DE2845058A1 - Freikolbenmotorpumpe mit energieabgabeglaettung - Google Patents

Freikolbenmotorpumpe mit energieabgabeglaettung

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DE2845058A1 DE19782845058 DE2845058A DE2845058A1 DE 2845058 A1 DE2845058 A1 DE 2845058A1 DE 19782845058 DE19782845058 DE 19782845058 DE 2845058 A DE2845058 A DE 2845058A DE 2845058 A1 DE2845058 A1 DE 2845058A1
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Description

- 12 Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Freikolbenmotorpumpe, die entsprechend arbeitet, um die Energie- oder Arbeits- bzw. Leistungsabgabe eines Freikolbenmotors zu glätten und das'Pumpen von hydraulischem Fluid zu erleichtern.
Eine Freikolbenmotorpumpe unterscheidet sich von der üblichen von einem Kolbenmotor angetriebenen Pumpe dadurch, daß die Hin- und Herbewegung des Kolbens nicht zuerst auf eine Kurbelwelle übertragen wird, um die lineare Bewegung in eine Drehbewegung umzusetzen, wobei dann mittels einer Pumpen-Taumelscheibe (swashplate] eine Rückübersetzung in eine lineare Bewegung zum Antreiben .des Pumpenkolbens erfolgt. Stattdessen ist eine direkte lineare Antriebsverbindung zwischen dem Motorkolben und dem Pumpenkolben zum Durchführen einer linearen Bewegung desselben vorgesehen. Ein Ausschalten der die lineare in die rotatorische Bewegung umsetzenden Kurbelwellenelemente und der die rotatorische in die lineare Bewegung umsetzenden Pumpen-Taumelscheibe führt zu einer beträchtlichen Größen- sowie Gewichtsverminderung der Pumpe und auch zu einer starken Verbesserung des Wirkungsgrades derselben.
Bisher bestand ein grundsätzlicher Nachteil beim Antreiben einer Freikolbenmotorpumpe mit einem Innenverbrennungsmotor darin, daß die Energieabgabe eines Kolbens der Innenverbrennungsmaschine über den Hub sehr ungleichmäßig ist und sich beispielsweise während des Arbeitszyklus um einen Faktor 30 : 1 ändern kann. Bei dem Diesel-Zyklus können beispielsweise der Maximaldruck in typischer Weise 1000 psi bzw. 70,31 kg/cm2 und der Minimaldruck 30 psi bzw. 2,11 kg/cm2 betragen, wobei ein mittlerer· Druck oder MEP während des Arbeitshubes von 150 psi bzw. 10,55 kg/cm2 vorliegt. Der Otto-Zyklus ist ähnlich.
Ein herkömmlicher Motor benutzt ein Schwungrad zum Glätten bzw. Vergleichförmigen der Energieabgabe, und theoretisch könnte diese Maßnahme auch in derselben Weise in Verbindung mit einem Freikolbenmotor angewendet werden. Die Benutzung einer schweren Masse,
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die mit dem Motor/Pumpen-Kolben zusammenhängend ausgebildet oder hieran befestigt ist, um Energie während des ersten Beschleunigungsteils des Arbeitshubes zu speichern, wenn die hydraulische Arbeitsabgabe viel kleiner als die Arbeitsabgabe des Motorzyklus ist, und um solche Energie von der Masse während des letzten Teils des Arbeitshubes abzunehmen, wenn der Kolben abbremst, ist jedoch auch für eine ziemlich mittelmäßige Motorleistung eine unerwünschte Lösung, da die erforderliche Kolbenmasse viel größer ist, als sie durch die normale Gestaltung bzw. Auslegung bedingt ist. Auch sind sehr große Geschwindigkeiten erforderlich, was zu großen hydraulischen Verlusten usw. führt. Ähnliche, jedoch weniger schwerwiegende Verwicklungen und Probleme würden auch bei einem hydraulisch angetriebenen Rückhub einer Freikolbenmotorpumpe wie auch bei einer Motorpumpe bestehen, bei der eine Gasexpansion in dem Arbeitszyklus auftritt.
