile 30.100 und 30.200 geöffnet bzw. geschlossen, so dass Fluid durch die erste Durchgangsleitung 20.100 von der Zuleitungsöffnung 63 in die Kammer, bzw. durch die zweite Durchgangsleitung 20.200 aus der Kammer zu der Ableitungsöffnung 66 fließen kann. Die Steuerung der Ventile ist in den 7a bis 7f gezeigt.
Die 7a–7f zeigen ein Gehäuse 60 mit zwei Durchgangsleitungen wie in 6 beschrieben. Das Kolbenrad 40 und das Antriebsschaufelrad 50 sind dabei in verschiedenen Positionen gezeigt.
In 7a befindet sich der Kolben 10.1 des Kolbenrades 40 mittig zwischen zwei Schaufeln 55 des Antriebsschaufelrades 50. Dadurch sind keine Kammern zwischen den Kolben 10 und den Schaufeln 55 vorhanden. Die Ventile 30.100 und 30.200 sind geschlossen.
In 7b hat sich das Antriebsschaufelrad 50 im Uhrzeigersinn gedreht und das Kolbenrad 40 hat sich entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so dass zwischen dem Kolben 10.1 und einer Schaufel 55 eine Kammer entstanden ist. Beim Drehen von Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 wird diese Kammer vergrößert. Um zu verhindern, dass in dieser Kammer ein Unterdruck auftritt, ist das Ventil 30.100 geöffnet, so dass Fluid durch die erste Durchgangsleitung 20.100 von der Zuleitungsöffnung 63 in die Kammer fließen kann. Dadurch, dass das Auftreten des Unterdrucks vermieden wird, wird der Wirkungsgrad der Einrichtung gesteigert, da ein Unterdruck der Drehbewegung von Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 entgegen wirken würde.
In 7c haben sich Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 noch ein Stück weiter gedreht, so dass die Kammer vergrößert worden ist. Das Ventil 30.100 ist geöffnet.
In 7d haben sich Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 noch ein Stück weiter gedreht, so dass auch zwischen dem Kolben 10.2 und der Schaufel 55 eine Kammer entstanden ist. Diese Kammer wird beim Drehen von Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 verkleinert. Um zu verhindern, dass in dieser Kammer ein Überdruck entsteht, ist das Ventil 30.200 geöffnet, so dass Fluid durch die zweite Durchgangsleitung 20.200 aus der Kammer zu der Ableitungsöffnung 66 fließen kann. Die Kammer zwischen dem Kolben 10.1 und der Schaufel 55 ist noch vorhanden. Das Ventil 30.100 ist geöffnet.
In 7e haben sich Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 noch ein Stück weiter gedreht, so dass keine Kammer mehr zwischen dem Kolben 10.1 und der Schaufel 55 vorhanden ist. Das Ventil 30.100 ist geschlossen. Die Kammer zwischen dem Kolben 10.2 und der Schaufel 55 ist kleiner geworden, Das Ventil 30.200 ist geöffnet.
In 7f haben sich Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 noch ein Stück weiter gedreht, so dass die Kammer zwischen dem Kolben 10.2 und der Schaufel 55 ist noch kleiner geworden ist. Das Ventil 30.200 ist geöffnet.
Über- und Unterdrücke würden der Bewegung von Antriebsschaufelrad 50 und Kolbenrad 40 entgegenwirken. Dadurch, dass die Entstehung von Über- und Unterdrücken verhindert wird, wird der Leistungsgrad der Einrichtung gesteigert. Außerdem wird durch das Leiten von Fluid durch die zweite Durchgangsleitung von der Kammer zu der Ableitungsöffnung 66 zusätzliches Fluid gepumpt.
