DE2819822A1

DE2819822A1 - Hydraulische feder

Info

Publication number: DE2819822A1
Application number: DE19782819822
Authority: DE
Inventors: Jacques Henri Louvecien Jarret
Original assignee: JARRET JACQUES HENRI LOUVECIENNES; JARRET JEAN MARIE BAPTISTE
Current assignee: JARRET JACQUES HENRI LOUVECIENNES; JARRET JEAN MARIE BAPTISTE
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-16
Also published as: JPS6014941B2; FR2389800B1; IT1156720B; IT7849150A0; US4175733A; BE866263A; FR2389800A1; DE2819822C2; CA1081269A; GB1601390A; JPS53137363A

Description

PATENTANWÄLTE

K. SIEBERT G. GRÄTTINGER

Dipl.-Ing. Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing.

8130 Starnberg bei München Postfach 16 49, Almeidaweg Telefon (08151) 4115 u. Telegr.-Adr.: STARPAT Starnberg Telex: 526 422 star d

ii München

-1819822

den

Anwaltsakte: 7201/4

Jacques Henri JARRET, 32 Allfee des Soudanes, 78430 Louveciennes, Ivelines, Frankreich

und

Jean-Marie Baptiste JARRET, 30,Avenue Raphael, 75016 Paris, Frankreich

Hydraulische Feder

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Postscheckkonto München 2726-804 - Kreissparkass« SUmberg «8940 ■ Deutsche Bank Stamberg 58/17570

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Feder, die unter Ausnutzung der Trägheit nachfüllbar ist und ferner im besonderen eine Einrichtung zur Bewegungsumkehr der symmetrisch angeordneten Kolben einer Freikolbenmaschine.

Es ist bekannt, daß man die mechanische Energie durch Kompression einer Flüssigkeit speichern kann. Die Volumenänderung der Flüssigkeit liegt dabei im allgemeinen zwischen 10~ bis 10~ pro bar. Die auf diese Weise gespeicherte und wieder freiwerdende Energie ist vom ökonomischen Standpunkt aus betrach-

2 4 tet für maximale Drücke zwischen 10 und 10 bar interessant. Beispielsweise beobachtet man bei einem leichten Öl (Dichte etwa 0,8) daß sich sein Volumen unter einem Druck von 1000 bar um etwa 655 verringert; die dabei durch die Kompression des Öls gespeicherte Energie beträgt etwa 3750 Joules pro Kilogramm komprimiertem Öl gegenüber etwa 160 Joules pro KiIo-

2 gramm Stahl, welcher gegen einen Druck von 50 kg/mm bewegt wird.

Eine derartige hydraulische Feder besteht im allgemeinen aus einer dem Flüssigkeitsdruck der in ihr verdichteten Flüssigkeit aufnehmenden Kammer aus entsprechend festem Werkstoff und einem Kolben, der in das Innere der Kammer eintritt, wobei er das Flüssigkeitsvolumen reduziert.

Allerdings ist die Anwendung der Flüssigkeitsfeder dadurch begrenzt, daß Flüssigkeitsverluste unter hohem Druck unvermeidbar sind, insbesondere wenn man eine Festkörperreibung, also Energieverluste

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vermeiden will, welche zwangsläufig ein wirksames Dichtungssystem mit sich bringen würde. Die Verwendung der Flüssigkeitsfeder ist ferner angezeigt für Kompressionen mit sehr kurzer Dauer und für Federn, die eine Wiedereinspeisung der Flüssigkeitsverluste ermöglichen. Beispielsweise kann man in diesem Zusammenhang die Bewegungsumkehr der symmetrischen Freikolben einer Freikolbenmaschine ins Auge fassen.

Darüber hinaus bereitet die Wiedereinspeisung von Flüssigkeitsverlusten erhebliche Schwierigkeiten, da man einerseits nur über eine sehr kurze Zeit für die Nachfüllung verfugen kann, und andererseits dieses Nachfüllen im allgemeinen in der Weise bewirkt werden muß, daß der Lauf im wesentlichen konstant bleibt und insbesondere daß der äußere Todpunkt des Hubweges der Freikolben unabhängig von Änderungen der Beaufschlagung erhalten bleibt.

