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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Druckerzeugung für fließfähige Medien. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Dabei ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, die als hydraulischer Widder bezeichnet wird und die mit einer Niederdruckeinrichtung zur Erzeugung hoher Drücke, wie sie beispielsweise über eine Steigleitung abgegeben werden können, ausgestattet ist. Ein derartiger hydraulischer Widder ist eine beispielsweise wassergetriebene zyklisch arbeitende Pumpe. Diese Vorrichtung nutzt den Druckstoß oder Staudruckeffekt, um einen Teil der Flüssigkeit, mit dem die Pumpe angetrieben wird, auf ein höheres Niveau zu heben. Ein derartiger hydraulischer Widder wird üblicherweise in der Nähe von Fließgewässern, welche ein zum Betrieb ausreichendes Gefälle aufweisen, eingesetzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage ist, ein fließfähiges Medium unter vergleichsweise hohen Drücken zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Druckerzeugung für fließfähige Medien weist eine erste Druckbereitstellungseinrichtung auf, welche ein fließfähiges Medium unter einem ersten Druck zur Verfügung stellt. Daneben weist die Vorrichtung eine zweite Druckbereitstellungseinrichtung auf, welche an einem Druckausgang bzw. einer Druckausgangsleitung ein fließfähiges Medium unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, zur Verfügung stellt und wobei die erste Druckbereitstellungseinrichtung und die zweite Druckbereitstellungseinrichtung über eine Verbindungsventileinrichtung derart in Strömungsverbindung stehen, dass ein Fluß des fließfähigen Mediums von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung zu der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung wenigstens zeitweise ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Rückführungseinrichtung auf, welche nicht in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung gelangendes fließfähiges Medium wieder an die erste Druckbereitstellungseinrichtung zurückführt.
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Es wird daher im Gegensatz zu dem oben beschriebenen hydraulischen Widder vorgeschlagen, dass das fließfähige Medium (auch als Schwungfluid bezeichnet), welches von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung zur Verfügung gestellt wird auch wieder zumindest zum Teil an diese erste Druckbereitstellungserzeugung, bei der es sich vorteilhaft um einen Niederdruckbereich handelt, zurückgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass die erforderliche Niederdruckleistung drastisch reduziert wird und so auch der Wirkungsgrad verbessert wird.
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Vorteilhaft stellt dabei die erste Druckbereitstellungseinrichtung das gleiche fließfähige Medium zur Verfügung wie die zweite Druckbereitstellungseinrichtung.
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Vorteilhaft handelt es sich bei der Verbindungsventileinrichtung um ein Rückschlagventil oder allgemein um ein Ventil, welches einen Fluidstrom nur ein einer Richtung zuläßt, so dass ein Fluss des fließfähigen Mediums von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung zu der ersten Druckbereitstellungseinrichtung im Wesentlichen unterbrochen bzw. unterbunden wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Leitungseinrichtung auf (bzw. diese Leitungseinrichtung schließt sich an die erste Druckbereitstellungseinrichtung an), durch welche hindurch das fließfähige Medium von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung zu der Verbindungsventileinrichtung strömt, wobei diese Leitungseinrichtung derart in die Vorrichtung integriert ist, dass das fließfähige Medium wenigstens zeitweise in zueinander entgegengesetzten Strömungsrichtungen durch diese Leitungseinrichtung strömt.