Demgemäß besteht eine Hauptaufgabe der. vorliegenden Erfindung darin, eine Freikolbenmotorpumpe zu schaffen, die in wirksamer Weise die Energie- oder Arbeits- bzw. Leistungsabgabe eines Freikolbenmot-ors glättet,· und zwar für ein Pumpen von hydraulischem Fluid ohne die Notwendigkeit einer Verwendung eines Schwungrades oder einer anderen schweren Masse. Ferner soll die während des Arbeitshubes einer Freikolbenmotorpumpe erforderliche Trägheitsspeicherung von Energie verringert werden. Es sollen die Trägheitsmasse und/oder die Spitzengeschwindigkeiten einer Freikolbenmotorpumpe für eine gegebene Leistungsabgabe reduziert werden. Außerdem sollen die Größe und das Gewicht des Motors/der Pumpe für eine gegebene Leistungsabgabe vermindert, werden. Ein weiteres Ziel besteht in einer Reduzierung der Zykluszeit ohne Auftreten der Wxrkungsgradverluste, die. normalerweise mit größeren Kolbengeschwindigkeiten verbunden sind. Es sollen die hydraulischen Verluste von einer Freikolbenmotorpumpe reduziert werden. Auch sollen die Motor/Pumpen-Massenausgleichsprobleme einer Freikolben motorpumpe verringert werden. Und schließlich soll eine ungleichförmige Rückhub-Energie für eine Freikolbenpumpe vorgesehen werden, um eine optimale Rückhubsteuerung und beschleunigte Rückbewegung der Pumpe zu.erreichen.
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Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung lassen sich durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Freikolbenmotorpumpe erreichen. Erfindungsgemäß werden bei einer Freikolbenmotorpumpe mehrere hydraulische Kolbenbereiche bzw. -flächen oder hydraulische Drücke und eine geeignete Ventilsteuerung vorgesehen, um diese Flächen oder Drücke während des Motorhubes einer passenden •Phaseneinstellung' bzw. 'Synchronisation1 (phase) zu unterwerfen und die erforderliche Trägheitsspeicherung von Energie bzw. Trägheitsenergiespeicherung zu. verringern. Die mit den'mehreren Flächen und mit den mehreren Drücken arbeitenden Techniken führen zu mehreren Pegeln an hydraulischer Ausgangsarbeit (Energie) bzw. -leistung zur besseren Anpassung der natürlichen Veränderung der Energie-. (Arbeits-) bzw. Leistungsabgabe des Innenverbrennungszyklus. Am Ende des Arbeitshubes kann auch eine Abgabephase grosser Energie bzw. Leistung vorgesehen werden, um ein schnelles Abbremsen am Ende des Hubes zu begründen und somit ein größeres Verhältnis der mittleren Kolbengeschwindigkeit zur Spitzengeschwindigkeit zu bewirken. Dieses neigt zum Reduzieren der Zykluszeit ohne Auftreten der Wirkungsgradveriuste, die bei größeren Kolbengeschwindigkeiten auftreten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter zeichnerisch dargestellter Ausführungsformen, die sämtlich beispielhaften Charakter haben und die Erfindung in keiner Weise beschränken sollen. Es zeigen: ·".""'·-
Figuren 1 und 2 - schematische Diagramme eines typischen Expansionszyklus der Leistungshub-Arbe'itsabgabe des Innenverbrennungszyklus, wobei Figur 1 in graphischer Weise zeigt, wie hieraus eine einzige hydraulische Ausgangsenergieabgabe erhalten werden kann und wobei Figur 2 die Art und Weise zum Erzielen mehrerer hydraulischer Ausgangsenergieabgabepegel zeigt,
Figur 3 - in einer schematischen Darstellung eine Freikolbenmotorpumpe mit konstanter Ausgangsenergieabgabe, Figur 4 - in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform der Freikolbenmotorpumpe nach der vorliegenden
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Erfindung mit einer einzigen Pumpenkolbenfläche zum ■? Erzeugen mehrerer hydraulischer Drücke und mit einer Ventilausrüstung zur passenden Phaseneinstellung bzw. Synchronisation solcher Drücke während des Motorhubes,
Figur 5 - in einer schematischen Darstellung einen auf die Position des Pumpenkolbens ansprechenden elektrischen Kolbenpositionsfühler zum Steuern des Betriebes eines Fluidsteuerungsventils,
