DE102021003643A1

DE102021003643A1 - Flüssigkeitsantrieb mit konstantem Steuervolumen

Info

Publication number: DE102021003643A1
Application number: DE102021003643.3A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Ein Flüssigkeitsantrieb mit konstantem Steuervolumen, aufgebaut aus einem Antriebsgehäuse 1, das mit einer Bezugsmasse 16 verbunden ist, beinhaltet Ausstülpungen als Aufnahme für einen abgedichteten und gleitend angeordneten Arbeitszylinders 2, der eine Arbeitsstange 7 an seiner Stirnseite trägt und mit einem Hüllzylinder 8 umgeben ist, der mittels einer abgedichteten Verbindung zu einem Arbeitszylinderring 9 und der Arbeitsstange 7 ein Steuervolumen 10 einschließt, das mittels eines Volumenverbinders 13 mit einem durch das Antriebsgehäuses 1 und einem Ausgleichzylinder 11 sich darstellendes Ausgleichsvolumen 12 in Verbindung steht, wobei im Antriebsvolumen 3 eine Arbeitsblase 4 mit einem Arbeitsvolumen 5 und einem Arbeitsgasanschluss 6 angeordnet ist, die auch durch eine unmittelbare Trennlinie 20, gebildet zwischen einer Flüssigkeit und einem Arbeitsgas, auf der eine Dämpfungsplatte 19 zur Schwingungsunterdrückung angeordnet ist, oder durch einen gebräuchlichen Kolben 26 ersetzt werden kann.