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Dies bedeutet, dass die besagte Leitungseinrichtung auch zum Rückführen des fließfähigen Mediums an die erste Druckbereitstellungseinrichtung dient. Es wäre jedoch auch denkbar, dass eine zweite Leitungseinrichtung vorgesehen ist, welche zum Rückführen des fließfähigen Mediums in die erste Druckbereitstellungseinrichtung dient. In diesem Falle, wird daher das fließfähige Medium innerhalb eines Kreislaufs geführt.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich grundsätzlich für beliebige fließfähige Medien, wie beispielsweise Medien mit geringer Viskosität wie Wasser oder auch für Kraftstoffe, andererseits jedoch auch für gasfähige Medien. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die beschriebene Vorrichtung zur Druckerzeugung in ein Kraftfahrzeug integriert, beispielsweise im Rahmen einer Benzinpumpe.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Druckbereitstellungseinrichtung eine Pumpeneinrichtung auf, welche das fließfähige Medium in wenigstens einer Leitung der Druckbereitstellungseinrichtung fördert. Die Pumpeneinrichtung ersetzt damit das bei dem oben beschriebenen Widder vorgesehene natürliche Gefälle eines Flusses oder Baches. Vorteilhaft ist dabei diese erste Pumpeneinrichtung von einer Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einem Elektromotor angetrieben. Weiterhin kann auch eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung dieses Motors vorgesehen sein, wie beispielsweise die Steuerelektronik eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist es möglich, dass die Pumpeneinrichtung einen konstanten Niederdruckvolumenstrom erzeugt, der vorteilhaft auch in einen Regelkreis einbezogen ist. Dabei ist es auch möglich, dass die Verlustleistung in einem Schubbetrieb oder anderen Betriebszuständen, in denen wenig oder kein Volumenstrom benötigt wird, abgesenkt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Druckbereitstellungseinrichtung eine erste Speichereinrichtung zum Speichern des fließfähigen Mediums auf. Bei dieser Speichereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Niederdruckspeicher handeln, der in der Lage ist, das fließfähige Medium unter einem bestimmten Druck zu speichern. Vorteilhaft handelt es sich hierbei um eine Speichereinrichtung, welche eine hohe Arbeitsfrequenz erlaubt, insbesondere eine Arbeitsfrequenz, die im Kilohertzbereich liegt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Druckbereitstellungseinrichtung ebenfalls eine Speichereinrichtung auf, die zum Speichern des fließfähigen Mediums dient. Bei dieser zweiten Speichereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Hochdruckspeicher handeln, beispielsweise eine Speichereinrichtung, wie sie bei der sogenannten Common-Rail-Einspritzung bekannt ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Regeleinrichtung zum Regeln des über den Druckausgang ausgegebenen Drucks vorhanden. Dabei ist es möglich, dass diese Regelung über eine Niederdruckregelung erfolgt, beispielsweise über die oben genannte Pumpe, welche den Druck in der ersten Druckbereitstellungseinrichtung zur Verfügung stellen. Daneben wäre es jedoch auch möglich, dass eine Verteilereinheit vorgesehen ist, beispielsweise in einer Fließrichtung des fließfähigen Mediums stromabwärts der Verbindungsventileinrichtung und über diese Verteilereinheit eine Regelung des Hochdrucks erfolgt.
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Auch können diese Maßnahmen kombiniert werden, d. h. der Druck kann sowohl über die erste Druckbereitstellungseinrichtung, als auch über eine entsprechende Verteilereinheit geregelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Druckbegrenzungsventil auf, welches besonders bevorzugt parallel zu der Verbindungsventileinrichtung geschaltet ist. Dieses Druckbegrenzungsventil kann dazu dienen, um den Druck von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung zu begrenzen. Vorteilhaft handelt es sich hierbei um ein steuerbares Druckbegrenzungsventil und insbesondere um ein elektrisch schaltbares Druckbegrenzungsventil.
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Es wäre jedoch auch denkbar, dass eine Regelungseinrichtung in der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung, welche den Hochdruck zur Verfügung stellt, vorgenommen wird. So kann insbesondere ein (bevorzugt steuerbares) Druckbegrenzungsventil an der Hochdruckspeichereinrichtung der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung vorgesehen sein.
