DE1901432A1

DE1901432A1 - Wandler zur Umsetzung von Druckfluessigkeitsschwingungen in mechanische Schwingungen und diesen Wandler verwendende Vorrichtung

Info

Publication number: DE1901432A1
Application number: DE19691901432
Authority: DE
Inventors: John Duff; Keith Foster
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-01-12
Filing date: 1969-01-13
Publication date: 1969-08-28
Also published as: US3596562A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION, Kingsgate House, 66-74-» Victoria Street, London, S.W.1., England

Wandler zur Umsetzung von Druckflüssigkeitsschwingungen in mechanische Schwingungen und diesen Wandler verwendende Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandler zur Umsetzung von Druckflüssigkeitsschwingungen in mechanische Schwingungen, enthaltend einen Zylinder mit einem zu diesem relativ bewegbaren Kolbenteil, das zwei gegenüberliegende Seiten aufweist, welche jeweils in einer von zwei in dem Zylinder enthaltenen, jeweils mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllten Kammern enthalten sind, von denen zumindest die" eine mit einer eine schwingende Druckflüssigkeit· abgebenden Quelle verbunden ist, deren schwingende Druckflüssigkeit eine relative Schwingbewegung zwischen dem Kolbenteil und dem Zylinder hervorruft.

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Aufgabe der Erfindung ist es, bisher bekannte Wandler zur Umsetzung von Druckflüssigkeitsschwingungen in mechanische Schwingungen zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Wandler der eingangs genannten Art erfindungsgemaß dadurch, daß eine in einer Richtung erfolgende Relativbewegung des Kolbenteils zu dem Zylinder in bestimmten relativen Stellungen eine zu einem geschlossenen Raum hin bestehende Verbindung derart einschränkt, daß durch eine weitere Relativbewegung in der betreffenden Richtung die in dem geschlossenen Raum enthaltene Flüssigkeit zusammengedrückt und durch die eingeschränkte Verbindung hindurchgedrückt wird und der Flüssigkeitsdruck der in dem geschlossenen Raum enthaltenen Flüssigkeit der weiteren Relativbewegung entgegenwirkt.

Die Verbindung mit dem geschlossenen Raum kann auf zumindest einen schmalen Durchgang beschränkt sein, der von dem geschlossenen Raum zu einer Kammer der vorhandenen Kammern hin verläuft. Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann der jeweils vorgesehene schmale Durchgang eine schmale Nut sein.

Wenn der Kolbenteil und der Zylinder in der bestimmten relativen Stellung sind, kann zumindest eine Nut mit dem geschlossenen Raum oder der einen Kammer verbunden sein, und zwar über einen wesentlichen Teil der Nutlänge. Eine weitere Relativbewegung in der einen Richtung verringert diesen Anteil. Dadurch steigt der Widerstand an, der durch die zumindest eine Nut der strömenden Flüssigkeit entgegensteht.

Die zumindest eine schmale Nut kann in einer Ümfangsflache· des Kolbenteiles enthalten sein; sie kann von der einen Stirnseite bzw. -fläche des Kolbenteiles zu der anderen

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Stirnseite bzw. -fläche hin verlaufen, und zwar über einen Teil der axialen Länge der Umfangsflache.

Neben den betrachteten Elementen können noch Kühleinrichtungen vorgesehen sein, die eine begrenzte Druckflüssigkeit sströmung nacheinander durch die erste Kammer und dann durch die zweite Kammer in einen Bereich relativ geringen Druckes ermöglichen, wobei der Wandler gekühlt wird.

Der mittlere Wert der begrenzten Flüssigkeitsströmung kann pro Schwingungsperiode des Kolbenteiles zwischen 5 und 2O# des Hubraumes der ersten Kammer liegen. Dabei wird ein Wert zwischen 5 und 1O# bevorzugt.

Unter "mittlerem Wert" wird die mittlere Amplitude pro Schwingungsperiode des Kolbenteiles über mehrere Schwingungsperioden gemessen verstanden; unter "Hubraum" wird das Produkt aus effektiver Fläche der ersten Kolbenteil-Stirnseite und der Amplitude der Schwingungsbewegung verstanden.

Die jeweilige Kühleinrichtung kann einen ersten Austritt enthalten, der auf die Relativbewegung des Kolbenteils zu dem Zylinder in der anderen Richtung in eine zweite bestimmte relative Stellung hin wirksam wird und damit eine begrenzte Flüssigkeitsströmung aus der zweiten Kammer zu dem Bereich hin ermöglicht, in dem der relativ niedrige Druck herrscht. Ferner kann ein zweiter Austritt vorgesehen sein, der eine begrenzte Flüssigkeitsströmung von der ersten Kammer in die zweite Kammer ermöglicht.