Description

Insbesondere Antriebsmaschinen, die ihre Antriebsenergie aus niedertemperierter Wärme generieren und aus energetischen Gründen die Kondensation des Arbeitsmittels umgehen müssen, sind auf ein konstantes Steuervolumen, zu jedem Zeitpunkt der Funktion der Maschine, angewiesen. Beispielhafte Anordnungen sind in den Schriften unter folgenden Aktenzeichen 10 2021 002 177.0, 10 2021 001 956.3, 10 2021 001 933.4, 10 2020 007 918.0 und 10 2020 006 540.6 dargestellt und beschrieben. Nachteilig an diesen Maschinen ist oftmals nur eine bedingte Volumenkonstanz des Steuervolumens, verbunden mit einer eingeschränkten Kompensation der auftretenden Kräfte im Falle der Rücksetzung der Maschine.
Aufgabe des beispielhaft angeführten Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen soll es folglich sein, die benannten Nachteile, möglichst umfassend, zu beseitigen.
Eine beispielhafte erfinderische Darstellung eines Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen, im Zustand der Arbeitserzeugung, ist in der Abbildung von 1, unter Nutzung einer Arbeitsblase 4, dargestellt. Die Abbildung von 2 zeigt die gleiche beispielhafte Darstellung eines Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen zu Beginn der Rücksetzung, ebenfalls unter Nutzung einer Arbeitsblase 4. Die Abbildungen, beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt, zeigen obigen Flüssigkeitsantrieb mit konstantem Steuervolumen unter Wegfall der Arbeitsblase 4 und Ausbildung einer Trennlinie 20 zwischen Arbeitsgas im Arbeitsvolumen 5 und einer Flüssigkeit im Antriebsvolumen 3. In den beispielhaften Abbildungen von 5 und 6 ist ein Flüssigkeitsantrieb mit konstantem Steuervolumen mit einer Antriebsblase 4 bzw. mit einem Festkolben 23, unter den Bedingungen eines räumlich verkürzten Aufbaus, dargestellt.
Ein Antriebsgehäuse 1 ist einseitig zum Träger eines gleitend und abgedichtet angeordneten Arbeitszylinders 2 ausgeformt und schließt mit diesem ein abgeschlossenes Antriebsvolumen 3 ein. In dieses Antriebsvolumen 3 ragt eine Arbeitsblase 4 hinein, deren im Inneren liegendes Arbeitsvolumen 5 mit einem Arbeitsgasanschluss 6 in Verbindung steht. Der Arbeitszylinder 2, an dessen Verschlussseite eine Arbeitsstange 7 befestigt ist, wird von einem Hüllzylinder 8 umschlossen, der sich abgedichtet auf der Arbeitsstange 7 und, mittels eines Arbeitszylinderringes 9 abgedichtet, auf dem Arbeitszylinder 2 bewegt. Zwischen dem Arbeitszylinder 2 und dem Hüllzylinder 8 wird somit ein Steuervolumen 10 gebildet. Gegenüber dem Arbeitszylinder 2 ist das Antriebsgehäuse 1, getrennt vom Antriebsvolumen 3, zur Führung eines Ausgleichszylinders 11 ausgeformt, der ein Ausgleichsvolumen 12 einschließt, das mittels der Volumenverbinder 13 eine Verbindung, vorzugsweise für Flüssigkeiten, zum Steuervolumen 10 und eine mechanische Verbindung zum Hüllzylinder 8, herstellt. Der Volumenverbinder 13 ist gleichzeitig mit einer Steuereinspeisung 14 verbunden, die ebenfalls Träger des Steueranschlusses 15 ist. Zur mechanischen Fixierung ist das Antriebsgehäuse 1 mit der Bezugsmasse 16 verbunden. Alle dichtenden Funktionen zwischen den Komponenten werden von den Dichtungen 17 übernommen. Zur Lenkung der Flüssigkeit im Antriebsvolumen 3 sind die Strömungslenkungen 18 innerhalb des Antriebsgehäuses 1 angeordnet.
Gemäß der Abbildung in 1 wird zum Arbeitsbeginn des Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen ein unter Druck stehendes Arbeitsgas in den Arbeitsgasanschluss 6 eingespeist und in das Arbeitsvolumen 5 der Arbeitsblase 4 geleitet. Gleichzeitig wir mittels des Steuemschlusses 15 der Steuereinspeisung 14 der Flüssigkeitsdruck im Steuervolumen 10 und im Ausgleichsvolumen 12 auf den Umgebungsdruck reduziert. Das Arbeitsgas strömt somit vom Arbeitsgasanschluss 6 in die Arbeitsblase 4 und vergrößert das Arbeitsvolumen 5. Die damit verbundene Druckerhöhung setzt sich im gesamten Antriebsvolumen 3 fort und führt zu einer Auslenkung des Arbeitszylinders 2 nebst der Arbeitsstange 7. Gleichzeitig kommt es ebenfalls zu einer gleichgerichteten Bewegung des Hüllzylinders 10, dessen Bewegung mittels der Volumenverbinder 13 auf den Ausgleichszylinder 11 derart übertragen wird, dass die im Ausgleichsvolumen 12 enthaltene Flüssigkeit über die Volumenverbinder 13 in das Steuervolumen 10 transportiert wird, wodurch die Bewegung des Hüllzylinders 10 gegenüber der des Arbeitszylinder 2 beschleunigt abläuft.