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Die Verbindungsventileinrichtung ist vorzugsweise eine Ventileinrichtung, die für sehr kurze Schaltzeiten optimiert ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Ventileinrichtung auf, welche den Fluß des Mediums zu der Verbindungsventileinrichtung steuert. Bei dieser ersten Ventileinrichtung handelt es sich vorteilhaft um einen Impulsgeber, der die Strömungsverhältnisse des fließfähigen Mediums zu dem Verbindungsventil steuern kann. Vorteilhaft handelt es sich dabei um ein schaltbares Ventil und insbesondere um ein elektrisch schaltbares Ventil. Es wäre jedoch auch möglich, eine mechanische Einrichtung – z. B. eine Steuerscheibe zu verwenden.
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Vorteilhaft weist diese Ventileinrichtung sehr steile Öffnungs- und/oder Schließflanken auf, um auf diese Weise hohe Druckunterschiede zu erzeugen und damit auch ein hohes Druckniveau in der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung zur Verfügung zu stellen. Vorteilhaft liegen die Werte für die Flankensteilheit über 40 bar/ms, bevorzugt über 60 bar/ms, bevorzugt über 80 bar/ms, bevorzugt über 100 bar/ms und bevorzugt über 120 bar/ms. Dabei ist es auch möglich, dass diese erste Ventileinrichtung in einen Regelkreis eingebunden ist, der zur Regelung des Hochdruckniveaus dient. Vorteilhaft ist diese erste Ventileinrichtung (in der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums) zwischen der ersten Druckbereitstellungseinrichtung und dem Verbindungsventil angeordnet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Unterbrechungseinrichtung auf, welche zum zeitweiligen Unterbrechen des von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung kommenden Flüssigkeits- oder Fluidstroms geeignet und bestimmt ist. Vorteilhaft bildet diese Unterbrechungseinrichtung gemeinsam mit der oben beschriebenen ersten Ventileinrichtung eine Impulserzeugungsvorrichtung, welche Druckimpulse des fließfähigen Mediums, welche zu der Verbindungsventileinrichtung gelangen können, erzeugt. Diese Impulserzeugungsvorrichtung ist vorteilhaft in der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums zwischen der ersten Druckbereitstellungseinrichtung und der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung angeordnet.
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Vorteilhaft werden im Rahmen dieser Impulserzeugungseinrichtung auch sogenannte Schwungleitungen eingesetzt. Darunter werden insbesondere solche Leitungen bzw. Anordnungen verstanden, welche ein Schwingen der durch sie tretenden Druckwellen erlauben. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Beschaltung der Ventile erreicht werden. Falls beispielsweise ein erstes Ventil öffnet, während ein zweites Ventil bereits geöffnet ist, startet eine Kompressionswelle in Richtung des zweiten Ventils. Im Anschluss startet an dem zweiten Ventil eine Dekompressionswelle in Richtung des ersten Ventils und nun startet wiederum eine Kompressionswelle in Richtung des zweiten Ventils. Auf diese Weise kommt es zu einem Schwingen der Druckwelle. Bei jedem Passieren des ersten und des zweiten Ventils erhöht sich dabei die Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Strömung Schwung aufnimmt. Vorteilhaft weist die Unterbrechungseinrichtung ein Kolbenelement auf, welches unter Einwirkung eines Stromes des fließfähigen Mediums bewegbar ist. Dabei kann es sich bei diesem Kolbenelement um einen Einzelkolben mit einer Federeinrichtung, wie etwa einer Rückholfeder, handeln. Daneben kann diese Unterbrechungseinrichtung auch eine Leckageeinrichtung aufweisen.
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Vorteilhaft sind die Schaltzeiten der ersten Ventileinrichtung und der Unterbrechungseinrichtung aufeinander abgestimmt. Insbesondere ist eine Schaltzeit, in der die erste Ventileinrichtung geöffnet wird länger als diejenige Zeit, die benötigt wird, bis die Unterbrechungseinrichtung schließt. Vorteilhaft handelt es sich bei der Unterbrechungseinrichtung um ein passives Element, welches bevorzugt lediglich von dem fließfähigen Medium angetrieben bzw. geschalten wird.
