DE2710161A1

DE2710161A1 - Vorrichtung zur leistungsregelung einer heissgasmaschine

Info

Publication number: DE2710161A1
Application number: DE19772710161
Authority: DE
Inventors: Guenter Reuchlein
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1978-09-14
Also published as: GB1588612A; NL7801541A; JPS6128825B2; SE7802647L; JPS53112351A; DE2710161C2; SE437284B; NL190128B; NL190128C

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 Augsburg

04.03.77 P.B. 2902/1318

"Vorrichtung zur Leistungsregelung einer Heißgasmaschine"

Erfinder: Günter Heuchlein

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P.B. 2902/I3I8 r- -

Vorrichtung zur Leistungsregelung einer Heißgasmaschxne

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsregelung einer Heißgasmaschine durch Zufuhr oder Entnahme von Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum mittels einer ▼on einem Fördermedium beaufschlagten Membranspeichervorrichtung und eines Speicherraumes.

Aus der britischen Patentschrift 1 307 972 ist bereits eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der man, z. B. zum Zweck der Leistungssenkung der Heißgasmaschine, Arbeitsgas aus dem Zyklusraum entnimmt, indem man es in einen Membranspeicher entspannen läßt. Dabei wird durch das Arbeitsgas das auf der anderen Seite der Membran befindliche Fördermedium aus dem Membranspeicher gedrängt und über ein Ventilsystem einem mit einem Federkolben beaufschlagten Speicherraum zugeführt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Entspannungsvolumen bestimmt durch das Volumen des Membranspeichers. Der Druck im Arbeitsraum kann daher nur auf einen begrenzten, dem Volumen des Membranspeichers entsprechenden Wert abgesenkt werden. Vollte man danach eine wirkungsvolle Einrichtung zur LeistungsSenkung schaffen, so benotigte man pro Arbeitszylinder der Heißgasmaschine einen Membranspeicher, der ein Vielfaches des Volumens des Arbeitsraumes haben müßte. Vorrichtungen dieser Art zur Leistungssteuerung benötigen daher sehr viel Platz und erfordern einen hohen Herstellungsaufwand. Da sich der Druck im Arbeitsraum nur auf einen Wert absenken läßt, der von der Größe des Membranspeichers bestimmt ist, bleibt ein relativ großes Bestvolumen an Arbeits-

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gas übrig, was sich beim Zerlegen der Maschine im Schadens- oder Revisionsfalle nachteilig auswirkt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher in der Schaffung einer Fördereinrichtung, mit der das Arbeitsgas bei geschlossenem Kreislauf aus dem Arbeitsraum der Heißgasmaschine weitgehend herausgeführt und dem Speicherraum zugeleitet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Arbeitsgas von mindestens zwei wechselseitig arbeitenden Membranspeichern gefördert wird, die auf der Seite des Fördermediums durch wechselweise Schaltung mit Fördermedium höheren bzw. niederen Druckes beaufschlagt werden und auf der Seite des Arbeitsgases an ein den Arbeitsraum der Heißgasmaschine und den Speicherraum verbindendes Leitungssystem angeschlossen sind, das pro Membranspeicher je ein nur in Förderrichtung öffnendes Saug- und Druckeinwegventil aufweist.

Die mit dieser Vorrichtung verwendeten Membranspeicher benötigen dabei ein wesentlich geringeres Volumen als die Membranspeicher der bekannten Vorrichtung. Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung bei mehrzylindrigen Heißgasmaschinen aus, da unabhängig von der Zylinderzahl ein wechselweise arbeitendes Membranspeicherpaar mit einem gemeinsamen Speicherraum ausreicht.

Will man beispielsweise nach der bekannten Anordnung die Leistung einer Heißgasmaschine senken, so muß, um den Zyklusdruck auf z. B. ein Zehntel des Vollastwertes der Maschine abzusenken, das Arbeitsvolumen eines Membranspeichers rund zehnmal so groß sein wie die gesamten

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Räume eines Zyklus, zu dem dieser Speicher gehört. Bei einem Vierzylindermotor für ca. 100 PS und 8 dnr Arbeitsraum benötigt man nach der bekannten Anordnung demnach vier Membranspeicher zu je 20 dm* Rauminhalt. Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung reicht dafür ein Speicherraum zu 15 dm* Rauminhalt für die gesamte Anlage aus, wobei sich mit dieser Vorrichtung der Druck im Zyklusraum noch weiter absenken läßt. Für eine Heißgasmaschine dieser Art reichen daher zwei Membranspeicher zu je 1 dnr Rauminhalt aus.