Ist die maximale Auslenkung des Arbeitszylinders 2 erreicht wird gemäß der Abbildung in 2 der Druck, der sich im Steuervolumen 10 und im Ausgleichsvolumen 12 befindlichen Flüssigkeit, über den Steuemschluss 15, der Steuereinspeisung 14, im Volumenverbinder 13, dem Druck des Arbeitsgases am Arbeitsgasanschluss 6 angeglichen. Alle durch die bislang vorherrschende Druckdifferenz generierten Kräfte verlieren ihre Wirkung. Mittels einer extern zugeführten Kraftwirkung, über die Arbeitsstange 7, entgegen der bisherigen Bewegung, wird der Arbeitszylinder 2 wieder in Richtung seiner Ausgangslage verschoben. Die dadurch auf die Arbeitsblase 4 einwirkende Kraft hat eine Reduzierung des Arbeitsvolumens 5 zur Folge, wodurch das darin befindliche Arbeitsgas über den Arbeitsgasanschluss 6 aus der Maschine geleitet wird. Die im Steuervolumen 10 befindliche Flüssigkeit wird über die Volumenverbinder 13, bei gleichzeitiger Bewegung des Ausgleichszylinders 12, zurückgeführt. Nach Erreichen der Ausgangslage wird der Druck im Steuervolumen 10 und im Ausgleichsvolumen 12, mittels des Steueranschlusses 15, wieder abgesenkt und der Prozess der Arbeitserzeugung läuft erneut ab. Aufgrund der Volumenkonstanz des Gesamtvolumens aus Steuervolumen 10 und Ausgleichsvolumen 12 läuft dieser Vorgang ohne eine Strömung von Flüssigkeit, in die Maschine hinein oder aus der Maschine heraus, ab.
In den beispielhaft dargestellten Abbildungen von 3 und 4 laufen analog zu den Ausführungen zu den Abbildungen von 1 und 2 hier die gleichen beschriebenen Vorgänge ab. Lediglich wird hier die Funktion der Arbeitsblase 4 durch die Ausbildung einer Trennlinie 20, zwischen dem Arbeitsgas im Arbeitsvolumen 5 und der Flüssigkeit im Antriebsvolumen 3, ersetzt. Zur Vermeidung von Schwingungen der Trennlinie 20, während der Bewegungsabläufe der Flüssigkeit im Antriebsvolumen 3, ist an dieser Stelle zusätzlich eine Dämpfungsplatte 19 angeordnet.
Bei dem in der Abbildung von 5 beispielhaft dargestelltem Aufbau eines Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen erfolgt eine Trennung der Komponenten hinsichtlich ihrer Funktion mit der Zielstellung, die Außenabmessungen zu reduzieren. So nehmen Komponenten des Antriebs eine unterschiedliche Position zu der Anordnung der Komponenten für ein konstantes Steuervolumen ein. Hierfür ist ein Antriebsgehäuse 1 zylinderförmig ausgeformt, einseitig verschlossen und mit der Bezugsmasse 1 verbunden. Innen liegend befindet sich darin eine Arbeitsblase 4, deren Arbeitsgasanschluss 6 nach außen geführt ist. Über das zylinderförmige Antriebsgehäuse 1 ist abgedichtet und beweglich ein Arbeitszylinder 2 angeordnet, an dessen verschlossener Frontseite die Arbeitsstange 7 befestigt ist. Antriebsgehäuse 1 und Arbeitszylinder 2 schließen das Antriebsvolumen 3 ein, das mit einer Flüssigkeit befüllt ist. Auf der Außenhülle des Arbeitszylinders 2 ist ein Arbeitszylinderring 9 befestigt, auf dem ein Hüllzylinder 8 aufgebracht ist, dessen Verschlussseite auf der Arbeitsstange 7 sich abgedichtet bewegen kann. Dieser schließt mit den genannten Komponenten ein Steuervolumen 10 ein, das gleichfalls mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Davon räumlich getrennt ist ein Festkolben 21, mit der Kolbenstange 22, mit der Bezugsmasse 16 verbunden. Beweglich und abgedichtet ist darüber ein Ausgleichszylinder 11 angeordnet, der mit dem Festkolben 21 ein Ausgleichsvolumen 12 einschließt. Ausgleichsvolumen 12 und Steuervolumen 10 sind mittels des Volumenverbinders 13 miteinander verbunden. Die ablaufenden Arbeitsschritte in Funktion der Anordnung entsprechen denen, wie sie zu der Abbildung von 1 und 2 beschrieben wurden.
Gleichfalls wird in der Abbildung von 6 ein Flüssigkeitsantrieb mit konstantem Steuervolumen und verkürztem Aufbauabmessungen beispielhaft dargestellt, wobei hier die Anordnung aus Antriebsgehäuse 1 und Arbeitsblase 4 durch einen Festkolben 23 mit der Kolbenstange 24 ersetzt ist, die im Inneren einen Arbeitsgaskanal 25 trägt, der nach außen in einen Arbeitsgasanschluss 6 endet. Analog zur Abbildung von 5 ist über den Festkolben 23 ein Arbeitszylinder 2 angeordnet. Weiterhin ist die Steuereinspeisung 14 ortsfest mit dem Festkolben 21 verbunden. Der weitere Aufbau und die damit verbundenen Funktionen sowie die funktionalen Abläufe entsprechen den bereits gemachten Ausführungen zu den Abbildungen von 1 bis 5.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsgehäuse
2: Arbeitszylinder
3: Antriebsvolumen
4: Arbeitsblase
5: Arbeitsvolumen
6: Arbeitsgasanschluss
7: Arbeitsstange
8: Hüllzylinder
9: Arbeitszylinderring
10: Steuervolumen
11: Ausgleichszylinder
12: Ausgleichsvolumen
13: Volumenverbinder
14: Steuereinspeisung
15: Steueranschluss
16: Bezugsmasse
17: Dichtung
18: Strömungsführung
19: Dämpfungsplatte
20: Trennlinie
21: Festkolben
22: Kolbenstange
23: Festkolben
24: Kolbenstange
25: Arbeitsgaskanal
26: Gebräuchlicher Kolben

