DE1093674B

DE1093674B - Kontinuierlich arbeitender, pneumatischhydraulischer Druckuebersetzer

Info

Publication number: DE1093674B
Application number: DEG24448A
Authority: DE
Inventors: Karl Geisel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-05-02
Filing date: 1958-05-02
Publication date: 1960-11-24

Description

Kontinuierlich arbeitender, pneumatischhydraulischer Druckübersetzer Die Erfindung betrifft einen Druckübersetzer mit mehreren parallel zur Druckübersetzerachse im Kreise angeordneten Zylindern, in denen Stufenkolben gleiten, die sich auf eine Taumel- oder Schiefscheibe abstützen, wobei die größeren Zylinder von Druckgas und die kleineren Zylinder von einer zu fördernden Flüssigkeit beaufschlagt werden, und die flüssigkeitsfördernden Pumpenkolben kleinen Durchmessers zentrisch mit den mit Preßgas beaufschlagten großen Antriebskolben verbunden sind.
Es sind mehrzylindrige Druckübersetzer bekannt, bei denen die Kolben durch in der Mitte drehbare doppelarmige Hebel bei ne-heneinanderstehenden Zylinderpaaren oder durch Taumel- oder Schiefscheibe bei im Kreise angeordneten Zylindern untereinander gekuppelt sind. Die Kolben für den Antrieb durch Druckgas befinden sich hierbei auf der einen Seite des Hebels oder der Taumel- bzw. Schiefscheibe, während sich die Pumpenkolben auf der anderen Seite befinden. Die Kolben sind über Gleitsteine, Kugelgelenke oder Pleuelstangen mit derTaumel- oder Schiefscheibe verbunden, oder sie werden durch Federn an diese angedrückt.
Die Ausführung mit zwei Zylinderpaaren, deren Kolben mittels eines doppelarmigen Hebels gekuppelt sind, hat den Nachteil, daß ähnlich wie bei den selbsttätig umsteuernden Druckübersetzern mit nur einem Zylinderpaar im Augenblick der Umkehrung der Bewegungsrichtung der Kolben die Flüssigkeitsförderung aufhört, wodurch ein unterbrochener Flüssigkeitsstrom entsteht, der in vielen Fällen nicht brauchbar ist. Die drei- und mehrzylindrigen Druckübersetzer, bei denen die im Kreise angeordneten Kolbenpaare über eine Taumel- oder Schiefscheibe miteinander verbunden sind, ergeben insbesondere bei fünf und mehr Zylindern einen praktisch gleichförmigen Flüssigkeitsstrom. Auch ist es bei diesen Ausführungen möglich, durch Verringerung des Füllungsgrades in den Druckgaszylindern einen Teil der dem Druckgas innewohnenden Expansionsenergie auszunützen. Infolge der Expansion kühlt sich das Druckgas jedoch sehr stark ab, was zur Vereisung der Zylinder und Kanäle führt. Außerdem entstehen im gesamten Gerät hohe Wärmespannungen, da in den Pumpenzylindern erhöhte Temperaturen durch Erwärmung der Druckflüssigkeit während ihres Kreislaufes auftreten. Die genannten Ausführungen verlangen einen erheblichen technischen Aufwand, weil die Kolbenpaare über Zwischenglieder, wie Gleitsteine, Kugelgelenke, Pleuelstangen od. dgl., mit der Taumel- oder Schiefscheibe verbunden sind. Werden die Kolben mittels Federn an die Taumel- oder Schiefscheibe angedrückt, so bewirkt der notwendige große Federweg, der gleich dem Kolbenhub ist, eine Überbeanspruchung der Federn am Ende des Kolbenhubes. Das hat schon nach kurzer Betriebszeit Ermüdung des Werkstoffes und Federbruch zur Folge. Die Milderung dieses Mangels durch Verwendung sehr langer Federn mit großer Windungszahl ist meist wegen des erhöhten und unerwünschten Platzbedarfs nicht möglich.