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Die genannte eine Kammer kann die zweite Kammer sein, und der erste Austritt umfaßt eine Öffnung in der Wand des Zylinders, die mit dem Bereich verbunden ist, in welchem der geringe Druck herrscht. Diese Öffnung ist mit der zweiten Kammer über zumindest eine Nut verbunden, und zwar auf die genannte Relativbewegung in die zweite bestimmte relative Lage hin.

Wenn d,as Kolbenteil und der Zylinder in der zweiten bestimmten Relativstellung sind, kann die zumindest eine Nut lediglich mit der genannten Öffnung an deren von der zweiten Kolbenetirnfläche entfernten Ende in Verbindung gelangen. Eine weitere Relativbewegung iri dieser entgegengesetzten Richtung bewirkt, daß die zumindest eine Nut mit der genannten öffnung an einer dichter bei der zweiten Kolbenfläche liegenden Stelle über deren Länge in Verbindung gelangt. Dadurch wird der Widerstand verringert, den die zumindest eine Nut der begrenzten Flüssigkeitsströmung aus der betreffenden einen Kammer entgegem..jBetzt.

Der zweite Austritt kann eine Rohrleitung enthalten, durch die eine eingeschränkte Verbindung der ersten Kammer mit der zweiten Kammer besteht· Die Rohrleitung kann ein Ventil enthalten, das in einer ersten Stellung eine relativ ungehinderte Flüssigkeitsströmung aus der ersten Kammer in die zweite Kammer ermöglicht und das in einer zweiten Stellung eine relativ begrenzte Strömung aus der.ersten Kammer in die zweite Kammer zuläßt.

Durch die Erfindung ist ferner eine Vorrichtung geschaffen, die eine Quelle einer schwingenden Druckflüssigkeit und einen Wandler der oben erwähnten Art enthält.'Dabei ist die betreffende Quelle der schwingenden Druckflüssigkeit an zumindest die erste Kammer des Wandlers angeschlossen. Das

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Kolbenteil des Wandlers ist mit einer Steuerlast verbunden.

Daneben kann eine weitere Quelle einer schwingenden Druckflüssigkeit an die zweite Kammer des Wandlers angeschlossen sein. Die weitere Druckflüssigkeitsquelle arbeitet in Bezug auf die erstgenannte Quelle gegenphasig.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Wandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Wandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Unter den nachstehend benutzten Ausdrücken "links" und "rechts" sind· Bewegungsrichtungen unter Zugrundelegung der in den Zeichnungen dargestellten Ansichten der erfindungsgemäßen Wandler zu verstehen. Der in Fig. 1 dargestellte Wandler gemäß der Erfindung besitzt einen Zylinder 10 mit einem darin gleitend verschiebbaren Kolbenteil 12. Das Kolbenteil 12 besitzt ein mittleres Teil 14 relativ großen Druchmessers und zwei äußere Teile 16 und 18 von etwas geringerem Durchmesser. Der Durchmesser des äußeren Teiles 18 liegt zwischen den Durchmessern der Teile 14 und 16.

Die End- bzw. Stirnfläche 20 des den geringsten Durchmesser besitzenden Teiles 16 stellt eine erste Arbeitsfläche des Kolbenteiles dar. Eine durch eine Durchmesseränderung zwischen dem den großen Durchmesser besitzenden Teil 14 und dem den mittleren Durchmesser besitzenden Teil gebildete Schulter 22 stellt eine zweite Arbeitsfläche des

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Kolbenteiles dar. Die Flächen 20 und 22 verlaufen parallel zueinander, zeigen jedoch voneinander weg. Dadurch sind auf die betreffenden Flächen gerichtete Flüssigkeitsdrucke einander eritgegengerichtet.

Die Fläche bzw. Seite 20 ist in einer ersten Kammer 24 des Zylinders 10 angeordnet. Die Fläche bzw. Seite 22 ist in einer zweiten Kammer 26 des Zylinders angeordnet. Jede Kammer kann unter Druck stehende Flüssigkeit enthalten.

Die erste Kammer ist über eine Leitung 30 mit einer Quelle schwingender Druckflüssigkeit 28 verbunden. Die schwingende " Druckflüssigkeit bewirkt eine relative Schwingbewegung zwisehen dem Kolbenteil 12 und dem Zylinder 10. Die in der Kammer befindliche Flüssigkeit wirkt als Flüssigkeitsfederung. Die Volumen der Kammern 24- und 26 sind so gewählt, daß die Masse der schwingenden Teile des Y/andlers und die Schwingfrequenz der schwingenden Druckflüssigkeit berücksichtigt sind und die Kammer 2A als Kondensatorkammer wirkt. Die in dieser Kammer auftretenden Druckflüssigkeitsschwingungen werden in der Phasenlage relativ zu den Schwingungen ii^der Kammer verschoben. Dies führt zu mechanischen Schwingungen, die mit den von der Quelle 28 erzeugten Druckflüssigkeitsschwingungen in Phase sind. Dadurch tritt ein minimaler Energieverlust auf.