8 zeigt eine Pumpe 70. Diese Pumpe 70 umfasst drei Kolbenräder 40, die mit einem Antriebsschaufelrad 50 kämmen. Benachbart zu jedem der Kolbenräder 40 ist jeweils eine Zuleitungsöffnung 63 und eine Ableitungsöffnung 66 angeordnet. Entsprechend der Darstellung in den 6 und 7a bis 7f sind Durchgangsleitungen 20.100, 20.200 mit Ventilen 30.100, 30.200 vorgesehen, die die Zuleitungsöffnungen 63 und Ableitungsöffnungen 66 mit den Schaufelkammerbereichen verbinden, die dem jeweiligen Kolbenrad 40 zugeordnet sind.
Dadurch wird die Entstehung von Über- und Unterdrücken in allen Schaufelkammerbereichen einer Pumpe 70 mit mehreren Kolbenrädern 40 verhindert.
9 zeigt eine Generatorantriebseinheit. Die Generatorantriebseinheit 80 weist ein Generatorschaufelrad 83 auf, an dessen Umfang 15 Generatorschaufeln 84 angeordnet sind. In der Mitte des Generatorschaufelrades 83 ist eine Generatorwelle 85 vorgesehen. Das Generatorschaufelrad 83 ist von einem Generatorgehäuse 87 umgeben. Das Generatorgehäuse 87 weist drei Generatorvorlaufleitungen 88 und drei Generatorrücklaufleitungen 89 auf.
Das Generatorschaufelrad 83 ist gleich dem Antriebsschaufelrad 50 aufgebaut. Es ist um 1:10 kleiner als das Antriebsschaufelrad 50.
Im Betrieb wird das Generatorschaufelrad 83 aus den drei gleichmäßig um das Generatorschaufelrad 83 herum verteilten Generatorvorlaufleitungen 88 von Hydrauliköl angeströmt, und setzt die Fließgeschwindigkeit des Hydrauliköls in eine Drehbewegung um. Das Hydrauliköl wird von dem Generatorschaufelrad 83 durch die drei gleichmäßig am Umfang verteilten Generatorrücklaufleitungen 89 wieder aus dem Generatorgehäuse 87 hinausbefördert. Die Drehbewegung des Generatorschaufelrades 83 treibt den Generator an.
Da in der Generatorantriebseinheit 80 kein Druck aufgebaut werden muss, ist es nicht erforderlich, hier Kolbenräder vorzusehen.
10 zeigt eine Energieerzeugungsvorrichtung 90. Die Figur zeigt schematisch, wie eine Pumpe 70 mit einer Generatorantriebseinheit 80 verbunden ist, um Energie zu erzeugen. Eine Antriebswelle 51, die hier von dem Rotor einer Windkraftanlage angetrieben wird, ist mit einem Antriebsschaufelrad 50 verbunden. An dem Antriebsschaufelrad 50 sind ein Vorlaufsam melbehälter 91 und ein Rücklaufsammelbehälter 92 vorgesehen. Der Vorlaufsammelbehälter 91 und der Rücklaufsammelbehälter 92 sind jeweils über eine Vorlaufleitung 93 bzw. eine Rücklaufleitung 94 mit der Generatorantriebseinheit 80 verbunden. In der Generatorantriebseinheit 80 befindet sich ein Generatorschaufelrad 83, das mit einer Generatorwelle 85 gekoppelt ist. Zwischen der Vorlaufleitung 93 und der Rücklaufleitung 94 befindet sich eine Bypassleitung 95. In der Bypassleitung 95 ist ein Bypassventil 99 vorgesehen. Zwischen der Bypassleitung 95 und der Vorlaufleitung 93 ist ein erstes Steuerventil 97 vorgesehen. Zwischen der Bypassleitung 95 und dem Rücklaufsammelbehälter 92 ist ein zweites Steuerventil 98 vorgesehen.
Das Generatorschaufelrad 83 ist im Vergleich zum Antriebsschaufelrad 50 zehnfach verkleinert. Das geförderte Volumen ist ebenfalls um zehnfach geringer. Hinter dem Sammelbehälter verringert sich der Querschnitt der Vorlaufleitungen 93 um das Zehnfache auf eine Breite von 1,9 cm und eine Höhe von 3 cm.