Die Aufgabe besteht darin, bei mehrzylindrigen Druckübersetzern mit im Kreise angeordneten Zylindern eine weitgehend gleichmäßige Andrückung der Kolben an die Taumel- oder Schiefscheibe ohne Einfügung von mechanischen Zwischengliedern, wie Gleitsteine, Kugelgelenke, Pleuelstangen od. dgl., und ohne Verwendung von Federn zu erzielen, die Teile auf möglichst kleinem Raum unterzubringen und gleichzeitig den Ablauf des Arbeitsprozesses günstig zu beeinflussen sowie schädliche Wärmespannungen zu vermeiden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stufenkolben einseitig an der Taumel- oder Schiefscheibe anliegen, die größeren Preßgaskolben glockenförmig ausgebildet sind und die Pumpenzylinder in die glockenförmigen Druckgasko.lben hineinragen, welch letzere an ihrer Lauffläche eine ringförmige Aussparung besitzen, die von druckloser Flüssigkeit durchspült wird.
Die gemäß der Erfindung einseitig an der Taumel-oder Schiefscheibe anliegenden Stufenkolben werden beim Aufwärtsgang durch das Druckgas und beim Abwärtsgang durch den Widerstand der geförderten Flüssigkeit an die Taumel- oder Schiefscheibe angedrückt. Dadurch entfallen alle mechanischen Zwischenglieder, wie Gleitsteine, Kugelgelenke, Pleuelstangen u. dgl., was gegenüber den bekannten Ausführungen einen wesentlich einfacheren, betriebssicheren und gedrungeneren Bau des Druckübersetzers gestattet. Die beschriebene einseitige Anordnung der Kolbenpaare erlaubt außerdem, insbesondere bei der glockenförmigen Ausbildung der Druckgaskolben mit flüssigkeitumspülten Aussparungen und in die Druckgaskolben hineinragenden Pumpenzylindern einen guten Wärmeübergang von der Flüssigkeit zum Druckgas, wodurch die Vereisungsgefahr, die infolge der Abkühlung bei der Expansion des Druckgases besteht, vermieden wird. Die der Flüssigkeit durch Übergang in das Druckgas entzogene Wärme wird in den Antriebszylindern durch Erwärmung des Druckgases in mechanische Energie umgesetzt, wodurch der Wirkungsgrad der Anlage steigt. Die Flüssigkeit, welche sich auf ihrem Kreislauf über die Pumpe und den Verbraucher durch Reibung, Energieumsetzung an Drosselstellen oder Ventilen, Wärmeaufnahme aus dem Verbraucher u. dgl. erwärmt, wird durch den oben beschriebenen Vorgang ständig und ohne Verwendung besonderer Zusatzeinrichtungen gekühlt und damit selbsttätig auf der gewünschten gleichbleibend niedrigen Temperatur gehalten.
In der folgenden Beschreibung ist die Ausführung mit Schiefscheibe näher dargestellt. Die Abbildungen zeigen in Abb. 1 einen Längsschnitt nach der Linie A-A in Abb. 2, Abb. 2 eine Draufsicht auf den Zylinderblock ohne Schrägscheibe, Abb. 3 einen Teillängsschnitt durch Zylinder und Kolben mit ineinanderliegenden Zylindern.
Der in den Lagern a und b drehbare Zylinderblock c enthält eine ungerade Anzahl von Stufenbohrungen, die im Kreis angeordnet sind und parallele Achsen haben. In den Bohrungen gleiten gleichachsig angeordnete und miteinander verbundene Kolben d und e, die sich an einer frei drehbaren Schiefscheibe f abstützen. Die großen Kolben d werden der Reihe nach mit Druckgas beaufschlagt. Bei der dadurch bedingten Aufwärtsbewegung wird infolge der Kolbenabstützung an der Schiefscheibe f der Zylinderblock c in Drehung versetzt. Gleichzeitig saugen die an der Aufwärtsbewegung teilnehmenden kleinen Kolben e Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter an. Im Verlauf der Aufwärtsbewegung wird die Druckgaszufuhr gemäß dem gewünschten Füllungsgrad der Druckgaszylinder früher oder später unterbrochen. Das eingeschlossene Druckgas expandiert nun und führt die Kolben unter sinkendem Druck bis zum oberen Totpunkt. Dort wird der jeweilige Zylinder mit dem Abgaskanal verbunden, wobei sich das eingeschlossene Gas vollends entspannt und während des nachfolgenden Abwärtsganges der Kolben ausgestoßen wird. Die aufwärts steigenden Kolhen üben über die Schiefscheibe eine dem Gasdruck entsprechende Kraft auf die abwärtsgleitenden Kolben aus, wobei die vorher von den Kolben e angesaugte Flüssigkeit in die Druckgasleitung gepreßt wird.