Bei der gerade betrachteten Ausführungsform der Erfindung ist der Wandler in einer Stoßbohrmaschine enthalten. Der Zylinder 10 bildet dabei den Körper der Maschine; er ist mit hier nicht gezeigten Handgriffen versehen, die zur leichteren Handhabung der Anordnung dienen. Die Schwingungen des Kolbens 12 werden auf einen Bohrer einsät ζ 32 der Stoßbohrmaschine übertragen, um eine ausnutzbare Arbeit zu erzeugen. Der Kolben ist mit dem Bohrereinsatz 32 nicht verbunden, schlägt an diesen jedoch an, um eine für eine

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Gesteinsbohrung geeignete)nahezu augenblicklich wirkende Kraft zu erzeugen.

Der Wandler kann in Abweichung von dem betrachteten Fall z.B.mit einer Zinke einer Gruppe von Zinken einer Erdbewegungsanordnung verbunden sein oder Teile einer Landwirt Schaftsgerätschaft bewegen, wie die Messer einer Grasschneidemaschine.

Es dürfte einzusehen sein, daß die Zeichnung lediglich rein schematisqh das Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt, und daß der Zylinder 10 in der Praxis aus verschiedenen Einzelteilen hergestellt ist, um den Zusammenbau zu erleichtern. Demgemäß sind bei einer prakti-

vorhanden sehen Ausführung verschiedene ÜJrennflachen/ durch die ein geringer, 4⁸^och nahezu unvermeidbarer Ausfluß aus jeder der beiden Kammern 24 und 26 erfolgen kann. Der Ausfluß kann insbesondere durch in den Wänden der Kammern 24 und vorhandene Bohrungen 34 und 36 erfolgen, durch welche das Kolbenteil läuft.

In den Bohrungen 34 und 36 sind ringförmige Ausflußnute vorgesehen» die den Ausfluß von dem linken und rechten Ende des Zylinders 10 aufnehmen. Diese Ausflußnute sind über Leitungen 41, 42, 43 mit einem Vorratsbehälter 40 verbunden, in welchem ein relativ niedriger Druck herrscht. Die als Leckflüssigkeit anzusehende ausfließende Flüssigkeit wird über eine Ausgleichspumpe 44, ein Rückschlagventil 46 und eine Verbindung 48 zu der Leitung 30 hin das System zurückgepumpt .

Zwischen den Kammern 24 und 26 des Zylinders 10 ist eine weitere Kammer 38 vorgesehen, die zur Außenathmosphäre hin offen ist. Diese Kammer 38 dient zur Aufnahme

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Leckflüssigkeit, die durch die Nute 55 und 57 hindurchgelangen kann. Die betreffende Kammer stellt ferner sicher, daß die Fläche 21 zwischen den Teilen 14 und 16 des Kolbenteils 12 nicht in einem geschlossenen Raum enthalten ist. Wenn dies der Fall wäre, würde dieser Raum als weitere Flüssigkeitsfeder wirken, wodurch der Wirkungsgrad des Wandlers herabgesetzt werden könnte.

Wenn während des Betriebs der Stoßbohrmaschine der Bohrereinsatz plötzlich in einen Bereich relativ weichen Materials einbricht oder wenn der Bohrerkörper schnell herausgezogen wird, kann eine übermäßige Relativbewegung zwischen dem Kolbenteil 12 und dem Zylinder 10 auftreten. Dies bedeutet, daß das Kolbenteil sich zu weit nach rechts bewegen kann bzw. daß sich der Zylinder zu weit nach links bewegen kann. Dies ist unerwünscht, da in extremen Fällen der Teil 14 des Kolbenteils 12 an der Stirnwand der Kammer 26 anschlagen kann.

Zur Lösung dieses Problems ist eine Wand 50 der Kammer 26 mit einer Senkung 52 versehen, die sich axial nach rechts erstreckt und die denselben Durchmesser wie die Bohrung besitzt, innerhalb der sich das Kolbenteil 14 koaxial bewegt.

Damit ist ein durch die Senkung 52 und die äußere. Fläche des Kolbenteils 18 definierter geschlossener Raum 54· vor- · gesehen.