Vorteilhafterweise wird der Druck des Fördermediums durch eine die Membranspeicher wechselweise beaufschlagende, durch einen Motor betriebene Förderpumpe erzeugt.

Dabei sind zweckmäßigerweise die von der Förderpumpe zu den Membranspeichern führenden Druckleitungen mit je einem Oberdruckventil versehen, um unzulässig hohe Druckstöße und eventuelle Beschädigungen des Leitungssystems zu vermeiden.

Zur Ausnutzung der Restenergie der vom überdruckventil abgegebenen Betriebsflüssigkeit kann diese vom Überdruckventil direkt der Saugleitung der Pumpe zugeführt werden, wodurch sich das von der Pumpe zu überwindende Druckgefälle verringern läßt.

Zur Ergänzung des durch Leckage oder die Überdruckventile aus dem unter Druck stehenden Förderkreis zwischen den Membranspeichern und der Pumpe entwichenen Fördermediums können an der Saugseite der Pumpe in den Saugleitungen Nachsaugventile angeordnet sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die wech-

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seiweise Beaufschlagung der Membranspeicher durch Umschaltung der Drehrichtung des Pumpenmotors.

Sie wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher kann dabei auch durch Umschaltung der Förderrichtung der Pumpe bewirkt werden.

Bei einer nur in einer Richtung fördernden Pumpe ergeben sich weitere Möglichkeiten zur wechselweisen Beaufschlagung der Membranspeicher durch ein elektromagnetisch betätigtes Zweiwegeventil oder durch ein Zweiwegeventil, das hydraulisch durch den sich im Membranspeicher aufbauenden Druck geschaltet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umschaltung der Forderrichtung des Fördermediums mittels einer durch einen am Membranspeicher angeordneten Druckschalter beaufschlagten Steuereinheit. Vorteilhafterweise kann man diese Steuereinheit mit einem den Anlauf der Gegenförderrichtung verzögernden Zeitrelais ausstatten, um ein stoßfreies Umschalten zu ermöglichen.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 das Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes;

Figur 2 . eine andere Ausgestaltung eines Teilbereiches nach Figur 1 und

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Figur 3 eine weitere Ausgestaltung eines Teilbereiches nach Figur 2.

Das Funktionsschema nach Figur 1 zeigt zwei Membranspeicher 1 und 2, über deren Membranen 3 und 4 zwei verschiedene Medien enthaltende Leitungssysteme 5 und 6 in Wirkverbindung stehen.

Das in Figur 1 links der Membranen 3 und 4 dargestellte Leitungssystem enthält das Arbeitsgas 7» z. B. Helium, eines Heißgasmotors, während das rechts der Membranen und 4 gelegene Leitungssystem 6 ein Fördermedium 8, z. B. Hydrauliköle enthält. Die Membranspeicher 1 und 2 werden wechselweise mit unter Druck stehendem Fördermedium 8 beaufschlagt. Der Druck wird von einer von einem Motor 9 angetriebenen Pumpe 10 erzeugt, der Fördermedium 8 aus einem Membranspeicher 1 oder 2 über die Druckleitungen bzw. 13 unter niederem Druck zuströmt und die es wechselweise den Membranspeichern 1 oder 2 über die Druckleitungen 15 bzw. 14 mit höherem Druck zuführt. In diesen Druckleitungen sind Druckschalter 16 und 17 angeordnet, die bei überschreiten eines bestimmten Druckes ansprechen und auf eine Steuereinheit 18 einwirken, durch die der Pumpen-Motor abgestellt und anschließend in die entgegengesetzte Drehrichtung geschaltet wird. Um unzulässig hohe Öldrücke zu vermeiden, sind an den Druckleitungen 14, 15 Oberdruckventile 21 bzw. 22 angeordnet, deren Auslaß in den Behälter 11 zurückgeführt wird. Die Saugleitungen 12 und 13« die mit den Druckleitungen 14, 15 in Verbindung stehen, weisen nur in Saugrichtung öffnende Einwegventile 19 bzw. 20 auf, durch die das von den Überdruckventilen 21 bzw. 22 abgesteuerte Fördermedium ergänzt wird. In den Druckleitungen 14, 15 sind ferner Kühler 23, 24 angeordnet.