In der Drehachse des Zylinderblockes befindet sich der feststehende Steuerbolzen g mit Ölnuten i, welcher in bekannter Weise die Zu- und Abführkanäle für Druckgas und Flüssigkeit öffnet bzw. schließt. Der Flüssigkeitsstrom kann auch in der bei hydraulischen Kolbenpumpen üblichen Art durch selbsttätigeVentile gesteuert werden.
Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführung ist der lange Druckgaskolben k glockenförmig ausgebildet, wobei der Flüssigkeitszylinder 1 in die Glocke hineinragt. Dadurch kommt das Druckgas mit einer sehr großen metallischen Oberfläche in Berührung. Durch eine ringförmige Aussparung m am Druckgaskolben k strömt infolge der Rotation des Zylinderblocks c durch die Bohrungen n und o drucklose Flüssigkeit, die einerseits den Druckgaskolben schmiert und die Abdichtung verbessert, andererseits die Zylinderwand des Druckgaszylinders von innen her aufheizt. Bei der Ausführung mit Taumelscheibe wird der Ringraum m der Druckgaskolben k von der vom Verbraucher zurückströmenden Flüssigkeit durchspült.
Die Flüssigkeit erwärmt sich auf ihrem Weg über die Pumpe und den Verbraucher (Arbeitsmaschine) infolge Reibung, Energieumsetzung an Drosselstellen und Ventilen und in einzelnen Fällen auch infolge Wärmeaufnahme aus einem beheizten Verbraucher. Diese Wärme wird zu einem großen Teil über die Oberflächen der Pumpenzylinder 1, der Druckgaszylinder c und der Druckgaskolben k (Abb. 3) auf das einströmende und expandierende Druckgas übertragen. Die Expansion findet damit nicht mehr nach der Adiabate statt, sondern nähert sich je nach der zugeführten Wärmemenge oder mehr oder weniger der Isotherine. Damit wird die der Flüssigkeit entzogene Wärme in Form mechanischer Energie zurückgewonnen. Die stetige Kühlung der Flüssigkeit hält deren Viskosität nahezu konstant, verlängert die Dauer ihrer Brauchbarkeit und ermöglicht eine wesentliche Verringerung des Vorratsbehälterinhaltes. Die Rufheizung der vom Druckgas berührten Zylinder- und Kolbenwandungen verhindert die Vereisung der Druckgaszylinder bei Verwendung feuchten Druckgases. Sie vermeidet außerdem das Entstehen größerer und damit schädlicherWärmespannungen im Zylinderblock, den Kolben und Triebwerkteilen.
Eine beliebige, bekannte Absperreinrichtung r dient der Unterbrechung der Druckgaszufuhr über die Kanäle p und q.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kontinuierlich arbeitender, pneumatischhydraulischer Druckübersetzer mit mehreren parallel zur Druckübersetzerachse im Kreise angeordneten Zylindern, in denen Stufenkolben gleiten, die sich auf eine Taumel- oder Schiefscheibe abstützen, wobei die größeren Kolben von Druckgas und die kleineren Kolben von einer zu fördernden Flüssigkeit beaufschlagt werden und die flüssigkeitsfördernden Pumpenkolben kleineren Durchmessers zentrisch mit den mit Druckgas beaufschlagten größeren Antriebskolben verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenkolben einseitig an der Taumel- oder Schiefscheibe anliegen.
2. Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaskolben glockenförmig ausgebildet sind und die Pumpenzylinder in die glockenförmigen Druckgaskolben hineinragen, wobei die vom Druckgas berührte metallische Oberfläche möglichst groß gehalten ist.
3. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaskolben an ihrer Lauffläche eine ringförmige Aussparung besitzen, die von druckloser Flüssigkeit durchspült wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 801 186, 343 932, 75 375; britische Patentschrift Nr. 665 310; USA.-Patentschriften Nr. 2 356 917, 2 845 030.