Der Teil 14 des Kolbenteils 12 besitzt auf seiner Umfangsflache zumindest eine axial verlaufende Nut 56, die von der Seite 22 aus nach links in Richtung auf die Seite 20 verläuft. Vorzugsweise sind dabei, wie gezeigt, vier derartige Nute 56 vorgesehen. Die Nute 56 erstrecken sich nicht

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über die gesamte Länge des Teiles 14 hinweg, sondern enden kurz vor dem linken Ende des betreffenden Teiles.

Eine Rechtfcewegung des Kolbenteils 12 führt dazu, daß das rechte Ende des Teiles 14 in den geschlossenen Raum eintritt und die darin befindliche Flüssigkeit einschließt.

Eine Verbindung mit dem geschlossenen Raum 54 ist somit auf die Strömungsfläche beschränkt, die durch die schmalen Durchgänge gebildet ist, welche durch die Nute 56 dargestellt sind. Eine weitere Rechtsbewegung des Kolbenteils kann nur dann auftreten, wenn ein Teil der in dem geschlossenen Raum 54 eingeschlossenen Flüssigkeit durch die Nute 56 aus dem betreffenden Raum herausgeführt wird. Die Flüssigkeit in dem Raum 54 muß dabei zusammengedrückt werden, um den Strömungswiderstand der Nute 56 zu überwinden. Der ansteigende Druck wirkt somit auf die Seite bzw. Fläche 22 des Kolbens und damit einer weiteren Rechtsbewegung des Kolbens entgegen.

Somit ruft eine in einer Richtung erfolgende Relativbewegung des Kolbenteiles 12 zu dem Zylinder 10 eine eingeschränkte Verbindung mit dem geschlossenen Raum 54 hervor. Eine weitere Relativbewegung in der betreffenden Richtung führt dazu, daß die Flüssigkeit in dem genannten Raum zusammengedrückt und durch die begrenzten Verbindungsdurchgänge hindurchgedrückt wird. Der Druck der in dem geschlossenen Raum 54 enthaltenen Flüssigkeit wirkt dabei der weiteren Relativbewegung entgegen.

Wenn der Kolbenteil 14 beginnt, in den Raum 54 einzudringen, stehen die Nute 56 mit der Kammer 26 über nahezu ihre gesamte Länge in Verbindung. Die aus dem geschlossenen Raum 54 austretende Flüssigkeit braucht somit nur durch

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einen relativ kurzen"Teil der Nute zu fließen. Eine weitere Rechtsbewegung des Kolbenteils 12 führt zur Verringerung desjenigen Anteils der Länge der Nute 56, der mit der Kammer 26 in Verbindung steht. Die aus der geschlossenen Kammer austretende Flüssigkeit hat nunmehr einen größeren Teil der Nute zu durchfließen. Der durch die Nute ausgebüte Strömungswiderstand steigt mit weiterer Rechtsbewegung des Kolbens progressiv an. Dadurch steigt auch die einer derartigen Bewegung entgegengerichtete Druckkraft an.

Um den Wandler abzukühlen, ist es notwendig, Kühlanordnungen bzw. Kühleinrichtungen vorzusehen, die eine Flüssigkeitsdurchströmung durch eine der Kammern und dann durch die andere Kammer und anschließend zurück zu dam Vorratsbehälter 40 hin bewirken, inüem ein relativ geringer Druck herrscht.

Die Kühleinrichtungen enthalten daher in der zweiten Kammer 26 einen ersten Austritt, der durch die Öffnung 37 in der Wand des Zylinders 10 gebildet ist. Wenn das Kolbenteil 12 nach links bewegt wird (das ist eine Relativbewegung in der entgegengesetzten Richtung) und eine zweite bestimmte Stellung erreicht ist, dann überlappen die Nute 56 da? Öffnung 37 und ermöglichen damit, daß eine begrenzte Druckflüssigkeitsströmung von der zweiten Kammer 26 zu dem Vorratsbehälter 4-0 hin auftritt.

Die Kühleinrichtungen enthalten ferner einen zweiten Auslaß , der durch eine Rohrleitung 60 gebildet ist, die ein Ventil 62 enthält. Diese Anordnung gestattet, Flüssigkeit aus der ersten Kammer in die zweite Kammer zurückzuführen. Das Ventil 62 ist ferner so angeordnet, daß es den Wandler steuert. Wenn das Ventil 62 in einer ersten oder "geöffneten"

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Stellung ist, ermöglicht es eine relativ unbeschränkte Flüssigkeitsströmung zwischen den Kammern 24 und 26. Damit sind die zu dem Zeitpunkt in den betreffenden Kammern herrschenden Drucke in Phase und gleich groß. Es tritt somit keine Schwingung des Kolbenteiles 12 auf. Wenn das Ventil 62 in eine zweite oder "geuoliloa Stellung eingestellt ist, dann ist eine Flüssigkeitsströmung durch die Rohrleitung 60 verhindert. Lediglich eine begrenzte Ausgleichs-Flüssigkeitsströmung ist vorhanden, die den Austritt der Flüssigkeit aus der Kammer kompensiert. Damit tritt eine Schwingbewegung des Kolbenteiles 12 auf. Das Ventil 62 kann in Mittelstellungen eingestellt werden, wodurch die Amplitude der jeweils auftretenden Schwingungen gesteuert wird.