Claims

Das Antriebsgehäuse 1 eines Flüssigkeitsantriebes mit konstantem Steuervolumen ist mit einer Bezugsmasse 16 fest verbunden und mit einer Flüssigkeit gefüllt, gekennzeichnet dadurch, dass ein abgeschlossener Bereich des Antriebsgehäuses 1 zu einer abgedichteten und gleitfähigen Ausstülpung ausgebildet ist, auf der sich abgedichtet und gleitend ein Arbeitszylinder 2 befindet, der mindestens mit jeweils eine Seite seiner Hülle an das mit einer Flüssigkeit befüllte Steuervolumen 10 und das ebenfalls mit einer Flüssigkeit gefüllte Antriebsvolumen 3 grenzt, in dem sich eine Arbeitsblase 4 befindet, die im Inneren ein Arbeitsvolumen 5 einschließt, das wiederum mit einem Arbeitsgasanschluss 6 in Verbindung steht, wobei die Arbeitsblase 4 sowohl mit einer druckbehafteten Flüssigkeit oder mit einem druckbehafteten Gas dauerhaft in Verbindung steht.
Anspruch gemäß des Punktes 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsblase 4 entweder durch eine Trennlinie 20 zwischen dem Arbeitsgas im Arbeitsvolumen 5 und der Flüssigkeit im Antriebsvolumen 3 ersetzt wird und dass sich auf der Trennlinie 20, zwischen dem Arbeitsgas und der Flüssigkeit, eine Dämpfungsplatte 19 befindet, oder das die Dämpfungsplatte 19 zu einem gebräuchlicher Kolben 26 ausgeformt ist.
Anspruch gemäß der Punkte 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, dass abgegrenzt vom Antriebsvolumen 3 ein Ausgleichsvolumen 12 angeordnet ist, das entweder mit dem Antriebsgehäuse 1 oder allein durch einen mit der Bezugsmasse 16 verbundenen Festkolbens 23, abgesetzt vom Antriebsgehäuse 1, in Verbindung steht, auf dem sich abgedichtet und gleitend angeordnet ein Ausgleichszylinder 11 befindet, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und an dem ein Volumenverbinder 13 angeschlossen ist.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 3., gekennzeichnet dadurch, dass die Außenhülle des Arbeitszylinders 2 einen Arbeitszylinderring 9 trägt, auf dem abgedichtet und gleitend ein Hüllzylinder 8 angeordnet ist, dessen geschlossene Seitenbegrenzung sich auf der Arbeitsstange 7 abgedichtet und gleitend bewegt.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet, dass das vom Hüllzylinder 8 eingeschlossene Steuervolumen 10 mit einer Flüssigkeit befüllt ist, die mittels eines angeschlossenen Volumenverbinders 13 mit der Flüssigkeit des Ausgleichsvolumens 12 in Verbindung steht.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, dass das Steuervolumen 10, das Ausgleichsvolumen 12, der Volumenverbinder 13 und/oder der Festkolben 21 mit einer Steuereinspeisung 14 nebst einen Steueranschluss 15 verbunden ist.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 6., gekennzeichnet dadurch, dass die Seitenfläche des Arbeitszylinderringes 9 und die Verdrängungsfläche für die Flüssigkeit des Arbeitszylinders 2 sowie die Hubbewegung des Hüllzylinders 8 in einem festen Abmessungsverhältnis zueinander stehen.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 7., dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsvolumen 3, das Arbeitsvolumen 5, das Steuervolumen 10 und das Ausgleichsvolumen 12 in ihrer Funktion durch eine Flüssigkeit oder mit sich ausbildenden Kontaktflächen in Verbindung stehen, dabei voneinander abweichende und veränderbare Volumeninhalte besitzen können, wobei das Gesamtvolumen aus dem Steuervolumen 10 und dem Ausgleichsvolumen 12 immer konstant ist und dass die Volumina auch räumlich getrennt und mit Volumenverbinder 13 miteinander in Verbindung stehen können.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 8., dadurch gekennzeichnet, dass bei getrennter Anordnung von Steuervolumen 10 und Ausgleichsvolumen 12 unter Verwendung mehrerer Volumenverbinder 13 auch mehrere Ausgleichsvolumina 12 Anwendung finden können, wobei auch eine Abnahme der erzeugten Energie über die Volumenverbinder 13 erfolgen kann
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 9., dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der Trennlinie 20, als Begrenzung zwischen der Arbeitsflüssigkeit des Antriebsvolumens 3 und dem Arbeitsgas des Arbeitsvolumens 5, für die Dämpfungsplatte 19, auch ein gebräuchlicher Kolben 26 zur Anwendung kommen kann.