Die Vorlaufleitung 93 und die Rücklaufleitung 94 weisen zwischen dem Vorlaufsammelbehälter 91 bzw. dem Rücklaufsammelbehälter 92 und dem Antriebsschaufelrad 50 eine Breite von 19 cm und eine Höhe von 30 cm auf.
Das System ist vollständig mit Hydrauliköl gefüllt. Es befindet sich keine Luft darin.
Im Betrieb der Energieerzeugungsvorrichtung 90 treibt die Antriebswelle 51 das Antriebsschaufelrad 50 an. Das Antriebsschaufelrad 50 fördert das Hydrauliköl durch den Vorlaufsammelbehälter 91 hindurch in die Vorlaufleitung 93 und von da aus zu dem Generatorschaufelrad 83. Das Generatorschaufelrad 83 treibt die Generatorwelle 85 an. Das Generatorschaufelrad 83 nimmt die Strömung auf und setzt sie in eine Drehbewegung um. Von dem Generatorschaufelrad 83 aus fließt das Hydraulik öl durch eine Rücklaufleitung 94 und den Rücklaufsammelbehälter 92 zurück zum Antriebsschaufelrad 50. Das Generatorschaufelrad 83 wird also durch die Zirkulation des Hydrauliköls im System angetrieben. Die Generatorwelle 85 ist mit dem Generator verbunden. Sowohl die Vorlaufleitung 93 als auch die Rücklaufleitung 94 umfassen drei Einzelleitungen, die jeweils mit den drei Zuleitungsöffnungen 63, den drei Ableitungsöffnungen 66 der Pumpe und den drei Generatorvorlaufleitungen 88 und den drei Generatorrücklaufleitungen 89 verbunden sind.
Das Antriebsschaufelrad 50 ist jeweils über eine Vorlaufleitung 93 und eine Rücklaufleitung 94 mit einem Vorlaufsammelbehälter 91 und einem Rücklaufsammelbehälter 92 verbunden.
Bei der Energieerzeugungsvorrichtung 90 handelt es sich um ein geschlossenes System. Der Hydraulikölkreislauf ist geschlossen.
Dadurch, dass das Generatorschaufelrad 83 um zehnfach kleiner als das Antriebsschaufelrad 50 ist bzw. einen zehnfach kleineren Durchmesser bzw. Volumen aufweist, wird ein höheres Übersetzungsverhältnis erreicht. Dadurch, dass sich der Querschnitt der Vorlaufleitungen hinter dem Sammelbehälter verringert, steigert sich die Durchlaufgeschwindigkeit um den Faktor 10. Insgesamt wird dadurch ein benötigtes Übersetzungsverhältnis von ca. 1:100 erreicht. Bei einer geringen Umdrehung des Rotors von 10 bis 15 Umdrehungen pro Minute wird so eine hohe Generatordrehzahl von bis zu 1000 Umdrehungen pro Minute erreicht. Dies entspricht einem Übersetzungsverhältnis von 1:100. Dadurch wird ein Getriebe bereitgestellt, das einen dauerhaften Betrieb mit wenig Wartungsaufwand und Verschleiß über 30 Jahre gewährleistet. Bei dieser Bauart werden mechanische Kräfte nicht in eine andere Richtung umgeleitet, wie z. B. bei einer Kolbenpumpe mittels einer Nockenwelle. Die Kraftübertragung wird durch die Fließ- und Drehrichtung der Schaufeln bzw. des Hydrauliköls direkt übertragen. Dadurch, dass das Antriebsschaufelrad 50 gleichmäßig dreiseitig in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeströmt wird, werden die Wellenlager der Antriebswelle 51 gering belastet. Die Kräfte wirken von drei Seiten gleichmäßig auf die Wellenlager. In dieser Energieerzeugungsvorrichtung 90 werden wenig mechanische Bauteile verwendet, die für Störungen anfällig sind, wie z. B. Wellen, Lager, Klappen, Federn, Kolben und Zylinder.