Das.Ventil 62 ist derart ausgelegt, daß die mittlere Ausgleichs-Flüssigkeitsströmung durch dieses Ventil im geschlossenen Zustand pro Periode (über mehrere Schwingungsperioden des Kolbenteiles gemessen) zwischen 5 und 20$, vorzugsweise zwischen 5 und 10# des Hubraumes der ersten Kammer beträgt. Der Hubraum ist gleich der gesamten schwingenden Druckflüssigkeitsströmung in die Kammer 24 hinein bzw. aus der Kammer 24 heraus, und zwar während jeder Periode. Die Ausgleichsflüssigkeit kehrt selbstverständlich durch die Öffnung 57 zu d.em Vorratsbehälter 40 zurück; sie dient damit der Kühlung des Wandlers. Es hat sich gezeigt, daß die oben erwähnte Ausgleichsflüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit eine angemessene Kühlung mit sich bringt und überraschenderweise die Leistungsfähigkeit des Wandlers nicht ernsthaft beeinträchtigt. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß andere Ausführungsformen der Erfindung eine größere oder geringere Kühlströmung erfordern können.

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Wie oben ausgeführt, ist es erwünscht, zwischen den Bohrereinsatz 32 und der Mittelstellung des Kolbenteiles 12 einen bestimmten Abstand beibehalten. Dieser Zwischenraum wird auf folgende Weise geregelt. Wenn der Wandler stillsteht, sind die Drucke in den Kammern und 26 nahezu gleich groß, und zwar zufolge des Vorhandenseins der Rohrleitung 60 und des: Ventils 62. Die Flächen der Seiten 20 und 22 der Kolbenteile sind so gewählt,' daß eine wirksame Links-Kraft auf das Kolbenteil wirksam ist, das somit dazu neigt, nach links in den Zylinder 10 hineinzuwandern. Zu diesem Zweck ist die Fläche der Seite 22 geringfügig größer gemacht als die der Seite 20. In Abweichung hiervon kann in dem Fall, daß die auf das Kolbenteil 12 wirkende. Gegenkraft ausgenutzt wird, die dann auftritt, wenn das betreffende Kolbenteil an dem Bohrereinsatz 32 während des Betriebs des Wandlers anschlägt, die Fläche der Seite 22 wesentlich kleiner als die der Seite 20 gemacht werden. Das Kolbenteil neigt dann dazu, während des Betriebs nach links zu wandern.

Es hat sich gezeigt, daß die Geschwindigkeit, mit der das Kolbenteil 12 auf den Bohrereinsatz 32 aufschlägt, und damit die auf das Kolbenteil 12 ausgeübte Kraft mit zunehmendem Zwischenabstand zwischen dem Kolbenteil und dem Bohrereinsatz ansteigt, bis ein optimaler Zwischenraum bzw. Abstand und eine optimale Aufschiaggeschwxndig-' keit erzielt sind. Dies führt zu einer Zunahme der Linkswanderung des Kolbenteils 12. Diese Wanderung muß derart geregelt werden, daß der Anfangsabstand zwischen dem Kolbenteil und dem Bohrereinsatz optimal ist.

Die Linkswanderung bzw. die nach links gerichtete Wanderung des Kolbenteils wird durch die Nute 56 und