Figuren 6 und 7 - in schematischen Darstellungen eine andere Ausführungsform eines für eine Verwendung in Verbindung mit einer einzelnen Pumpenkolbenfläche dienenden Ventilaufbaues zur Phaseneinstellung mehrerer hydraulischer Drücke während des Arbeitshubes,
Figur 8 - in einer schematischen Darstellung ein Zweifachdrucksystem für eine Anwendung bei den Hoch- und Niederdruckphasen einer Freikolbenmotorpumpe,
Figur 9 - in einer schematischen Darstellung eine andere Ausführungsform einer Freikolbenmotorpumpe nach der vorliegenden Erfindung mit mehreren Pumpenkolbenflächen in Verbindung mit einer passenden Ventilsteuerung zum Erzielen einer mehrfachen Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen konstantem Druck,
Figur 10 - einen fragmentarischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Freikolbenmotorpumpe mit den zweifachen Pumpenkolbenflächen aus Figur 9,
Figur 11 - in einer schematischen Darstellung einen anderen Ventilaufbau für eine Verwendung in Verbindung mit einer Doppelflächen-Freikolbenmotorpumpe,
Figur 12 - in einem schematischen Diagramm einen typischen Expansionszyklus eines Innenverbrennungsmotors mit einer graphischen Darstellung relativ großer hydraulischer Ausgangsenergieabgabepegel am Beginn sowie am Ende des Arbeitshubes und eines kleineren hydraulischen Ausgangsenergieabgabepegels zwischen den Enden des Hubes und
Figuren 13 bis 18 - fragmentarische Längsschnitte durch eine andere Ausführungsform einer Freikolbenmotorpumpe nach
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der vorliegenden Erfindung, wobei die Figuren 13 bis 15 die drei Betriebsstufen der Pumpe während des Arbeitshubes und die Figuren 16 bis 18 die verschiedenen Pumpenstufen während des Rückhubes zeigen.
In den Figuren 1 und 2 ist ein typischer Expansionszyklus der Arbeitsabgabe des Arbeitshubes des Innenverbrennungszyklus dargestellt. Gemäß der Darstellung erfolgt die Maximaldruckabgabe während des ersten Teils des Arbeitshubes beim Beschleunigen des Motorkolbens, und dieser Ausgangsdruck fällt sehr schnell ab, wenn der Motorkolben während des letzten Teils des Arbeitshubes abbremst. Beispielsweise können der Maximaldruck 1000 psi bzw. 70,31 kg/cm2 sowie der Minimaldruck 30 psi bzw. 2,11 kg/cm2 betragen, wobei ein mittlerer Druck, der dem äquivalenten Druck für eine konstante hydraulische Ausgangsenergieabgabe entspricht, von 150 psi bzw. 10,55 kg/cm2 vorliegt.
Um eine einzige hydraulische Ausgangsenergie- bzw. -leistungsabgabe in dem Diagramm aus Figur 1 vorzusehen, ist die überschüssige Energie (+), die als Trägheitsenergie gespeichert werden muß, um die erforderliche Energie (-) später während des Hubes liefern zu können, viel größer als die überschüssigen Energien (+1) und (+2), welche als Trägheitsenergien gespeichert werden müssen, um mehrere Pegel der erforderlichen Energien (-1). und (-2) zu späteren Phasen des Hubes liefern zu können, wie es aus dem Diagramm aus Figur 2 ersichtlich ist. Solche mehreren Pegel bzw. Beträge der hydraulischen Ausgangsarbeit (Energie) können nach der vorliegenden Erfindung erreicht werden, indem zwei oder mehr hydraulische Kolbenbereiche bzw. -flächen oder hydraulische Drücke in Verbindung mit einer passenden Ventilsteuerung benutzt werden. Die letztere dient für eine passende 'Phaseneinstellung1 bzw»' 'Synchronisation' (phase) dieser Flächen oder Drücke während des Kolbenhubes zum besseren Anpassen der natürlichen Veränderung der Energie- (Arbeits- bzw. Leistungs-) Abgabe des Innenverbrennungszyklus und zum Verringern der erforderlichen Trägheitsenergiespeicherung, wie es noch näher beschrieben wird. Ein Reduzieren der Trägheitsmasse und/oder der Spitzengeschwindigkeiten für eine ge-
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gebene Arbeits- bzw. Leistungsabgabe ermöglicht ein Reduzieren der Motor-/Pumpen-Größe sowie des Gewichts und auch ein beträchtliches Vermindern der hydraulischen Verluste sowie der Motor-/ Pumpen-Massenausgleichsprobleme.