Das erste Steuerventil 97 an der Vorlaufleitung 93 zum Generator wird durch einen elektronischen Drehzahlmesser an der Antriebswelle 51 angesteuert. Dadurch wird die Zuflussmenge reguliert. Bei Leistungsspitzen wird dadurch ein Überdrehen des Generators verhindert und dieser auf einer optimalen Drehzahl gehalten. Ein entstehender Überdruck im Vorlaufsammelbehälter 91 wird durch die Bypassleitung 95 in die Rucklaufleitung 94 abgeführt. Das zweite Steuerventil 98 in der Rücklaufleitung 94 übernimmt die Funktion einer Notbremse der Energieerzeugungsvorrichtung 90. Durch Schließen bzw. durch ein Unterbrechen des Hydraulikölkreislaufes wird die Energieerzeugungsvorrichtung 90 gestoppt. Die Hydraulikflüssigkeit wird über einen nicht gezeigten unabhängigen separaten Kühlungskreislauf gekühlt. Die Energieerzeugungsvorrichtung 90 könnte auch als elektrische oder handbetriebene Wasserpumpe, Fahrzeuggetriebe, Wasser- oder Turbinenkraftwerk eingesetzt werden.
11 zeigt eine Energieerzeugungsvorrichtung 90 mit zwei Pumpen 70.1 und 70.2. Die Pumpen 70.1 und 70.2 weisen unterschiedlich dimensionierte Antriebsschaufelräder 50.1 und 50.2 auf. Sie sind parallel in einer Energieerzeugungsvorrichtung 90, ähnlich der in 7 beschriebenen Energieerzeugungsvorrichtung 90 angeordnet. Die Vorlaufsammelbehälter 91.1 und 91.2 sind über eine Durchlaufleitung 100 mit Rücklaufsammelbehältern 92.1 und 92.2 verbunden. In der Durchlaufleitung 100 ist ein Absperrventil 101 vorgesehen. In der Rücklaufleitung 94 ist jeweils zwischen dem Rücklaufsammelbehälter 92.1 und der Generatorantriebseinheit 80 und zwischen dem Rück laufsammelbehälter 92.2 und der Generatorantriebseinheit 80 ein zweites Steuerventil 98.1 bzw. 98.2 vorgesehen. Durch diese Ventile können die Druck- und Übersetzungsverhältnisse bzw. Drehmomente im Getriebe bei verschiedenen Windvorkommen und Umdrehungszahlen des Rotors optimiert werden. Je nach Bedarf werden die Pumpen 70.1 und 70.2 zu- oder abgeschaltet. Die Durchlaufleitung 100 bietet die Möglichkeit, entweder eine oder beide der Pumpen 91.1 und 91.2 lastfrei mitlaufen zu lassen, ohne dass das durch diese Pumpe geförderte Hydrauliköl zu der Generatorantriebseinheit 80 geleitet wird. In diesem Fall wird das Hydrauliköl durch die Durchlaufleitung 100 gefördert.
Je nach den Anforderungen von Windkraftanlagen und Generatoren können so durch variable dazu- oder abschaltbare Pumpen 70 die Betriebsbedingungen optimiert werden.

10: Kolben
12: Arbeitsfläche
13: Dichtungsleiste
20: Durchgangsleitung
30: Ventil
40: Kolbenrad
41: Kolbenradlager
50: Antriebsschaufelrad
51: Antriebswelle
55: Schaufel
56: Dichtungsleiste
60: Gehäuse
61: Kammern
63: Zuleitungsöffnung
66: Ableitungsöffnung
70: Pumpe
80: Generatorantriebseinheit
83: Generatorschaufelrad
84: Generatorschaufel
85: Generatorwelle
87: Generatorgehäuse
88: Generatorvorlaufleitung
89: Generatorrücklaufleitung
90: Energieerzeugungsvorrichtung
91: Vorlaufsammelbehälter
92: Rücklaufsammelbehälter
93: Vorlaufleitung
94: Rücklaufleitung
95: Bypass-Leitung
97: Erstes Steuerventil
98: Zweites Steuerventil
99: Bypass-Ventil
100: Durchlaufleitung
101: Absperrventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Hydraulische Kraftübertragung" von Dr. Uwe Stein in „Erneuerbare Energien, 12/2006" [0002]

Claims

Durchgangsleitung (20) für Fluide in der mindestens eine Durchflusssteuerung (30) angeordnet ist.