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Daneben kann es sich bei der oben erwähnten Kolbeneinrichtung jedoch auch um einen doppelt wirkenden Kolben handeln, der somit vorteilhaft leckagefrei ausgeführt ist. Durch das Vorsehen dieser Unterbrechungseinrichtung kann das Problem der endlichen Flankensteilheit der oben beschriebenen Ventileinrichtung vermieden werden, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird. Mit anderen Worten wird insbesondere am Ende der besagten Leitung die genannte Unterbrechungseinrichtung angeordnet, die – anders als ein schlichter Abschluss der Leitung – zunächst einen gewissen Fluidstrom bzw. Flüssigkeitsstrom zulässt und erst zu einem späteren Zeitpunkt unterbricht, wenn sich bereits eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit in den jeweiligen Leitungen aufgebaut hat. Diese Strömungsgeschwindigkeit wird unterbrochen und damit ein höheres Maß an Drucküberschuss erzeugt, der dann über das Verbindungsventil in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung gelangen kann.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, muss damit bei der erfindungsgemäßen Lösung nur maximal der Niederdruckvolumenstrom bereit gestellt werden, insbesondere jener Druckvolumenstrom, der sich zu Öffnungsbeginn (beispielsweise durch einen Impulsgeber) einstellt. Dies wird wie oben erwähnt dadurch erreicht, dass die Niederdruckmenge, die nicht in den Hochdruckbereich überführt wird, zurück in den speziellen Niederdruckspeicher bzw. in die erste Druckbereitstellungseinrichtung fließt (abzüglich der Kompressionsmenge aus der Leitungslänge bei Niederdruck). Damit ergibt sich der Niederdruckvolumenstrom aus dem Kompressionsvolumen multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit dividiert durch die gewählte Rohrlänge.
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Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass sich der Niederdruck in der ersten Druckbereitstellungseinrichtung bzw. in der Speichereinrichtung momentan geringer sein kann, als der installierte Niederdruckpumpendruck. Dies kann jedoch durch eine höhere Vervielfachung bei der Druckverstärkung ausgeglichen werden.
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Dabei ist es möglich, dass sich der durchschnittliche Niederdruckvolumenstrom aus dem halben Vervielfachungsfaktor multipliziert mit dem Niederdruckvolumenstrom zum Öffnungszeitpunkt einer Steuereinrichtung ergibt. Dies gilt jedoch lediglich, wenn die maximale Strömungsgeschwindigkeit nicht erreicht wird. Lediglich während eines Druckstoßes wird dieser Fluß unterbrochen. Bei einer angenommenen 20-fachen Übersetzung wird hier eine 9-mal höhere Niederdruckmenge benötigt als bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform.
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Dadurch, dass in der ersten Druckbereitstellungseinrichtung lediglich ein recht geringer Druck zur Verfügung gestellt werden muss, können auch sehr geringe Anforderungen an die Fertigungstechnologie der Bauteile gestellt werden, sodass je nach gewählter Ausführung keinerlei Schleifprozesse erforderlich sind.
