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Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung, insbesondere in Form eines Verdichters, bestehend aus mindestens einem Gehäuse und einem im Gehäuse bewegbar angeordneten Trennelement, das zwei Fluidbereiche im Gehäuse voneinander separiert.
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Durch
WO 2013/079222 A2 ist eine Fördereinrichtung zur Verbesserung der Energieeffizienz bei Hydrauliksystemen bekannt, mit einem Aktuator, der in einem Betriebszustand als Verbraucher hydraulischer Energie und in einem anderen Betriebszustand als Erzeuger hydraulischer Energie arbeitet, und mit einem Hydrospeicher, der beim einen Betriebszustand des Aktuators von diesem zur Energiespeicherung aufladbar und beim anderen Betriebszustand für eine Energieabgabe an den Aktuator entladbar ist. Als Hydrospeicher dient ein unstetig verstellbarer hydropneumatischer Kolbenspeicher, in dem mehrere Druckräume gebildet sind, die an unterschiedlich große Wirkflächen an der Fluidseite des Speicherkolbens angrenzen. Ferner ist eine Stellanordnung vorgesehen, die in Abhängigkeit von den jeweiligen auf der Gasseite des Kolbenspeichers und am Aktuator herrschenden Druckniveaulagen einen ausgewählten Druckraum oder mehrere ausgewählte Druckräume des Kolbenspeichers mit dem Aktuator verbindet.
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Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Energie unabhängig vom Vorfülldruck auf der Gasseite des Speichers und unabhängig vom jeweiligen Lastdruck eine Medienförderung durchzuführen, weil durch Auswählen einer Wirkfläche passender Größe das jeweilige gewünschte Druckniveau am Speicher für Ladung oder Entladung genutzt werden kann. Dadurch ist bei sämtlichen Betriebszuständen eine optimale Energieumsetzung möglich. Die bekannte Mehrkolbenanordnung für den Kolbenspeicher benötigt zur Abdichtung der einzelnen Kolbenräume gegeneinander Dichtungen, wie metallische Kolbenringe oder gummielastische Kunststoff-Dichtungen. Wegen der im Betrieb auftretenden hohen Kräfte und Drücke ist auch meist zusätzlich der Einsatz von Schmierstoffen notwendig, um die auftretenden Reibkräfte möglichst gering zu halten, um so den Verschleiß zu mindern und um eine möglichst leckagefreie Abdichtung zu erzeugen. Trotzdem lassen sich Leckagen nicht vermeiden und durch die Reibung tritt sowohl ein Verschleiß bei den einzelnen Kolben sowie dem zugehörigen Dichtungsmaterial auf. Diese zwar meist kleinen Verschleißpartikel führen dennoch zu einer Verschmutzung der zu fördernden Gase oder Flüssigkeiten, die auch teilweise hochrein sein können, was sich dann wiederum nur durch sehr aufwendige Filtermaßnahmen im Fluidstrom beseitigen lässt. Soweit auf der Gasseite der Fördereinrichtung mit einer vorgebbaren eingeschlossenen Gasmenge während des Betriebs der Fördereinrichtung durch Reibung ein Wärmeeintrag erfolgt, lässt sich die überschüssige Wärme über die auf der Fluidseite durchlaufenden Flüssigkeitsmengen aus dem Gehäuse der Fördereinrichtung abführen, so dass nicht noch ein zusätzlicher schädigender Einfluss durch ungewollten Wärmeeintrag in die Fördereinrichtung erfolgt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lösung dahingehend zu verbessern, dass eine leckagefreie Fördereinrichtung geschaffen ist, die auch einen Verdichterbetrieb mit Gasen, wie Wasserstoffgas, ermöglicht.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine Fördereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Trennelement aus einem Trennbalg mit einzelnen Balgfalten gebildet ist, für eine Ansteuerung einer Bewegung des Trennbalges eine mechanische Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, und die mittels der Betätigungseinrichtung über die Bewegung des Trennbalgs erzeugte Wärme mittels einer Kühleinrichtung zumindest teilweise aus dem Gehäuse abführbar ist, ist in jedem Fall sichergestellt, dass keine Leckagen mehr auftreten können. Der Trennbalg mit seinen einzelnen Balgfalten stellt eine mediendichte, insbesondere auch gasdichte, Trennung zwischen den beiden Fluidbereichen im Gehäuse her, so dass auch nicht ungewollt ein etwaig auftretender Partikeleintrag zwischen den Fluidbereichen ausgetauscht werden kann. Der Trennbalg kann insoweit als mediendicht bezeichnet werden, so dass eine Verwendung der Fördereinrichtung auch als Verdichter für Gase, wie Wasserstoffgas, verwendbar ist.