Kolben (10) mit mindestens einer Durchgangsleitung (20) für Fluide in der mindestens eine Durchflusssteuerung (30) angeordnet ist.
Kolben (10) nach Anspruch 2, wobei die Durchflusssteuerung (30) ein Ventil ist.
Kolben (10) nach Anspruch 2, wobei die Durchflusssteuerung (30) eine Kapillare ist.
Kolben (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (10) im Wesentlichen die Form einer Ellipse oder Parabel aufweist.
Kolbenrad (40) mit mindestens einem Kolben (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kolbenrad (40) nach Anspruch 6, wobei das Kolbenrad (40) 5 Kolben (10) aufweist.
Gehäuse (60) umfassend eine Durchgangsleitung (20) für Fluide in der mindestens eine Durchflusssteuerung (30) angeordnet ist.
Pumpe (70) zum Pumpen von Fluiden aufweisend ein Antriebsschaufelrad (50) mit mindestens einer Schaufel (55), mindestens ein Kolbenrad (40) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 mit mindestens einem Kolben (10) und ein Gehäuse (60), wobei das Antriebsschaufelrad (50) und das Kolbenrad (40) in dem Gehäuse (60) drehbar gelagert sind, der Kolben (10) eingerichtet ist, mit der Schaufel (55) zu kämmen und das Gehäuse (60) mindestens eine Zu leitungsöffnung (63) und eine Ableitungsöffnung (66) aufweist.
Pumpe (70) zum Pumpen von Fluiden aufweisend ein Antriebsschaufelrad (50) mit mindestens einer Schaufel (55), mindestens ein Kolbenrad (40.10) mit mindestens einem Kolben (10.10) und ein Gehäuse (60), wobei das Antriebsschaufelrad (50) und das Kolbenrad (40.10) in dem Gehäuse (60) drehbar gelagert sind, der Kolben (10.10) eingerichtet ist, mit der Schaufel (55) zu kämmen und das Gehäuse (60) mindestens eine Zuleitungsöffnung (63) und eine Ableitungsöffnung (66) sowie mindestens eine erste Durchgangsleitung (20), die eine Zuleitungsöffnung (63) mit einem Schaufelkammerbereich verbindet und mindestens eine zweite Durchgangsleitung (20), die eine Ableitungsöffnung (66) der Pumpe (70) mit dem Schaufelkammerbereich verbindet, aufweist, wobei in der ersten Durchgangsleitung (20) und in der zweiten Durchgangsleitung (20) mindestens eine Durchflusssteuerung (30) angeordnet ist.
Pumpe (70) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Antriebsschaufelrad (50) 15 Schaufeln (55) aufweist.
Pumpe (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei drei Kolbenräder (40) vorgesehen sind.
Energieerzeugungsvorrichtung umfassend eine Pumpe (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 und eine Generatorantriebseinheit.
Energieerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 13 wobei die Generatorantriebseinheit wie eine Pumpe (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgeführt ist.
Windenergieerzeugungsanlage umfassend eine Energieerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14.
Verfahren zum Betreiben einer Pumpe (70) nach Anspruch 9, wobei die Durchflusssteuerung (30) geöffnet wird, sobald der Kolben (10) mit dem Antriebsschaufelrad (50) mindestens zwei Berührungsstellen aufweist und die Durchflusssteuerung (30) geschlossen wird, sobald der Kolben (10) mit dem Antriebsschaufelrad (50) eine oder keine Berührungsstelle aufweist.