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die Öffnung 37 gesteuert, da in dem Fall, daß von der Kammer 26 ein Austritt zu dem Vorratsbehälter 40 hin besteht, der in dieser Kammer herrschende Druck herabgesetzt wird und der/der Kammer 24 herrschende Druck das Kolbenteil 12 nach rechts bewegt. Während der Druck in der Kammer 26 herabgesetzt wird, tritt durch die Rohrleitung 60 die stärkste Kühlströmung auf. Die Herabsetzung des Druckes in der Kammer 26 hat seine Ursache in der zu dem Vorratsbehälter 40 offenen Austrittsöffnung. Damit ist dann der Druckunterschied zwischen den Kammern 24 und 26 am größten. Ist die Fläche der Kolbenstirnseite 20 nur geringfügig größer als die der Stirnseite 22, so können während der Periode einige Stromungsumkehrungen durch die Rohrleitung 60 auftreten. Hierdurch wird jedoch eine angemessene Kühlströmung (z.B. 5 bis 10$) erhalten. Ist die Stirnseite 22 größer als die Stirnseite 20, z.B. um eine Linksbewegung des Kolbens zu bewirken, dann ist es erwünscht, dem Ventil 62 eine Nichtrückkehr-Charakteristik im geschlossenen Zustand zu verleihen, z.B. durch Verwendung eines Absperrventils parallel zu einem Rückschlagventil als "Ventil" 62. Dadurch ist eine größere Strömung von der Kammer 24 in die Kammer 26 möglich als in umgekehrter Richtung. Die Eühlströmung in der Rohrleitung 60 tritt dann auf, wenn der Druck in der Kammer 24 größer ist als der in der Kammer 26.

Es sei bemerkt, daß das Ausmaß, in welchem die Nute 56 die Öffnung 37 überlappen, von dem Ausmaß der Linksbewegung des Kolbenteils 12 abhängt. Damit hängt die Geschwindigkeit, mit der aus der Kammer 26 in den Vorratsbehälter 40 Flüssigkeit abgeführt wird, von dem Teil der Nute 56 ab, die mit dem Behälter 40 über die überlappte Öffnung 37 in Verbindung stehen. Je größer die Linksbewegung des Kolbens in den Zylinder hinein ist, desto schneller wird die in der

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Kammer 26 enthaltene Flüssigkeit abgeführt. Die Stellung der öffnung 37 und die Länge der Nute 56 sind dabei natürlich so gewählt, daß gewährleistet ist, daß die Begrenzung der Linksbewegung des Kolbenteils 12 bei einem Spalt zwischen dem in der Mittelstellung befindlichen Kolbenteil und dem Bohrereinsätζ 32 bei optimalem Wirkungsgrad des Wandlers vorhanden ist.

Die Stellung des Kolbenteils 12 wird somit genau gesteuert. Diese Steuerung ermöglicht die Einstellung des Kolbenteils in eine Mittelstellung, in der das betreffende Kolbenteil von dem Bohrereinsätζ 32 in genauem Abstand entfernt ist.

Sollte in der Kammer 24 ein plötzlicher Druckabfall auftreten, z.B. zufolge des Bruches der Speiseleitung 30, dann kann der Kolben schnell nach links über seine normale Bewegungsgrenze hinausbewegt werden. Die Nute 56 sind dann mit der Kammer 38 verbunden und haben somit eine direkte Verbindung von der Kammer 26 zur AußenathmoSphäre. Dies dient dazu, die Geschwindigkeit der Linksbewegung des Kolbenteils herabzusetzen. Ferner kann diese Maßnahme verhindern, daß der Kolben an die Stirnwand 51 der Kammer 24 anschlägt.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung. Es dürfte daher nicht erforderlich sein, auf die in Fig. 2 gezeigte Ausfuhrungsform im einzelnen einzugehen. Elemente, die im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben sind, tragen in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen.

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Der Teil 14 des Kolbenteiles 12 kann mit axial verlaufende Nute verseilen sein. Im Unterschied zur Fig. 1 ist der geschlossene Raum 54 niit der Kammer 26 hier durch zumindest eine (vorzugsweise durch vier) schmale, radial verlaufende Durchgänge 57 verbunden. Auf eine Rechtsbewegung des Kolbenteils 12 hin tritt das rechte Ende des Kolbens 14 wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in den Raum 54 ein. Eine weitere Rechtsbewegung des Kolbenteils 12 kann nur dann erfolgen, wenn ein Teil der in dem geschlossenen Raum 54 enthaltenen Flüssigkeit durch die Durchgänge 57 hindurchgedrückt wird.

Eine übermäßig weite Linksbewegung des Kolbens wird durch eine in der Zylinderbohrung 56 vorhandene Bohrung 45 gesteuert. Diese Bohrung tritt an die Stelle der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vorgesehenen ringförmigen öffnung 57· Wenn das Kolbenteil 12 nach links über eine bestimmte Stellung hinausbewegt ist, gibt das rechte Ende des Kolbenteiles 14 die Bohrung 45 frei, wodurch die Kammer 26 mit dem Behälter 40 verbunden ist, in dem ein relativ niedriger Druck herrscht.