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Wird der Trenn- respektive Faltenbalg ausgezogen, wird das Volumen des einen Fluidbereichs vergrößert und das zu fördernde Fluid strömt in den einen Fluidbereich ein, wohingegen sich das Volumen des anderen Fluidbereiches zurselben Zeit zwangsläufig verkleinert. Umgekehrt beim Zusammenziehen des Trennbalges vergrößert sich das Volumen des anderen Fluidbereichs bei gleichzeitiger Verringerung des einen Fluidbereiches und das in diesem einen Fluidbereich im Ansaughub vorher aufgenommene Fördervolumen wird unter der Druckeinwirkung des sich zusammenziehenden Trennbalges aus der Fördereinrichtung im Rahmen eines einzelnen Förderhubs ausgebracht. Das Ausziehen des Trennbalges geschieht bevorzugt durch das Einströmen des Fördervolumens auf der Einlassseite des Gehäuses mit vorgebbarem Druck aus einem fluidischen Versorgungskreislauf an den die Fördereinrichtung fluidführend angeschlossen ist.
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Das Zusammenziehen des Trennbalges geschieht hingegen unter der Einwirkung einer mechanischen Betätigungseinrichtung, die den Trennbalg derart ansteuert, dass das vorangehend aufgenommene Fluidvolumen im einen Fluidbereich unter Druck aus dem Gehäuse in den fluidischen Versorgungskreislaufs ausgestoßen wird, wobei dabei die Zufuhr an nachströmendem Fluid in Richtung des einen Fluidbereiches unterbunden ist.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit den Trennbalg derart mit der mechanischen Betätigungseinrichtung zu koppeln, dass sie sowohl die Auszieh- als auch die Zusammenziehbewegung für den Trennbalg ausschließlich oder zumindest überwiegend veranlasst. Aufgrund der mechanischen Betätigungseinrichtung können in zeitlich rascher Abfolge zur Bewegung des Trennbalges an diesem Bewegungsvorgänge veranlasst werden; anders als im Stand der Technik, bei dem immer erst mehr oder minder große Flüssigkeitsmengen einen Kolbentrieb für die Fluidförderung anzusteuern haben, die betreffend das Gehäuse mit den verfahrbaren Kolben immer erst ein- oder auszubringen sind. Dergestalt lässt sich die erfindungsgemäße Fördereinrichtung für den Transport von fließfähigen Fluiden in zugeordneten Versorgungskreisläufen einsetzen. Neben reinen Flüssigkeiten ist so auch der Transport von Gasen oder von Gas-Flüssigkeitsgemischen möglich.
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So kommt in neuerer Zeit der Verwendung von Wasserstoff als Energieträger immer größere Bedeutung zu. Um ein zu förderndes Wasserstoffvolumen gering zu halten, kann es sinnvoll sein, den Wasserstoff nicht nur in einem angeschlossenen Versorgungskreislauf zu fördern, sondern bei einem Förderschritt auch auf höhere Druckniveaulagen zu verdichten respektive zu komprimieren. Dergestalt lässt sich die zu fördernde Volumenmenge reduzieren und für die angestrebte spätere Verwendung Wasserstoff mit hohem Druck zur Verfügung stellen.
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Bei der Komprimierung von Wasserstoff kommt es jedoch, vergleichbar wie bei anderen Gasen auch, zu einem deutlichen Temperaturanstieg, der zum einen aufgrund der damit einhergehenden Expansion des Gases der angestrebten Verdichtung entgegenwirkt und zum anderen können durch diesen ungewollten Wärmeeintrag die mechanischen Komponenten der Fördereinrichtung in der Funktion beeinträchtigt oder gar beschädigt werden, was eventuell noch verbleibende, notwendige Abdichtsysteme mit einbezieht.