Die derzeitigen Lösungen sind schwerfällig und kompliziert; z. B. wird auf elektromagnetische Weise der äußere Todpunkt festgestellt und das Flüssigkeitsvolumen mittels einer Pumpe und einem elektronisch gesteuerten elektromagnetischen Ventil in die Feder eingespeist, im Falle einer Abweichung zwischen der gemessenen und gewünschten Position des äußeren Todpunkts.

Die vorliegende Erfindung will eine wesentlich einfachere Lösung für das Problem des Nachfülles einer Flüssigkeitsfeder auffinden. Diese besteht im wesentlichen in der Ausnutzung der von den Freikolben

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in der Nähe des inneren Todpunkts ausgeübten hohen Beschleunigungskräfte zum Entleeren einer mit "Hohlkammer" bezeichneten Kammer, die sich mit dem Freikolben mitbewegt, wobei diese Kammer im äußeren Todpunkt mit Flüssigkeit gefüllt wird.

Die vorliegende Erfindung umfaßt allgemein eine hydraulische Feder, insbesondere gemäß den·Patentansprüchen 1 und 2,sowie deren Anwendung auf eine Freikolbenmaschine, insbesondere gemäß den Patentansprüchen 3 bis 6.

Im Rahmen der Erfindung kann anstelle der Hydraulikflüssigkeit auch ein gasförmiges Medium oder ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch geeignet sein.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die Figuren la und Ib zeigen jeweils als HaIb-'schnitt unterschiedliche Kolbenstellungen einer Freikolbenmaschine, welche mit einer hydraulischen Feder, deren Füllung unter Ausnutzung der Trägheit erfolgt, versehen ist.

Gemäß den Figuren la und Ib weist die Maschine einen thermischen Zylinder 1 auf, in welchem sich die Kolben 2 und 3 bewegen. Der thermische Zylinder besitzt Einlasse 4a, 4b, Auslässe 5a, 5b, sowie eine zentrale Einspritzung 6. Die Kolben 2 und 3 oszillieren symmetrisch einerseits zwischen einem äußeren Todpunkt (Fig.la), welcher erreicht ist, in einer vom Zentrum der Maschine entfernten Lage der Kolben 2 und 3, in welcher diese eine in den

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Kammern 7 und 8 enthaltene Flüssigkeit komprimieren in Art von hydraulischen Federn, die
weiter unten noch naher beschrieben werden, und
andererseits einem inneren Todpunkt (Fig. Ib),
der erreicht ist, wenn die aufeinander zuweisenden Arbeitsflächen der Kolben in einem geeigneten Abstand voneinander zum Stillstand kommen, nachdem die Kolben das in den thermischen Zylinder durch die Einspritzung 6 eingebrachte Brennstoffgemisch verdichtet haben, wobei die Verdichtung im Bereich des variablen Volumens 9 erfolgt. Die vorerwähnte hydraulische Feder, welche der wesentliche Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, schleudert nach ihrer Kompression die Freikolben in Richtung auf den inneren Todpunkt zurück. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert, ermöglicht eine Vorratsflüssigkeit 10 den Ausgleich der Flüssigkeitsverluste, wobei der Ort des äußeren Todpunkts im wesentlichen aufrechterhalten wird.

Jeder Kolben 2, 3 weist Dichtungsmittel 11 sowie eine ringförmige magnetische Masse in Form lameliier ter Eisenpakete 12 auf, die in einem Körper 13 aus nichtmagnetischem Material eingebettet sind. In gleicher Weise weist der thermische Zylinder 1
ringförmige Induktoren 15, 16 mit Spulen 17, 18
bzw. 19, 20 auf, gegenüber denen sich die Eisenpakete 12 während der Hin- und Herbewegung der
Kolben verschieben.

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Die Spulen 17, 18 bzw. 19, 20 der Induktoren 15, 16 bilden zusammen mit den Eisenpaketen 12 die Starteinrichtung für die Maschine, ferner die Einrichtung zum phasengleichen Steuern der Kolben 2, 3 sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie während des Laufs der Maschine. Die gesamte Vorrichtung wird in bekannter Weise erregt mit Hilfe einer schematisch gezeichneten Vorrichtung 21 und die Spulen 17, 18 bzw. 19, 20 sind beispielsweise als zwei zueinander parallel geschaltete Sätze angebaut.