Die einzelne Bohrung 45 bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird gegenüber der ringförmigen Öffnung 37 bevorzugt, da diese Öffnung eine zu plötzlich erfolgende Austrittsströmung hervorrufen würde, wenn sie durch den Teil 14 freigegeben wird. Ferner könnte die Linksbewegung des Kolbenteils nicht genau gesteuert werden. Durch die Bohrung 45 wird der Wandler jedoch, wie oben beschrieben, gekühlt. Die Größe der Kühlströmung ist dabei die gleiche wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung. In Abweichung hiervon könnte eine ringförmige Öffnung 37 verwendet werden, wenn in der Leitung 42 ein Absperrglied vorgesehen wird, durch das die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

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Es sei bemerkt, daß bei jeder a_er beiden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung das Kolbenteil 12 aus zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen bestehen könnte, wobei der Teil 16 von den Teilen 14 und 18 getrennt ist. Während des Betriebs würde ein derartiger zweiteiliger Kolben als ein aus einem Stück bestehendes Kolbenteil wirken, dessen Teile jedoch eine Relativbewegung .ausführen könnten, um Fluchtungsfehler in den Zylinderbohrungen auszugleichen. Unter dem hier benutzten Ausdruck "Kolbenteil" ist somit auch ein derartiger zwei-, teiliger Kolben zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der Druckwandler als doppelt wirkender Druckwandler betrieben werden kann, indem mit der Kammer 26 eine eine schwingende Druckflüssigkeit abgebende Quelle verbunden ist, deren Druckflüssigkeit Schwingungen ausführt, die um 180° zu den Schwingungen derjenigen Druckflüssigkeit versetzt sind, die von der mit der Kammer 24- verbundenen Druckflüssigkeitsquelle 28 abgegeben werden. Ein derartiger doppelt wirkender Wandler kann bis zu zweimal soviel Leistung abgeben, wie die zuvor beschriebenen einfauswirkenden Wandler; er erfordert jedoch eine doppelt wirkende Druckflüssigkeitsquelle und zwei Verbindungsleitungen 30. Um die Kühlströmung auftreten zu lassen, sind die Wandler derart angeordnet, daß eine Strömung von der ersten Kammer 24· durch die zweite Kammer 26 erfolgt, und zwar entweder durch Verwendung eines Rückschlagventils zwischen der ersten und der zweiten Kammer oder durch eine solche Anordnung der Flächen der Kolbenstirnseiten, daß der mittlere Druck in der zweiten Kammer.geringer ist als der in der ersten Kammer.

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Sowohl bei einem einfacfcjwirkenden wie bei einem doppelt wirkenden Wandler wird die zu der ersten Kammer hinführende Speiseleitung 30 mit kühler Druckflüssigkeit nahe des Generators (nicht gezeigt) gespeist. Bei doppelt wirkenden Wandlern kann die Kühlströmung in Abweichung von der Ableitung durch eine in der Zylinderwand enthaltene Öffnung zu einem Bereich niedrigen Druckes hin auch von einer Stelle in der Speiseleitung 30 abgeleitet werden, die von dem Generator zu der zweiten Kammer 26 hin verläuft. Diese Stelle liegt vorzugsweise nahe des Generators, so daß die Leitung selbst gekühlt ist.

Es sei schließlich bemerkt, daß die Merkmale der in 3?ig. 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers gegebenenfalls auch bei dem in B¹Xg. 1 gezeigten Wandler einzeln angewendet werden können.

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Claims

Pat ent-ansprüch e

1. Wandler zur Umsetzung von Druckflüssigkeitsschwingungen in mechanische Schwingungen, enthaltend einen Zylinder mit einem zu diesem relativ bewegbaren Kolbenteil, das zwei gegenüberliegende Seiten aufweist, welche jeweils in einer von zwei in dem Zylinder enthaltenen, jeweils mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllten Kammern enthalten sind, von denen zumindest die eine mit einer eine schwingende Druckflüssigkeit abgebenden Quelle verbunden ist, deren schwingende Druckflüssigkeit eine relative Schwingbewegung zwischen dem Kolbenteil und dem Zylinder hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einer Richtung erfolgende Relativbewegung des .Kolbenteils (12) zu dem Zylinder (10) in bestimmten , relativen Stellungen eine zu einem geschlossenen Raum (5*0 kin bestehende Verbindung derart einschränkt, daß durch eine weitere Relativbewegung in der betreffenden Richtung die in dem geschlossenen Raum (5²O enthaltene Flüssigkeit zusammengedrückt und durch einen eingeschränkten Verbindungsweg (56) hindurchgedrückt wird und der Flüssigkeitsdruck der in dem geschlossenen Raum enthaltenen Flüssigkeit der weiteren Relativbewegung entgegenwirkt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit dem geschlossenen Raum (54·) auf zumindest einen schmalen Kanal (56) beschränkt ist, der von dem geschlossenen Raum (54) zu einer der Kammern (26) hinläuft.