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In jedem Fall ist der, vorzugsweise aus Edelstahl bestehende, Trennbalg als verlässliche Medientrenneinrichtung dazu geeignet, dass nicht ungewollt, insbesondere von der mechanischen Betätigungseinrichtung herrührende, partikuläre Verschmutzung auf die Gasseite der Fördereinrichtung kommen kann. Insbesondere bei einer Verwendung des Wasserstoffes im Rahmen eines Brennstoffzellen-Betriebes darf sich keinerlei partikuläre Verschmutzung im Gasstrom befinden. Des Weiteren ist der Trennbalg in Edelstahlausführung dazu geeignet einer etwaigen Versprödung, bedingt durch das ggf. sehr kalte Wasserstoffgas, wirksam zu begegnen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung eine antreibbare Betätigungsstange aufweist, die das Gehäuse zumindest teilweise durchgreift und für eine Ansteuerung einer Bewegung des Trennbalges in Anlage mit einem Balgboden des Trennbalges bringbar ist. Die Betätigungsstange der Betätigungseinrichtung lässt sich hydraulisch ansteuern, bspw. unter Einsatz eines hydraulischen Arbeitszylinders, oder ggf. unter Einschalten eines geeigneten Zwischengetriebes, mittels eines in beiden Richtungen betreibbaren Elektromotors. Die Betätigungsstange lässt sich massiv ausgestalten und ist in der Lage hohe Betätigungskräfte auf den zu bewegenden Trennbalg zu übertragen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass der Balgboden des Trennbalges auf seiner der Betätigungsstange gegenüberliegenden Seite von einem Fluiddruck ansteuerbar ist, der in den einen Fluidbereich eindringend zu einem Ausziehen des Trennbalges und zum Zurückverschieben der insoweit zumindest teilweise kräftefrei gehaltenen Betätigungsstange führt. Dergestalt ist der Trennbalg für einen Auszieh- oder Füllvorgang von dem zu fördernden Druckmedium ansteuerbar, wohingegen die auf der gegenüberliegenden Seite druckwirksam angreifende Betätigungsstange für einen Förderhub unter Verringerung des Volumens im einen Fluidbereich des Gehäuses den Faltenbalg zum volumenverringernden Zusammenziehen veranlasst. Die dahingehenden Betätigungsvorgänge laufen in alternierender Weise zeitlich hintereinander ab, wobei sich in zeitlich rascher Abfolge der Trennbalg vom Ansaughub in den Förderhub und wieder zurückbringen lässt. Insbesondere bei einem zu transportierenden Arbeitsgas, wie Wasserstoffgas, lassen sich dann über die Fördereinrichtung mittels des Trennbalges hohe Verdichtungsverhältnisse erreichen, so dass insoweit die Fördereinrichtung auch als Verdichter mit Förderfunktion arbeiten kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass das im anderen Fluidbereich eingeschlossene Fluidvolumen beim Ausziehen des Trennbalges durch Zurückverschieben der Betätigungsstange aus diesem anderen Fluidbereich gleich oder im Wesentlichen gleich bleibt, um zu vermeiden, dass es beim Ausziehen des Faltenbalges zu Störungen im Betrieb kommt. Beim Ausziehen des Faltenbalges wird ein Luftvolumen im anderen Fluidbereich verdrängt, wobei im Umfang des Ausziehens des Faltenbalges die Betätigungsstange mit zurückfährt und dabei teilweise aus dem Gehäuse der Fördereinrichtung hinausgelangt, so dass zusätzlich freies Volumen im anderen Fuidbereich geschaffen wird, in das der Trennbalg Luft verdrängen kann, so dass ein hemmnisfreier Betrieb ermöglicht ist, trotz der eingeschlossenen Luftmenge im weiteren Fluidbereich der Fördereinrichtung.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses eine Balgaufnahme derart angeordnet ist, dass mit Anlage des Balgbodens an der Balgaufnahme die Balgfalten, vorzugsweise auf Block aneinanderliegend, in einem Aufnahmeraum zwischen Balgaufnahme und dem Gehäuse eingestapelt sind. Da der Trennbalg mit seinen Balgfalten empfindlich gegenüber Knick- und Beulbeanspruchungen ist, ist dergestalt über den Aufnahmeraum eine sichere Faltenführung erreicht und insbesondere ist sichergestellt, dass im zusammengezogenen Zustand des Trennbalges die einzelnen Falten bis sie auf Block aneinanderliegen nicht ausknicken oder ausbeulen können. Des Weiteren ist derart eine platzsparende Aufnahme für die Balgfalten im Gehäuse der Fördereinrichtung erreicht. Ist der Trennbalg mit seinen Balgfalten vollständig im Aufnahmeraum eingestapelt, liegt der Balgboden zumindest innenseitig und der Balgaufnahme zugewandt auf dieser zumindest in einem kreisringförmigen Randbereich flächig auf, so dass auch insoweit eine sichere, beulsteife Abstützung erreicht ist und das freie, sich verändernde Fluidvolumen für den einen Fluidbereich der Fördereinrichtung liegt bei maximalem Förderhub bei Null oder nahezu bei Null.
