DE2307760B2 - Hydraulische Feder - Google Patents

Description

der Füllkammer 17 ein unter dem in der Niederdruckkammer 12 herrschenden Druck liegender Druck herrscht.

Die Arbeitsweise der hydraulischen Feder in einer Freikolbenwärmekraftmaschine ist wie folgt:

In der auf der Zeichnung dargestellten äußeren Totpunktstellung wird die stets die ganze Hochdruckkammer 9 füllende Druckflüssigkeit der größten Zusammendrückung ausgesetzt, so daß die elastische Rückwirkung durch den Fortsatz 10 auf den Boden der Bohrung 11 übertragen wird und den Kolben 3 zum inneren Totpunkt hin drückt. In der ständig mit Druckflüssigkeit gefüllten Hochdruckkammer 9 nimmt der Druck dann allmählich ab, um am Ende des Verdichtungshubes des Kolbens 3 einen in der Nähe des Atmosphärendrucks liegenden Wert zu erreichen. Die Verschiebung des Kolbens 3 vergrößert das Volumen der Niederdruckkammer 12, in welcher der Druck kleiner als der Atmosphärendruck wird, sobald die zum inneren Totpunkt hin gerichtete Bewegung des Kolbens begonnen hat. Die Niederdruckkammer 12 übt daher eine Rückhaltewirkung auf den Kolben 3 aus und wirkt wie eine Feder mit konstanter Reaktionskraft, welche der durch die Druckflüssigkeit der Hochdruckkammer 9 gebildeten, den Kolben 3 rückführenden elastischen Federwirkung entgegenwirkt.

Hierdurch wird die Arbeitsfrequenz der Freikolben für eine gegebene Energie vergrößert.

Während der Bewegung des Kolbens 3 in Richtung auf den inneren Totpunkt bleiben die Ventile 16 und 18 geschlossen, so daß keine Überführung von Druckflüssigkeit zwischen der Hochdruckkammer 9 und der Niederdruckkammer 12 durch die Füllkammer 17 stattfindet. Während dieser Bewegung ist das Ventil 14 geschlossen, seine öffnung IS läßt jedoch Druckflüssigkeit mit konstanter Strömungsmenge in das Innere der Niederdruckkammer 12 treten. An der Stelle des inneren Totpunkts sinkt der Druck in der Hochdruckkammer 9 auf Atmosphärendruck, so daß der Druck in der Füllkammer 17 die öffnung des Ventils 18 bewirkt, welches eine kleine Flüssigkeitsmenge in die Hochdruckkammer 9 austreten läßt, um etwaige Leckverluste auszugleichen, welche z.B. zwischen den miteinander zusammenwirkenden Flächen der Bohrung 11 und des rohrförmigen Fortsatzes 10 auftreten.

Nach der Verbrennung der im Verbrennungsraum 4 verd'chteten Gase wird jeder Kolben 3 zum äußeren Totpunkt zurückgeschleudert, wodurch die Druckflüssigkeit in der Hochdruckkammer 9 zunehmend verdichtet wird. Der verhältnismäßig kleine Querschnitt der Bohrung 11 ermöglicht die Erzielung eines hohen Drucks in der Hochdruckkammer 9 bei verhältnismäßig großem Nutzhub. Während der Kolben 3 zum äußeren Totpunkt gedruckt wird, nimmt der Druck in der Niederdruckkammer 12 zu und erreicht einen Wert, bei dem das Ventil 14 öffnet, und die Abfuhr der überschüssigen Druckflüssigkeit ermöglicht; dadurch wird die Flüssigkeitsmenge in der Niederdruckkammer 12 auf einem Volumen gehalten, dem im äußeren Totpunkt ein Druck entspricht, der größer als der in der Füllkammer 17 herrschende Druck ist. Das Ventil 16 öffnet sich dann und läßt

ίο die Zufuhr von Druckflüssigkeit aus der Niederdruckkammer 12 in die Füllkammer 17 zu, in der sich ein Druck aufbaut, der wie oben ausgeführt die Auffüllung der Hochdruckkammer 9 mit Druckflüssigkeit gestattet um Leckverluste zwischen Hochdruckkammer 9 und Niederdruckkammer 12 auszugleichen. Die Leitung 13 mündet über das Ventil 14 an einer Stelle in die Niederdruckkammer 12, daß ihre Mündung durch den Kolben 3 geschlossen wird, wenn diese; die äußere Totpunkt'(ellung einnimmt.