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Vorteilhaft werden zum Abdichten von bewegten Teilen in der ersten Druckbereitstellungseinrichtung Spaltdichtungen eingesetzt. Die zweite Druckbereitstellungseinrichtung, d. h. der Hochdruckbereich wird vorteilhaft mit Sitzdichtungen in der Endlage abgedichtet. In der Phase der Geschwindigkeitserhöhung sind – aufgrund des geringen Druckunterschiedes – auch großzügig dimensionierte Spaltdichtungen ausreichend. Die Erfindung eignet sich damit insbesondere für Medien mit geringer Viskosität, da hier nur geringe Strömungsverluste auftreten. Allerdings lässt sich die Erfindung auch für Medien mit höherer Viskosität anwenden, wobei hier entsprechende konstruktive Maßnahmen erforderlich sein können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Ventileinrichtung aufweist, welche den Fluss des fließfähigen Mediums zu der Verbindungsventileinrichtung steuert. Dabei kann diese Ventileinrichtung insbesondere geeignet sein, um diesen Fluss beispielsweise periodisch zu modulieren. Diese erste Ventileinrichtung fungiert damit auch als Impulserzeugungseinrichtung, welche Impulse des fließfähigen Mediums erzeugt. Diese erste Ventileinrichtung wird dabei vorteilhaft von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung mit einem im Wesentlichen konstanten Fluiddruck versorgt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Unterbrechungseinrichtung auf, welche zum zeitweiligen Unterbrechen des von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung und oder des von der Ventileinrichtung zugeführten fließfähigen Mediums geeignet und bestimmt ist. Vorteilhaft ist die oben erwähnte Ventileinrichtung bzw. Impulserzeugungseinrichtung zwischen der Unterbrechungseinrichtung und der ersten Druckbereitstellungseinrichtung angeordnet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform stehen die erste Ventileinrichtung und die Unterbrechungseinrichtung über eine Verbindungsleitung in Strömungsverbindung und aus dieser Verbindungsleitung ist das fließfähige Medium in Richtung des Verbindungsventils führbar und/oder abzweigbar.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Bereitstellung eines unter Druck stehenden fließfähigen Mediums gerichtet, wobei in einer ersten Druckbereitstellungseinrichtung das fließfähige Medium unter einem vorgegebenen ersten Druck geführt wird, und eine zweite Druckbereitstellungseinrichtung das fließfähige Medium an einen Druckausgang unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, zur Verfügung stellt und wobei die erste Druckbereitstellungseinrichtung die zweite Druckbereitstellungseinrichtung über eine Verbindungsventileinrichtung dergestalt in (Strömungs-)Verbindung stehen, dass wenigstens zeitweise das fließfähige Medium von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung zu der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung gelangt.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teil des fließfähigen Mediums, welches nicht über die Verbindungsventileinrichtung in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung gelangt, wieder zurück in die erste Druckbereitstellungseinrichtung geführt.
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Dabei ist diese Rückführung im Rahmen eines Kreislaufs möglich, es können aber auch zwei unterschiedliche Richtungsströme in einer Verbindungsleitung vorgesehen sein.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung einer Vorrichtung der oben beschrieben Art und/oder eines Verfahrens der oben beschriebenen Art zum Betreiben eines Fahrzeugs gerichtet. Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art gerichtet. Insbesondere dient diese Vorrichtung dabei der Förderung eines Treibstoffes.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
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Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 eine schematische Darstellung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Druckerzeugung für fließfähige Medien. Diese Vorrichtung weist dabei eine erste Druckbereitstellungseinrichtung 2 auf, welche dazu dient, das fließfähige Medium über eine Ausgangsleitung 42 unter einem vorbestimmten Druck P1 zur Verfügung zu stellen. Diese erste Druckbereitstellungseinrichtung 2 weist dabei eine erste Pumpeneinrichtung 22 auf, welche das fließfähige Medium fördert. Daneben ist eine erste Speichereinrichtung 24 vorgesehen, welche zum Speichern des fließfähigen Mediums unter dem bestimmten Druck P1 dient. Das Bezugszeichen 23 kennzeichnet einen Motor, der die Pumpeneinrichtung 22 antreibt. Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet ein Reservoir für das fließfähige Medium, dem dieses über eine Leitung 25 entnommen werden kann. Der Motor 23 kann dabei über eine Steuerungseinrichtung 30 gesteuert werden.