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Fährt der Trennbalg im Rahmen eines Ansaughubes aus, kann sich der Balgboden an seiner einen, freien Stirnseite an dem freien stirnseitigen Ende der Betätigungsstange abstützen, die insoweit sicherstellt, dass die Balgfalten nicht ungewollt überdehnt werden können, was ansonsten zum Unbrauchbarwerden des Faltenbalges führen kann.
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In der Balgaufnahme ist vorzugsweise mindestens eine Fluidleitung angeordnet, die in den einen Fluidbereich ausmündet. Über die jeweilige Fluidleitung erfolgt dabei der Ansaughub für das zu fördernde Fluidvolumen, als auch der Abgabe- oder Förderhub für dieses Volumen aus dem einen Fluidbereich der Fördereinrichtung.
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Für eine Überwachung der Position des Trennbalges ist vorzugsweise in der Balgaufnahme ein Näherungssensor, bspw. in Form eines Näherungsschalters, vorgesehen, der bei Betätigung die Ausziehbewegung der Betätigungsstange ansteuern kann, damit der Trennbalg fluidisch angesteuert wiederum eine Ausziehbewegung vornimmt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass das Gehäuse außenumfangsseitig Teile der Kühleinrichtung aufweist oder diese integraler Bestandteil des Gehäuses sind. Die Teile der Kühleinrichtung bestehen im Wesentlichen aus einer Fluidführung für das Kühlmittel oder einer dahingehenden Aufnahmemöglichkeit am Umfang des Gehäuses der Fördereinrichtung. So können die angesprochenen Teile der Kühleinrichtung aus einer Kühlwendel bestehen, die um die Außenumfangsseite des Gehäuses gelegt ist und durch die von einer zentralen Kühlversorgung stammend kaltes Kühlmittel eingangsseitig eingebracht der Kühlung dient und das durch den Betrieb der Fördereinrichtung erwärmte Kühlmittel ausgangsseitig zu der zentralen Kühlversorgungsstelle abgeführt werden kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung eine Kühlkammer aufweist durch die ein Kühlmedium fließt, die in konzentrischer Anordnung das Gehäuse außenumfangsseitig zumindest teilweise umfasst. Vorteilhafterweise ist dabei ferner vorgesehen, dass die Kühlkammer von dem Gehäuse und einem zusätzlichen Gehäuseteil begrenzt ist, das mit dem Gehäuse zusammen eine handelbare Baueinheit darstellt. Alternativ können auch mehrere, einzelne Kühlkammern außenumfangsseitig am Gehäuse der Fördereinrichtung angeordnet sein, oder das Gehäuse ist mit Kühlrippen versehen, die vorzugsweise über eine Gebläseeinrichtung von außen her zwecks Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse angeblasen werden. Ferner ist es für eine Realisierung einer Kühleinrichtung auch möglich, unmittelbar im Gehäuse der Fördereinrichtung Kühlkanäle anzubringen, die von einem Kühlmittel vonseiten der Kühlmittelversorgung entsprechend durchströmbar sind.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Fördereinrichtung anhand von Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zweigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 in der Art eines Längsschnittes entlang der Linie X-X in 2 die wesentlichen Komponenten der Fördereinrichtung;
- 2 eine stirnseitige Ansicht in Pfeilrichtung Y auf die Fördereinrichtung nach der 1; und
- 3 die wesentlichen Komponenten einer Kühlversorgung zum Kühlen der Fördereinrichtung nach den 1 und 2.