Nachstehend ist ein Zahlenbf· piel für die verschiedenen Energien angegeben, we'xhe durch die Hochdruckkammer 9 und die Niederdruckkammer 12 aufgespeichert werden.
Jeder Kolben 3 der Freikolbenwärmekraftmaschine habe einen Durchmesser von 7 cm und einen Hub von 5 cm. Die Volumina der Kammern 9 und 12 seien in dem Augenblick, in welchen der Kolben 3 den äußeren Totpunkt erreicht, 240 cm³ bzw. 10 cm³. In dieser Stellung herrschte in der Hochdruckkammer 9 ein Druck von 500 bar, in der Niederdruckkammer 12 ein Druck von 20 bar und in der Füllkammer 17 ein Druck von nur 2 bis 5 bar. Die in der Hochdruckkammer 9 aufgespeicherte Nutzenergie beträgt unter der Annahme einer Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit von etwa 0,000056/bar:

Ο,000056·500=·240 ,__OT ,
= 168 Joule,

20

während die von der Flüssigkeit der Niederdruckkammer 12 aufgespeicherte Energie folgenden Wert hat:

0,000056-202- 10

20

- = 0,0112 Joule.

Die kinetische Energie der Freikolben wird somit fast vollständig in der Hochdruckkammer 9 aufgespeichert, wobei trotzdem ein verhältnismäßig langer Nutzhüb möglich ist.

Iti Rahmen der E^rfindung kann an der Stelle des Bodens 8 eine Anzapfung zur Speisung eines hydraulischen Motors vorgesehen werden. Die Vorrichtung arbeitet dann auber als hydraulische Frder auch als Pumpe mit geringer Förderleistung aber hohem Druck.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. mer außerhalb des Zylinderraums angeordnet und

   u mit einem rohrförmigen Fortsatz der Wand verbun-

   Patentanspruch: mn einer« rohrförm g^ ^ _{unJSChUeßende}

   Hydraulische Feder mit einer Hochdruckkam- Bohrung d« «geordneten Kolbens>*™™*&· raer für die Druckflüssigkeit, insbesondere zur 5 Diese," Losujigsgedf ke^ der dus w^anderem Zu-Rückführung der Kolben einer Freikolbenwärme- sammenhnng bekennte f**™* der *«*°J««,auf kraftmaschine, wobei jedem Kolben eine gegen- einer Hohlwelle umfaßt^bteuien v.^rlangerten über diesem abgedichtete Hochdruckkammer zu- Federweg der hydraulischen ^er ^dureh die ^Ausgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, nutzung des «WojOTgcn Fortotees. obne laß dadaß der Zylinderraum stirnseitig durch eine i. durch die K"*^_n^JÄ ditischen Stoß Wand (7) abgeschlossen ist und daß die Hoch- längeren Federweg gelingt es, die elast,schen MoB-druckkammer (9) außerhalb des Zylinderraums kräfte erheblich zu ^™.^ ™* ™* ^Hfvfr angeordnet und mit einem rohrförmigen Fortsatz frequenz der Freikolbeii dem Gasaustausch im Ver-(10) der Wand (7) verbunden ist, welcher in eine b -ennungsraum besser ^M^PP*r _Re7I1<,_nphm-

   diesen eng umschließende Bohrung (11) des zu- _1S Die Erfindung .st nachstehend unter Bezugnahme geordneten Kolbens (3) hineinragt. auf die Zeichnung .ff^^^J?^^

   ^{6 v} ' ^b Schnitt durch eine Freikolbenmaschine mit dem Kol

   ben im äußeren Totpunkt zeigt.

   Die hydraulische Feder ist an einer mit innerer ao Verbrennung arbeitenden Freikolbenwärmekraftma-

   schinel dargestellt, welche einen Zylinder 2 aufweist der zwei Kolben 3 enthält, die zwischen sich einen gemeinsamen Verbrennungsraum 4 veränderlichen Volumens begrenzen, in welchen eine oder

   Die Erfindung betrifft eine hydraulische Feder mit *₅ mehrere Auslaßleitungen 5 sowie eine oder mehrere einer Hochdruckkammer für die Druckflüssigkeit, Einlaßleitungen 6 mulden.

   insbesondere zur Rückführung der Kolben einer Der Zylinder2 ,st ^sün^«^urg^ Wand?