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3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige schmale Kanal eine schmale Nut (56) ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei in der bestimmten relativen Stellung befindlichem Kolbenteil (12) und Zylinder (10) die zumindest eine Nut (56) mit dem geschlossenen Raum (54) oder mit der betreffenden Kammer (26) über einen großen Bereich ihrer Länge gekoppelt ist und daß eine weitere Relativbewegung in der genannten einen Richtung zur Verkleinerung des betreffenden Längenbereiches und zu einem Anstieg des Widerstands führt, den die zumindest eine Nut (56) der Flüssigkeitsströmung entgegensetzt.

5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Nut (56) in einer Umfangsfläche (14) des Kolbenteils (12) enthalten ist und von der einen Stirnseite (22) des Kolbenteiles in Richtung zu der anderen Stirnseite (20) über einen Teil der Axiallänge der Umfangsflache (14-) verläuft.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß zu seiner Kühlung Kühleinrichtungen (56,37*60) vorgesehen sind, die eine begrenzte Druckflüssigkeitsströmung durch die beiden Kammern (2A-, 26) in einen Bereich (40) relativ geringen Druckes hervorrufen.

7· Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Wert der eingeschränkten Flüssigkeitsströmung pro Schwingungsperiode des Kolbenteils (12) 5 bis 20# des Hubraumes der einen Kammer (24) entspricht.

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8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Wert 5 bis 10$ des Hubraumes entspricht.

9. Wandler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtungen einen ersten Durchgang (37,56) und einen zweiten Durchgang (60) enthalten, daß der erste Durchgang (37₅56) auf eine in zu der genannten einen Richtung entgegengesetzter Richtung erfolgende Relativbewegung des Kolbenteiles (12) zu dem Zylinder (10) in einer

" zweiten bestimmten relativen Stellung wirksam ist und die eingeschränkte Flüssigkeitsströmung aus der einen Kammer (26) in den Bereich (40) relativ geringen Druckes hin ermöglicht, und daß der zweite Durchgang (60) eine eingeschränkte Flüssigkeitsströmung aus der anderen Kammer(24)in die genannte eine Kammer (26) ermöglicht.

10. Wandler nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchgang eine Öffnung (37) in der Wand des Zylinder (10) enthält, die mit dem Bereich (40) relativ geringen Druckes verbunden ist, und daß diese Öffnung (37) niit der genannten einen Kammer (26) über die zumindest eine Nut (56) verbunden ist, und zwar bei Relativbewegung des Kolbenteiles (12) und des Zylinders (10) in die zweite bestimmte Relativstellung.

11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei in der zweiten bestimmten relativen Stellung befindlichem Kolbenteil (12) und Zylinder (10) die zumindest eine Nut (56) lediglich mit der zu dem ersten Durchgang gehörenden Öffnung (37) an deren von der einen Kolbenteil-Stirnseite (22) entfernten Ende verbunden ist und

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daß durch eine weitere Relativbewegung in der zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung die zumindest eine Nut (56) mit der Öffnung (37) über einen Teil ihrer Länge nahe der anderen Kolbenteil-Stirnseite (20) derart verbunden ist, daß der Widerstand, den die zumindest eine Nut (56) der eingeschränkten Flüssigkeitsströmung aus der genannten einen Kammer (26) entgegengesetzt, herabgesetzt- ist.

12. Wandler nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang eine Rohrleitung (60) enthält, durch welche die beiden Kammern (24,26) in eingeschränkter Verbindung stehen.

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrleitung (60) ein Ventil (62) enthalten ist, das in einer ersten Stellung eine relativ ungehinderte Flüssigkeitsströmung und in einer zweiten Stellung eine relativ eingeschränkte Flüssigkeitsströmung von der einen Kammer (24·) in die andere Kammer (26) zuläßt.

14·. Vorrichtung, enthalt end eine eine schwingende Druckflüssigkeit abgebende Druckflüssigkeitsquelle, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und dadurch, daß die Druckflüssigkeitsquelle (28) an die eine Kammer (24) angeschlossen ist und das Kolbenteil (12) mit einer Antriebslast verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere eine schwingende Druckflüssigkeit abgebende Druckflüssigkeitsquelle an die andere Kammer (26) angeschlossen ist und daß die Schwingungen der von dieser weiteren Druckflüssigkeitsquelle abgegebenen Druck-

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flüssigkeit in Bezug auf die Schwingungen der von der erstgenannten Druckflüssigkeitsquelle abgegebenen Druckflüssigkeit gegenphasig sind.

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