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Die in
1 dargestellte Fördereinrichtung weist ein topfförmiges Gehäuse 10 mit einem Gehäuseboden 12 auf. In dem, vorzugsweise hohlzylindrischen Gehäuse 10, ist als Trennelement, das zwei Fluidbereiche 14, 16 voneinander im Gehäuse 10 separiert, ein Trennbalg 18 angeordnet. Der Trennbalg 18 weist in üblicher Weise eine Vielzahl einzelner, zusammenhängender Balgfalten 20 auf, die gemäß der Darstellung nach der
1 auf Block gefahren in Hintereinanderabfolge aneinander liegen. Dahingehende Trennbalgsysteme sind insbesondere durch Balgspeicher als Untergruppe von Hydrospeichern bekannt, wie er beispielhaft in der
DE 10 2009 060 852 A1 gezeigt ist. Die in der Stapelabfolge an einer freien Stirnseite letzte Balgfalte 20 ist mit einem Haltering 22 verschweißt und die gegenüberliegende andere Balgfalte 20 an der insoweit weiteren, freien Stirnseite mit einem Balgboden 24 verschweißt. Der Balgboden 24 ist als ebene Abschlussplatte ausgebildet und weist außenumfangsseitig eine Ringnut 26 auf, zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Dicht- und/oder Führungsringes über den der Balgboden 24 entlang der Innenumfangsseite 28 des Gehäuses 10 längsverfahrbar geführt ist.
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Der Balgboden 24 überspannt gemäß der Darstellung nach der 1 eine Balgaufnahme 30, die als Einschraubteil konzipiert am freien Ende des nach einer Seite hin offenen Gehäusetopfes bündig eingeschraubt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Balgbodens 24 und auf einem axialen Abstand gehalten, ist eine Betätigungsstange 32 als Teil einer mechanischen Betätigungseinrichtung vorhanden. Die Betätigungsstange 32 lässt sich über eine nicht näher dargestellte Aktuatoreinrichtung, beispielsweise in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, über eine vorgebbare Wegstrecke hin- und her bewegen. Des Weiteren durchgreift die Betätigungsstange 32 konzentrisch zur Längsachse 34 des Gehäuses 10 gesehen den ansonsten insoweit geschlossenen Gehäuseboden 12. In den Gehäuseboden 12 ist eine weitere Ringnut 36 eingebracht zwecks Aufnahme einer Führungs- und/oder Abdichteinrichtung (nicht dargestellt), um in jeder Verfahrstellung der Betätigungsstange 32 den Innenraum des Gehäuses 10 in Form des weiteren Fluidbereiches 16 gegenüber der Umgebung abzudichten. Bevorzugt ist dieser weitere Fluidbereich 16 mit Luft gefüllt; es kann aber auch ein sonstiges Füllgas, wie Stickstoffgas, im Bedarfsfall eingebracht sein. Des Weiteren sind außenumfangsseitig des Gehäuses 10 Teile 38 einer als Ganzes mit 40 bezeichneten Kühleinrichtung (3) angebracht, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.
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Wie sich des Weiteren aus der 1 ergibt, ist die Balgaufnahme 30 von einer kanalartigen Fluidleitung 42 durchgriffen, die mit ihrem einen freien Ende in den einen Fluidbereich 14 ausmündet und mit ihrem anderen freien Ende über eine entsprechende Anschlussstelle an einen üblichen Fluidversorgungskreislauf 44 angeschlossen ist, der dem üblichen Stand der Technik entsprechen soll. In den dahingehenden Kreislauf 44 sind zwei Rückschlagventile 46, 48, vorzugsweise gleicher Bauart geschaltet, die im Bedarfsfall auch federbelastet in ihrer gezeigten Schließstellung gehalten werden können. Dabei ist das Rückschlagventil 46 einem Fluidzulauf 50 zugeordnet und das Rückschlagventil 48 einem Fluidablauf 52. Sowohl Zulauf 50 als auch Ablauf 52 sind Teil eines T-förmigen Verbindungsstückes, das in die Fluidleitung 42 in der Balgaufnahme 30 einmündet.