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In den Ausführungsformen nach Figur 2 und 3 wird jeweils eine nur in einer Richtung fördernde Pumpe 25 von einem Motor 26 angetrieben. Die an die Pumpe 25 anschließende Druckleitung 27 führt zu einem elektromagnetisch betätigten Zweiwegeventil 28, das abwechselnd die zu den Membranspeiehern 1 und 2 führenden Druckleitungen 29, 30 beaufschlagt. Die von diesem Zweiwegeventil 28 abführende Rückführleitung 31 wird durch Einmünden in eine Saugleitung 32 der Saugseite der Pumpe 25 zugeführt, wodurch noch die im zurückgeleiteten Fördermedium 8 enthaltene Restenergie zur Verringerung des von der Pumpe 25 zu überwindenden Druckgefälles genutzt werden kann. Zur Verhinderung von unzulässig hohen Drücken in der Druckleitung 27 ist ein Überdruckventil 33 angeordnet, von dem das Überdruckfördermedium wieder dem Behälter 11 zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3 wird das vom Überdruckventil 33 abgeleitete Fördermedium ebenfalls der Saugleitung 32 zugeführt, um auch noch die in dieser Menge des Fördermediums enthaltene Restenergie zur Verringerung des Druckgefälles der Pumpe 25 nutzbar zu machen.

Über das in Figur 1 links der Membranen 3 und 4- dargestellte Leitungssystem 5» in dem das Arbeitsgas 7 der Heißgasmaschine enthalten ist, stehen zwei Behälter miteinander in Verbindung, von denen der eine die Arbeitsräume 34 der Heißgasmaschine und der andere einen Speicherraum 35 darstellt. Die Arbeitsräume 34- sind mit den Membranspeichern 1 und 2 über Saugleitungen 36, 37 verbunden, die jeweils nur in Richtung der Membranspeicher öffnende Einwegventile 38 bzw. 39 enthalten. Von den Membranspeichern 1 und 2 führen Druckleitungen 4-0, 4-1 zum Speicherraum 35» die jeweils nur in Richtung zum

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Speicherraum 35 öffnende Einwegventile 42 bzw. 43 aufweisen. Die beiden Druckleitungen 40, 41 vereinigen sich vor dem Speicherraum 35 zu einer gemeinsamen Druckleitung 44, in der ein Arbeitsgaskühler 45 angeordnet ist.

Im Betrieb der in Figur 1 gezeigten Anlage wird Arbeitsgas 7 von den Arbeitsräumen 34 der Heißgasmaschine in den Speicherraum 35 gepumpt, wodurch der Zyklusdruck der Maschine gesenkt und somit deren Leistung vermindert werden kann. Durch Abpumpen des rechts der Membran 3 des Membranspeichers 1 gelegenen Raumes entsteht im Raum links der Membran 3 ein geringerer Druck, so daß durch die Saugleitung 36 und über das Einwegventil 38 Arbeitsgas 7 aus den Arbeitsräumen 34 in den Membranspeicher 1 angesaugt wird. Während dieses Vorgangs wird gleichzeitig der rechts der Membran 4 gelegene Raum des Membranspeichers 2 mit unter Druck stehendem Fördermedium 8 beaufschlagt, so daß das im Raum links der Membran 4 befindliche Arbeitsgas 7 über das Einwegventil 43 und die Druckleitungen 41 und 44 zum Speicherraum 35 gefördert wird. Ein Zurückfließen des Fördermediums 8 wird durch die Einwegventile 39 und 42 verhindert, die in dieser Richtung sperren. Diese Arbeitsgänge erfolgen abwechselnd in den beiden Membranspeichern 1 und 2, so daß, je nach Arbeitsdauer der wechselweise arbeitenden Membranspeicher

1 und 2, beliebige Mengen von Arbeitsgas von den Arbeitsräumen 34 der Heißgasmaschine in den Speicherraum 35 umgepumpt werden können.

Die wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher 1 und

2 mit unter Druck stehendem Fördermedium 8 erfolgt in der Weise, daß der Pumpe 10 Fördermedium 8, z. B. aus dem Membranspeicher 1, über die Druckleitung 14 zuströmt und von der Pumpe 10 über die Druckleitung 15 in den Membran-

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speicher 2 gefördert wird. Lie Pumpe 10 arbeitet bis zum Erreichen eines bestimmten Drucks im Membranspeicher 2, worauf ein Druckschalter 16 anspricht, der über eine Steuereinheit 18 den Motor 9 in Gegendrehrichtung schaltet, so daß das Fordermedium 8 aus dem Membranspeicher 2 abgesaugt wird, während gleichzeitig Fördermedium 8 über die Druckleitung 14 dem Membranspeicher 1 zugeführt wird, und zwar so lange, bis wiederum bei Erreichen eines bestimmten Druckes ein an der Druckleitung 14 angeordneter Druckschalter 17 anspricht und über die Steuereinheit 18 den Motor in Gegendrehrichtung schaltet. Um Druckstöße im Leitungssystem 6 zu vermeiden, sind Überdruckventile 21 und 22 angeordnet, durch die bei unzulässig hohen Drücken Fördermedium 8 in den Behälter 11 abgeleitet wird. Zur Vermeidung dieser Druckstöße trägt auch die Ausrüstung der Steuereinheit 18 mit einem Zeitrelais bei, durch das die Einschaltung des Motors 9 ic Gegendrehrichtung verzögert werden kann.