   Freikolbenwärmekraftmaschine, wobei jedem Kolben abgeschlossen, welche an eme Hochdrud^kamrner 9 eine gegenüber die em abgedichtete Hochdruckkam- mit dem Boden 8 angrenzt. Die Wand17 wird^auf ihmer zugeordnet ist 3<> rer der Hochdruckkammer 9 abgewandten Seite

   Eine bekannte ihermische Verb .nnungsmaschine durch einen rohrförmigen Fortsatz 10 verlängert, dieser Art (DT-OS 22 17 194) besitz', zwei gegenläu- dessen Hohlraum in die Hochdruckkarnmer 9 munfige Freikolben, die zwischen sich den Verbren- det. Der Fortsatz 10 hat einen Außendurchmesser, nungsraum einschließen und deren dem Verbren- welcher etwas kleiner als der Durchmesser einer nungsraum abgewandte Stirnseiten jeweils an eine 35 axialen Bohrung 11 ist, welche im Ko ben 3 von desmit Druckflüssigkeit gefüllte Hochdruckkammer an- sen der Wand 7 zugewandten Stirnseite ausgeh . Die grenzen, wobei der Querschnitt der Hochdruckkam- Länge der Bohrung 11 ist deuthrh großer als die Hier demjenigen des die Freikolben führenden Zylin- axiale Länge des rohrförmigen Fortsatzes 10 derraums entspricht. Die an die Hochdruckkammern Zwischen der Wand 7 und der zugeordneten Stirn-

   angrenzenden Stirnseiten der Freikolben bilden eine 40 seile des Kolbens 3 ist eine Niederdruckkammer 12 die Hochdruckkammer vergrößernde Vertiefung aus. veränderlichen Volumens gebildet. In die Nieder-Infolge des großen wirksamen Querschnitts der druckkammer 12 mündet eme von einem Fluss.g-Hochdruckkammer ergibt sich im Rahmen der gerin- keitsbehälter kommende Leitung 13, deren Durch-_Ren Elastizität der Druckflüssigkeit ein sehr kurzer trittsquerschnitt durch ein Ventil 14 gesteuert wird Federweg, so daß hohe elastische Stöße auftreten. 45 welches in seiner Mitte eine kalibrierte Öffnung 15 Hierdurch entstehen einerseits starke mechanische aufweist. Die Leitung 13 mundet in die Niederdruck-Beanspruchungen der Maschine, die nur durch eine kammer 12 nahe der Wand 7, und zwar an der dem schwerere Ausbildung der Maschine abgefangen wer- äußeren Totpunkt entsprechenden Stelle. Der ZyImden können und die eine Vergrößerung der Arbeits- de-2 und der Kolben 3 besitzen über ihre ganze Berausche bewirken, und andererseits hohe Beschleu- 50 Länge einen konstanten Querschnitt, ndungen der Freikolben. Diese Beschleunigungen Die Niederdruckkammer 12 steht ferner über cm

   verkürzen die Öffnungsdauer der Einlaß- und Aus- Ventil 16 mit einer außerhalb des Zylinders 2 verlaulaßöffnuneen im Verbrennungsraum und führen so- fenden Füllkammer 17 in Verbindung, welche über mit zu einem unvollständigen Einlaß im Vergleich zu ein Ventil 18 in die Hochdruckkarnmer 9 mundet, dem'verfügbaren Zylinderinhalt sowie zu einem un- 55 Das Ventil 16 ist so ausgebildet, daß es nur eine Vervollständigen Auslaß und einer verringerten Spülwir- bindung in der Richtung Niederdruckkammer 12 J_111n-Füllkammer 17 ermöglicht, wahrend das Ventil 18 so

   Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ausgebildet ist, daß es nur eine Verbindung in der zugrunde, eine platzsparende Konstruktion einer hy- Richtung Füllkammer 17 — Hochdruckkammer 9 draulischen Feder zu schaffen, bei der der Federweg 60 gestattet. .

   der hydraulischen Feder vergrößert ist und dadurch Die Ventile 14, 16 und 18 sind so geeicht daß in die Maximalwerte der Beschleunigungskräfte infolge der dem äußeren Totpunkt entsprechenden Stellung der Bewegung des Kolbens reduziert sind wobei der des Kolbens 3 und somit bei der größten Zusam-Kolben einen konstanten Durchmesser über seine mendrückung der hydraulischen Feder, die der elastiganze Länge aufweisen kann. 65 sehen Rückführung des Kolbens 3 dient, der Druck

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- in der Niederdruckkammer 12 einen etwas über dem löst, daß der Zylinderraum stirnseitig durch eine Atmosphärendruck liegenden Wert erreicht, wahrend Wand abgeschlossen ist und daß die Hochdruckkam- ein hoher Druck in der Hochdruckkammer 9 und in