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Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet eine zweite Druckbereitstellungseinrichtung, welche eine zweite Speichereinrichtung 44 sowie eine Druckausgangsleitung 48 aufweist. Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Verbindungsventileinrichtung, welche eine Strömungsverbindung ermöglicht, sodass das fließfähige Medium von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 2 zu der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 4 gelangen kann. Das Bezugszeichen 48 kennzeichnet eine Ausgangsleitung, über die das fließfähige Medium unter dem hohen Druck P2 zur Verfügung gestellt werden kann. Bei dem Ventil 12 handelt es sich vorteilhaft um ein Rückschlagventil, sodass ein Fluß des fließfähigen Mediums von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 4 zu der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 2 nicht ermöglicht ist. Vorteilhaft ist der zweite Druck P2 um wenigstens 20% größer als der erste Druck P1, vorteilhaft um wenigstens 50%, vorteilhaft um wenigstens 100%, vorteilhaft um wenigstens 300%. In der anvisierten Benzinpumpe werden Druckerhöhungsfaktoren von 8 ... 20 angestrebt. Für andere Anwendungen sind auch höhere Faktoren denkbar. Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass hier mit relativ „simpler” Fertigung hohe Drücke bereitgestellt werden können.
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Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Druckimpulserzeugungseinrichtung, welche zwischen der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 2 und der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 4 angeordnet ist. Diese Druckimpulserzeugungsvorrichtung 6 kann dabei eine erste Ventileinrichtung 14 in Form einer Impulserzeugungseinrichtung aufweisen, welche zwischen zwei Verbindungsleitungen 42 und 45 geschaltet ist, und welche auf diese Weise eine Änderung der Strömung des fließfähigen Mediums und damit die Erzeugung von Druckimpulsen ermöglicht. Das Bezugszeichen 32 kennzeichnet wieder ein Reservoir, über welches beispielsweise Leckageströme abgeführt werden können. Diese Druckschwankungen können verwendet werden, um das fließfähige Medium mit hohem Impuls über die Verbindungsventileinrichtung in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 4 zu fördern.
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Das Bezugszeichen 16 bezieht sich auf eine Unterbrechungseinrichtung, welche ebenfalls geeignet und bestimmt ist, einen Strömungsfluss des fließfähigen Mediums zu unterbinden. Man erkennt, dass diese Unterbrechungseinrichtung 16 hier in Strömungsverbindung über die Verbindungsleitung 45 mit der Ventileinrichtung 14 steht und eine Abzweigleitung 46 vorgesehen ist, welche zu der Verbindungsventileinrichtung 12 führt. Vorteilhaft lässt die Unterbrechungseinrichtung für eine vorgegebene Zeitspanne einen Fluss des Mediums durch die Verbindungsleitung 45 zu und unterbricht ihn dann. Auf diese Weise können sehr hohe Druckunterschiede erzeugt werden, sodass das fließfähige Medium entsprechend von der Leitung 46 in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 4 gelangen kann. Die Anordnung aus der Ventileinrichtung 14 (bzw. Impulserzeugungseinrichtung), der Unterbrechungseinrichtung 16 sowie der zugehörigen Verbindungsleitungen bildet in ihrer Gesamtheit eine Druckimpulserzeugungsvorrichtung 6, welche die Druckimpulse des fließfähigen Mediums erzeugt. Vorteilhaft erzeugt diese Druckimpulserzeugungsvorrichtung 6 periodische Druckimpulse des fließfähigen Mediums.
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2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Fall ist wieder eine Pumpe 22 vorgesehen, welche das fließfähige Medium über einen Kreislauf und eine Rückführungsleitung 27 zurück in ein Reservoir 26 führt. In diesem Kreislauf ist ein Ventil 28 (dieses entspricht der Ventileinrichtung 14) integriert, welches ebenfalls geschalten werden kann und so den Durchfluss des fließfähigen Mediums unterbricht. Im Falle einer derartigen Unterbrechung treten ebenfalls sehr hohe Druckimpulse auf, welche über das Verbindungsventil 12 in die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 4 abgeführt werden können. Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet eine Messeinrichtung zum Messen der jeweiligen Drücke. Damit wird bei der in 2 gezeigten Ausführungsform das fließfähige Medium ebenfalls, allerdings hier im Rahmen eines Kreislaufs, zurück in das Reservoir und damit zu der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 2 geführt. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform stellt im Wesentlichen die Pumpeneinrichtung 22 die erste Druckbereitstellungseinrichtung 2 und die Leitung 27 die Rückführungseinrichtung dar.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist wiederum das Ventil 14 vorgesehen, welches je nach Schaltstellung das Medium in Richtung des Verbindungsventils 12 führen kann oder aber wieder zurück in das Reservoir 26 über die Verbindungsleitung 27 (welche hier auch die Rückführungseinrichtung 20 bildet). Man erkennt, dass die Ventileinrichtung 14 mittels eines elektrischen Stroms S hochfrequent gesteuert werden kann. Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet wieder einen Druckspeicher für das fließfähige Medium. Es wäre jedoch auch der Einsatz eines mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Ventils denkbar.