Bei nur in einer Richtung fördernden Pumpen 25ι wie sie in den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 gezeigt sind, erfolgt die wechselweise Beaufschlagung der Druckleitungen 29 und 30 über ein elektromagnetisch betätigtes Zweiwegeventil 28, wobei die jeweils aus einem Membranspeicher 1 oder 2 rückgeführte Fördermediummenge 8 der Saugseite der Pumpe 25 zugeführt wird, um das von ihr zu überwindende Druckgefälle zu reduzieren. Aus dem Kreislauf des Leitungssystems 6 durch Überdruckventile 21, 22 und die Pumpenleckage entwichenes Fördermedium 8 kann über eine ein Einwegventil 36 enthaltende Saugleitung 32 aus dem Behälter 11 ergänzt werden.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde am Beispiel der Leistungssenkung einer Heißgasmaschine durch

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Abpumpen von Arbeitsgas aus dem Arbeite- bzw. Zyklusraum beschrieben. Eine Leistungssteigerung kann durch Zurückleiten des im Speicher unter höherem Druck stehenden Arbeitsgases in die Heißgasmaschine erreicht werden.

Desgleichen können Vorrichtungen vorgesehen sein, um, etwa zum Absenken des Druckniveaus im Speicher 35, ein Abpumpen von Arbeitsgas aus dem Speicher in umgekehrter Reihenfolge zum hier beschriebenen Vorgang zu ermöglichen.

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Claims

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Patentansprüche:

Vorrichtung zur Leistungsregelung einer Heißgasmaschine durch Zufuhr oder Entnahme von Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum mittels einer von einem Fördermedium beaufschlagten Membranspeichervorrichtung und eines Speicherraumes, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgas (7) von mindestens zwei wechselseitig arbeitenden Membranspeichern (1, 2) gefördert wird, die auf der Seite des Fördermediums (8) durch wechselweise Schaltung mit Fördermedium höheren bzw. niederen Druckes beaufschlagt werden und auf der Seite des Arbeitsgases (7) an ein den Arbeitsraum der Heißgasmaschine (34) und den Speicherraum (35) verbindendes Leitungssystem angeschlossen sind, das pro Membranspeicher (1, 2) je ein nur in Förderrichtung öffnendes Saug- und Druckeinwegventil (38, 39 bzw. 42, 43) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fördermediums (8) durch eine die Membranspeicher (1, 2) wechselweise beaufschlagende, durch einen Motor (9) betriebene Pumpe (10) erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Förderpumpe (10, 25) zu den Membranspeichern (1, 2) führenden Druckleitungen (14, 15, 27) de ein Überdruckventil (21, 22, 33) aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Überdruckventil (21, 22, 33) anschlie-

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ßende Ablaufleitung in die Saugleitung (12, 13, 32)
der Förderpumpe (10, 25) führt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß an der Saugseite der Pumpe (10, 25) in der Saugleitung (12, 13, 32) Nachsaugventile (19, 20, 36) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher (1, 2) durch Umschaltung der Drehrichtung des
Motors der Pumpe (10) erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher (1, 2) durch Umschaltung der Förderrichtung der Pumpe (10) erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher (1, 2) bei nur in einer Richtung fördernder
Pumpe (25) durch ein elektromagnetisch betätigtes
Zweiwegeventil (28) erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Beaufschlagung der Membranspeicher (1, 2) bei nur in einer Richtung fördernder
Pumpe (25) durch ein Zweiwegeventil erfolgt, das
hydraulisch durch den sich im Membranspeicher (1,

2) aufbauenden Druck geschaltet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Förderrichtung des Fördermediums (8) mittels einer

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durch einen am Membranspeicher (1, 2) angeordneten Druckschalter (16, 17) beaufschlagten Steuereinheit (18) erfolgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (18) ein den Anlauf der Gegenförderrichtung verzögerndes Zeitrelais aufweist.

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