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Wie die Darstellung nach der 2 zeigt, können mehrere, im vorliegenden Fall drei Fluidleitungen 42, in der Balgaufnahme 30 angeordnet sein, so dass sowohl beim Zuströmen als auch beim Abströmen von Fluid über den einen Fluidbereich 14 der Balgboden 24 auf seiner Innenseite gleichförmig druckbeaufschlagt ist, beispielweise während eines An- oder Abströmvorganges. Auch insoweit sind die weiteren beiden Fluidleitungen 42 über eine entsprechende Leitungsführung an den Versorgungskreislauf 44 anzuschließen. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform besteht aber auch die Möglichkeit den Zulauf 50 mit Rückschlagventil 46, das in Richtung des einen Fluidbereichs 14 öffnet, von dem Ablauf 52 über eine eigenständige Fluidleitung 42 in der Balgaufnahme 30 zu separieren, wobei das dahingehende Rückschlagventil 48 entgegengesetzt zum Rückschlagventil 46 wie vorliegend öffnet. Dergestalt ist dann über voneinander unabhängige Fluidwege der eine Fluidbereich 14 mit einem eigenständigen Zulauf und einem eigenständigen Ablauf versehen. Die in der 3 angedeutete, dritte Fluidleitung 42 kann dann demgemäß entfallen. Vorzugsweise gruppiert sich aber in jedem Fall für eine bauraumsparende Unterbringung die jeweilige Fluidleitung 42 sich mit gleichem Abstand, um die Längsachse 34 des Gehäuses 10 herum und ferner nehmen die einzelnen Fluidleitungen 42 untereinander denselben radialen Abstand ein (2).
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Wird nun Fluid unter Druck bei geöffnetem Rückschlagventil 46 über den Zulauf 50 und die zugehörige gezeigte Fluidleitung 42 in den einen Fluidbereich 14 eingebracht, wird insoweit der Balgboden 24 mit Druck beaufschlagt und führt eine Ausziehbewegung durch, bei der die einzelnen Balgfalten 20 auseinandergezogen werden. Insoweit bewegt sich der Balgboden 24 in Blickrichtung auf die 1 gesehen von rechts nach links und kommt nach einem vorgebbaren Verfahrweg in Anlage mit der freien Stirnseite der Betätigungsstange 32. Die Betätigungsstange 32 kann dann arretiert sein und insoweit einen Anschlag für den Balgboden 24 ausbilden; es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Betätigungsstange 32 nach links durch den Balgboden 24 mitgenommen wird, wobei die Betätigungsstange 32 möglichst kräftefrei aus dem weiteren Fluidbereich 16 des Gehäuses 10 ausgeschoben wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit (nicht dargestellt), dass von Anfang an, die Betätigungsstange 34 am Balgboden 24 anliegt und zusammen während der Ausziehbewegung des Trennbalges 18 insoweit die Verfahrbewegung nach links mit ausführt. Während dieses Ansaughubes bleibt das Rückschlagventil 48 im Ablauf 52 geschlossen, so dass nicht ungewollt bereits gefördertes Fluid aus dem Versorgungskreislauf 44 zurückströmen kann.
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Die knick- und beulempfindlichen Balgfalten 20 sind gemäß der Darstellung nach der 1 in einem ringförmigen Aufnahmeraum 54 aufgenommen, der nach innen hin von einem ringförmigen Absatz 56 der Balgaufnahme 30 begrenzt ist und nach außen hin von der Innenumfangsseite 28 oder Innenwand des Gehäuses 10. Da der Balgboden 24 gleichfalls auf der Innenumfangsseite 28 des Gehäuses 10 geführt ist, kommt es auch beim Ausziehen des Faltenbalges nicht zu einem ungewollten Ausbeulen oder Ausknicken der Balgfalten 20, die insoweit auch bei voll ausgezogenem Trennbalg 18 im Bereich des Halteringes 22 fußseitig noch im Aufnahmeraum 54 stabilisierend geführt sind. Der Haltering 22 stützt sich mit seiner einen freien Stirnseite an dem ringförmigen Absatz 56 in der Balgaufnahme 30 ab und mit seinem anderen freien Ende außenumfangsseitig an einem Vorsprung 58 auf der Innenumfangsseite 28 des Gehäuses 10. Dergestalt kann der Trennbalg 18 mit seinem Haltering 22 lose auf den Absatz 56 der Balgaufnahme 30 für einen Montagevorgang aufgelegt werden und zusammen mit dieser im Rahmen eines Einschraubvorganges über die Gewindestrecke 60 in Position am Vorsprung 58 des Gehäuses 10 gebracht werden. Zwischen der Lagerung des Halteringes 22 und der Gewindestrecke 60 ist eine weitere dritte Ringnut 62 vorhanden zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Dichtringes zwecks Abdichten des einen Fluidbereiches 14 von der Umgebung des Gehäuses 10.