Jede der hydraulischen Federn umfaßt eine Flüssigkeitssäule 22, 23 im inneren der Kammern 7, 8, welche in den Kolben 2, 3 ausgebildet sind. Die Kammern 22, 23 sind jeweils durch einen ebenfalls in den Kolben ausgebildeten zylindrischen Kanal 24 verlängert. Ein mit dem thermischen Zylinder 1 verbundener Festkolben 25 ragt in das Innere des Kanals 24 hinein. Der Kanal 24 gleitet während der Bewegung der Freikolben 2, 3 über den Festkolben 25; er weist eine ringförmige Erweiterung 26 auf, die im folgenden mit"Hohlkammer" bezeichnet wird und die so angeordnet ist, daß sie gerade vor dem Festkolben steht, wenn der Freikolben sich im inneren Todpunkt befindet (vgl. Fig. Ib). Ferner sind im Festkolben 25 Öffnungen 27 vorgesehen, die sich gerade gegenüber der Hohlkammer 26 befinden, wenn der Freikolben den äußeren Todpunkt einnimmt (vgl. Fig. la). Die Öffnungen 27 im Festkolben 25 sind mit einer axialen Bohrung 28 verbunden, die über eine Leitung 29 mit einem Flüssigkeitsvorrat

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verbunden sind. Wenn während des Maschinenlaufs die Freikolben 2, 3 den äußeren Todpunkt erreicht haben (Fig. la),dann wird die Flüssigkeitssäule 22, 23 durch den Festkolben 25 verdichtet.

Während sich die Freikolben zwischen dem äußeren und dem inneren Todpunkt bewegen, wandert die Hohlkammer 26 zwischen zwei äußeren Positionen hin und her.

Die erste Position der Hohlkammer 26 entspricht dem inneren Todpunkt (Fig. Ib), wobei die Flüssigkeitssäule 22, 23 in den Kammern 7, 8 der hydraulischen Federn nicht mehr komprimiert ist und mit der Hohlkammer 26 in Verbindung steht. Bereits in der Nähe des inneren Todpunkts des Freikolbens entleert sich die in der Hohlkammer 26 enthaltene Flüssigkeit unter der auf die Flüssigkeit ausgeübten Beschleu-

2 ' nigung (1000 - 2000 rn/sec ) , die sich aufgrund des Gasdrucks im thermischen Zylinder 1 auf den Freikolben 3 ergibt, derart, daß die Hohlkammer 26 einen niedrigeren als Atmosphärendruck aufweist.

Die zweite Position der Hohlkammer 26 entspricht dem äußeren Todpunkt (Fig. la), bei dessen Annäherung durch den Freikolben die Hohlkammer 26, die noch unter Unterdruck steht, geschlossen wird, während der Druck in der Flüssigkeitssäule 22 ansteigt· Beim Erreichen des äußeren Todpunkts schließlich befindet sich die Hohlkammer 26 über den Öffnungen 27 des Festkolbens 25, derart, daß

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die Hohlkammer 26 über die Öffnungen 27 mit dem Flüssigkeitsvorrat 10 vermittels der Bohrung 28 und der Leitung 29 verbunden ist.

Aufgrund des in der Hohlkammer 26 vorhandenen Unterdrucks saugt diese eine gewisse Menge von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorrat 10 "an, von wo aus sie beim nachfolgenden Erreichen des inneren Todpunkts in der oben beschriebenen Weise wieder in die Flüssigkeitssäule 22 entleert wird.

Auf diese Weise ermöglicht die Trägheit der Flüssigkeitssäule 22, daß die Hohlkammer 26 insoweit als Saugpumpe arbeitet, die die Menge der angesaugten Flüssigkeit derart regelt, daß der äußere Todpunkt im wesentlichen hinsichtlich seiner Lage aufrechterhalten bleibt trotz der Geschwindigkeitsunterschiede der Freikolben 2, 3, die sich aufgrund der sich ändernden Beaufschlagung und Frequenzen ergeben und die wiederum zu Flüssigkeitsverlusten Anlaß geben.