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Die Unterbrechungseinrichtung 16 weist bei dieser Ausführungsform einen Kolben 72 auf, der in Richtung des Doppelpfeils P bewegbar ist. Eine Federeinrichtung 74 belastet diesen Kolben hier nach oben. Dies bedeutet, dass beim Öffnen des Ventils 14 zunächst ein gewisser Strom des fließfähigen Mediums möglich ist, und hierdurch der Kolben 72 entgegen der Kraft der Feder 74 nach unten gedrückt wird. Anstelle einer Feder könnten auch andere Vorspannelemente wie etwa Magnete Anwendung finden.
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Sobald der Kolben seinen unteren Anschlag 76 erreicht hat, blockiert die Unterbrechungseinrichtung 16 und damit wird auch der Fluss des fließfähigen Mediums durch die Leitung 44 unterbrochen. In diesem Falle kann das Medium über die Verbindungsventileinrichtung 12 in die sich anschließende hier nur schematisch dargestellte zweite Druckbereitstellungseinrichtung 4 gelangen.
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Im Rahmen einer Beispielrechnung konnte folgendes ermittelt werden: Geht man davon aus, dass das fließfähige Medium eine Dichte von 750 kg/m
3 aufweist, die Viskosität bei
liegt und die Elastizität des fließfähigen Mediums beispielsweise bei 14000 bar liegt, so können unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit (1400 m/s) folgende Werte erreicht werden. Geht man wiederum von einem Druck der zweiten Speichereinrichtung von 56 bar sowie einem Druck der Pumpe
22 von 7 bar, so kann bei einem Innenrohrdurchmesser von 10 mm und einer gewählten Rohrlänge von 0,5 m theoretisch ein Wirkungsgrad der Druckübersetzung von 66,7% erreicht werden. Hierbei werden ein Niederdruckvolumenstrom von 13,2 l/min und ein Hochdruckvolumenstrom von 1,1 l/min erreicht. Werden noch die Leitungsverluste und die endliche Größe der Speichereinrichtung berücksichtigt, so bleibt in jedem Fall ein Wirkungsgrad von mehr als 50% realisierbar.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- erste Druckbereitstellungseinrichtung
- 4
- zweite Druckbereitstellungseinrichtung
- 6
- Druckimpulserzeugungsvorrichtung
- 12
- Verbindungsleiteinrichtung, Rückschlagventil
- 14
- Ventileinrichtung
- 16
- Unterbrechungseinrichtung
- 20
- Rückführungseinrichtung
- 22
- Pumpeneinrichtung
- 23
- Motor
- 24
- Speichereinrichtung
- 25
- Leitung
- 26
- Reservoir
- 27
- Verbindungsleitung
- 28
- Ventil
- 30
- Steuerungseinrichtung
- 32
- Reservoir
- 42
- Ausgangsleitung, Verbindungsleitung
- 44
- zweite Speichereinrichtung, Verbindungsleitung
- 45
- Verbindungsleitung
- 46
- Leitung
- 48
- Druckausgangsleitung
- 52
- Messeinrichtung
- 72
- Kolben
- 74
- Federeinrichtung, Vorspannmittel
- 76
- unterer Anschlag
- P1
- Druck
- P2
- Druck
- S
- Strom
- P
- Doppelpfeil