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Zum Rückbewegen des Trennbalges 18 in seine in der 1 gezeigte Ausgangs- oder Grundstellung bei minimalem Fluidvolumen im einen Fluidbereich 14, ist die Betätigungsstange 32 in Anlage mit dem Balgboden 24 und hat diesen kraftbetätigt in seine gezeigte Ausgangsstellung zurückverfahren. Bei dieser kraftbetätigten Verfahrbewegung des Balgbodens 24 von links nach rechts wird das vorher im Ansaughub im einen Fluidbereich 14 bevorratete Fluidvolumen unter Schließen des Rückschlagventils 46 bei geöffnetem Rückschlagventil 48 über den Ablauf 52 und mithin unter Druck aus der Fördereinrichtung ausgebracht. Handelt es sich bei dem Fördervolumen um ein Gas, wie beispielsweise Wasserstoffgas, wird es bei der dahingehenden Förderhubbewegung auf ein höheres Druckniveau verdichtet. So ist beispielweise vorstellbar, dass im Rahmen einer stufenweise Druckerhöhung drei der Fördereinrichtungen nach der 1 in Hintereinanderabfolge einen 3-stufigen Gesamtverdichter ausbilden, mit dem es ohne Weiteres möglich ist Wasserstoffgas mit einem Eingangsdruck von 15 bar auf der letzten Verdichterstufe auf ein Druckniveau von 500 bis 600 bar für die weitere Verwendung anzuheben.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit die Betätigungsstange 32 direkt mit dem Balgboden 24 fest zu verbinden und sowohl den Ansaughub als auch den Förderhub von der Betätigungsstange 32 als Bestandteil der mechanischen Betätigungseinrichtung durchführen zu lassen. Wie sich aus der 1 weiter ergibt, ist konzentrisch zur Längsachse 34 des Gehäuses 10 in der Balgaufnahme 30 mittig ein Näherungssensor in Form eines Näherungsschalters 64 angeordnet, der die Position des Balgbodens 24 respektive damit einhergehend den Funktionszustand des Trennbalges 18 überwachen kann. Die dahingehende Positionsüberwachung ist notwendig, damit die Betätigungsstange 32 von einer nicht näher dargestellten zentralen Steuereinrichtung, insbesondere zum Durchführen des Förderhubes, sinnfällig angesteuert werden kann. Die Innenseite des Balgbodens 24 stützt sich im äußeren umlaufenden Randbereich 66 an einer zugehörigen vorstehenden Ringfläche der Balgaufnahme 30 ab, wobei innerhalb dieser Ringauflagefläche stirnseitig in der Balgaufnahme 30 eine kleine wannenartige Vertiefung 68 eingebracht ist, in der Restfluid stehen bleibt, so dass bei der Auszugbewegung des Trennbalges 18 kein Vakuum zwischen den zugeordneten Wandteilen des Balgbodens 24 und der Balgaufnahme 30 entstehen kann, die den Ausziehvorgang beeinträchtigen könnte.