Infolge der oben beschriebenen Ausbildung einer hydraulischen Feder ergibt sich als Vorteil eine Reduzierung von aufgrund des Unterdrucks auftretenden Kavitationserscheinungen, die im allgemeinen bei Flüssigkeitsfedern unvermeidbar sind, auf sehr kleine Werte. Tatsächlich führt die oben beschriebene Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines jederzeit vollen Flüssigkeitsstands der Flüssigkeitssäule 22 bzw. 23 in den Kammern 7 bzw. 8 der Freikolben.

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Somit bilden die unter Ausnutzung der Trägheit
füllbaren Flüssigkeitsfedern gemäß der vorliegenden Erfindung eine die Umkehr der Freikolben bewirkende Einrichtung, die einfacher und wirtschaftlicher ist, als die bislang verwendeten Vorrichtungen und die eine Verkleinerung der hydraulischen Verluste und der Energieverluste aufgrund Kavitation ermöglichen.

Starnberg, den 5. Mai 1978 / 668

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Claims

Patentansprüche :

1.)Hydraulische unter Ausnützung der Trägheit nachfüllbare Feder für Maschinen mit wenigstens einem hin- und hergehenden Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein feststehendes und ein bewegliches Teil umfaßt, daß der feststehende Teil eine axiale Bohrung (28) aufweist, die sich wenigstens über einen Teil seiner Länge erstreckt und mit einem Flüssigkeitsspeicher (10) verbunden ist sowie eine Öffnung (27) nach außen aufweist, daß der bewegliche Teil (2, 3) einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum aufweist und mit einem Teil seiner Länge den feststehenden Teil (25) einschließt, wobei der den feststehenden Teil (25) umgebende Längenabschnitt des beweglichen Teils (2, 3) eine ringförmige Hohlkammer (26) aufweist, daß der bewegliche Teil (2, 3) sich bezüglich des feststehenden Teils (25) zwischen einem äußeren und einem inneren Todpunkt hin- und herbewegt, derart, daß sich die Hohlkammer (26) im äußeren Todpunkt (Fig. la) etwa gegenüber der Öffnung (27) des feststehenden Teils (25) befindet und daß er sich im inneren Todpunkt (Fig. 16) etwa am inneren Ende des feststehenden Teils (25) befindet.

2. Hydraulische Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammer des beweglichen Teils (2, 3) als ringförmige Erweiterung eines den feststehenden Teil (25)umschließenden Kanals (24) des beweglichen Teils (2, 3) ausgebildet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Hydraulische Feder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil an einer Freikolbenmaschine ausgebildet ist.

4. Hydraulische Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum im beweglichen Teil (2,3) eine Flüssigkeitssäule (7,8) enthält, die zum äußeren Todpunkt hin in den Kanal (24) mündet, daß das feststehende Teil (25) in den Kanal (24) hineinragt, wodurch die im Hohlraum des beweglichen Teils eingeschlossene Flüssigkeit während der Bewegung des beweglichen Teils in Richtung auf den äußeren Todpunkt hin verdichtet wird und daß die axiale Bohrung (28) im feststehenden Teil über eine Leitung (29) mit dem Flüssigkeitsspeicher (10) verbunden ist, so daß die Hohlkammer (26) im äußeren Todpunkt des beweglichen Teils (2,3) über die Öffnung (27), die axiale Bohrung (28) und die Leitung (29) mit dem Flüssigkeitsspeicher (10) verbunden ist und daß im inneren Todpunkt des beweglichen Teils (2, 3) die in der Hohlkammer (26) aufgenommene Flüssigkeit aus dieser ausgeschleudert wird, wobei sich in der Hohlkammer (26) ein Unterdruck ausbildet, wodurch beim nachfolgenden Erreichen des äußeren Todpunkts Flüssigkeit aus der Öffnung (27) in die Hohlkammer (26) angesaugt wird.

5. Hydraulische Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des beweglichen Teils (2,3) in einem Freikolben einer Freikolbenmaschine ausgebildet ist.

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6. Hydraulische Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (27) im feststehenden Teil (25) in einer dem Hub des beweglichen Teils (2,3) gleichen Entfernung vom freien inneren Ende des feststehenden Teils (25) angeordnet ist und daß die Hohlkammer (26) in einer dem Hub des beweglichen Teils (2,3) wenigstens gleichen Entfernung vom freien äußeren Ende des beweglichen Teils angeordnet ist.

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