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Die Außenwand des zylindrischen Gehäuses weist eine umlaufende Wandvertiefung 70 auf, die außenumfangsseitig von einem dünnwandigen zylindrischen Gehäuseteil 72 übergriffen ist, welches Bestandteil eines Gehäusetopfes ist, der bodenseitig mittels einer Verschraubung 74 mit dem Gehäuseboden 12 verschraubt ist. Des Weiteren steht das Gehäuseteil 72 beidseitig über die Wandvertiefung 70 vor und im Bereich dieses Überstandes ist in der Wand des Gehäuses 10 jeweils eine weitere vierte Ausnehmung 76 vorhanden, die der Aufnahme einer nicht dargestellten Ringdichtung dient und die dann insoweit die Abdichtung einer Kühlkammer 78 gegenüber der Umgebung vornimmt, die insoweit von dem Gehäuse 10 und dem Gehäuseteil 72 begrenzt ist. Diese Kühlkammer 78 ist Bestandteil einer als Ganzes mit 40 bezeichneten Kühleinheit, wie sie näher in der 3 dargestellt ist.
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In Blickrichtung auf die 3 gesehen, ist die Fördereinrichtung nach den 1 und 2 oben rechts nur schematisch wiedergegeben mit dem Gehäuse 10 und dem darüber angeordneten Gehäuseteil 72 sowie der dazwischenliegenden Kühlkammer 78, die über zwei Fluidanschlussstellen 80 an einen Kühlkreislauf 82 der Kühleinrichtung 40 angeschlossen ist. Die Kühleinrichtung 40 bildet eine Art halb-geschlossenen Kühlkreislauf 82 aus, wofür hierzu ein Vorratstank 84 bis auf eine speziell ausgebildete Be- und Entlüftungseinrichtung zur Atmosphäre hin abgeschlossen ist. Das Vorhandensein des Vorratstanks 84 eröffnet die Möglichkeit als Versorgungspumpe eine Tauchpumpe 86 einzusetzen, die mit ihrem Pumpeneintritt unter das Fluidniveau 88 des Tanks 84 eintaucht. Die angesprochene Be- und Entlüftungseinrichtung ist an einem Belüftungsfilter 90 vorgesehen und durch ein nicht näher dargestelltes Ventil gebildet, das bei einem vorgegebenem Tankinnendruck nach außen hin und bei einem vorgegebenen Tankunterdruck nach innen hin öffnet.
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Die Tauchpumpe 86 wird von einem Elektromotor 92 angetrieben und die im Betrieb befindliche Tauchpumpe 86 fördert in Richtung der Pfeile ein Kühlmittel im Rahmen des Kühlkreislaufes 82 über eine Vorlaufleitung zum Verbraucher, hier in Form der Kühlkammer 78 für die Fördereinrichtung. Als Kühlmittel können übliche Kühlmittel Verwendung finden, hier im speziellen Fall wird ein Wasser-Glykol-Gemisch eingesetzt. Die von der Fördereinrichtung, insbesondere im Rahmen ihrer Verdichtereigenschaft, erzeugte Kompressionswärme wird über das Innere des Trennbalges 18 und das Gehäuse 10 in die Kühlkammer 78 mit dem Kühlmittel eingeleitet. Dabei wird es erwärmt und über eine Rücklaufleitung 94 und einen Wärmetauscher 96 bzw. 98 zum Tank 84 zurückgeführt. Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen Plattenwärmetauscher 96 handeln, bei dem der Wärmeaustausch zum Kühlmittel durch ein flüssiges Kühlmedium erfolgt, oder um einen Lamellenkühler 98, der durch Kühlluft mittels eines motorisch betätigten Gebläses 100 gekühlt ist. Die Kühleinrichtung 40 nach der 3 ist nur beispielhaft und selbstredend können andere geeignete Kühleinrichtungen hier zum Einsatz kommen, beispielsweise solche mit einer vollständig geschlossenen oder offenen Kühlkreisführung.
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Es liegt noch im Bereich der Erfindung die aufgezeigte Kühlkammer 78 durch eine Kühlwendel zu ersetzen, die außenumfangsseitig um das Gehäuse 10 der Fördereinrichtung herumgeführt ist. Insoweit bilden dann die Anschlussstellen 80 den Fluideingang bzw. den Fluidausgang der Wendel für die Kühlmittelführung. Auch kann die mantelartig um das Gehäuses 10 herumlaufende Kühlkammer 78 in Teilsegmente unterteilt sein oder entsprechend zu versorgende Kühlkanäle sind in das Gehäuse 10 selbst eingebracht (nicht dargestellt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013079222 A2 [0002]
- DE 102009060852 A1 [0023]