Figur 3 zeigt in schematischer Weise eine herkömmliche Freikolben motorpumpe 1 mit einem Motorzylinder 10 und einem Kolben 11, der einen Ausgangsschaft 12 hat, welcher mit dem Kolben 15 einer hydraulischen Pumpe 16 direkt linear verbunden ist. Von der Pumpe 16 wird Fluid durch einen einzelnen Strömungspfad 18 gepumpt. Es ist eine geeignete Steuerventilausrüstung 17 dargestellt, die dazu dient, am Ende-des Arbeitshubes des Motorkolbens hydraulisches Fluid von einem Hochdruckspeicher in den Pumpenzylinder 20 zu lei ten, um eine Rückbewegung des Motorkolbens zu bewirken. Mit einer passenden zeitlichen Steuerung wird der Pumpenzylinder mit dem Reservoir R verbunden, um den Pumpenzylinder vor dem nächsten Arbeitshub mit hydraulischem Fluid aufzufüllen. Das Kolbenstangenende des Motorzylinders und die nicht unter Druck stehende Seite des Pumpenkolbens können gemäß der Darstellung entlüftet werden, um darin jeglichen unerwünschten Druckaufbau und auch eine Blasen· bildurig bzw. Kavitation zu vermeiden.
Wenn, wie es schematisch in Figur 3 dargestellt ist, ein Hochdruckgas am Kopf- bzw. Druckende des Motorzylinders 10 auf einen Befehl hin expandiert wird, und zwar zur Verwendung als die antreibende Kraft zum Antreiben des Motorkolbens 11 während des Expansionszyklus, sorgt die einzige Fläche des hydraulischen Kolbens 15 für eine konstante Ausgangsenergieabgabe bzw. -geschwindigkeit, wie es in Figur 1 graphisch dargestellt ist, wenn der Auslaßdruck konstant gehalten wird, wie durch einen Akkumulator über die Steuerventilausrüstung 17 und die Fluidleitung 18.
Die Energieabgabe eines Innenverbrennungsmotors oder eines Expansionszyklus ist, wie es zuvor erwähnt wurde, als Funktion des Hubes und der Zeit sehr ungleichförmig. Nichtsdestoweniger kann die erforderliche Trägheitsspeicherung (inertia-storage) von Energie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verringert werden, wie durch
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Verwenden einer einzelnen hydraulischen Kolbenfläche zum Erzeugen mehrerer hydraulischer Drücke während des Arbeitshubes eines Innenverbrennungsmotors , und zwar mit einer geeigneten Ventilausrüstung/ um diese Drücke während des Arbeitshubes in passender Weise zu 'synchronisieren1 bzw. in die richtige Phasenlage zu bringen, wie es schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Eine Ausführungsform eines solchen Pump- und Ventilaufbaues 24 nach der vorliegenden Erfindung ist in Figur 4 dargestellt, wo ein Motorkolben 25 mit einem Pumpenkolben 26 wie bei Figur 3 direkt linear verbunden ist. Eine Verbrennungskammer 27 kann in der üblichen Weise entweder mit Zündkerzen oder Einspritzdüsen ausgerüstet und mit den normalen Ansaug- sowie Ablaßventilen versehen sein.
Statt des üblichen einzigen Strömungspfades von dem Pumpenzylinder 28 können jedoch zwei oder mehr separate Strömungspfade 29 und 30 vorgesehen sein, die über eine geeignete Steuerventilausrüstung 32 selektiv mit der Auslaßöffnung 31 des Pumpenzylinders verbindbar sind. Die Betätigung der Steuerventilausrüstung 32 kann beispielsweise dadurch gesteuert werden, daß eine Signalöffnung 33 in passender Weise längs der axialen Länge des Pumpenzylinders 28 vorgesehen wird, um einen Signaldruck zu der Steuerventilausrüstung zu leiten. Die Lage der -Signalöffnung 33 längs der LängserStreckung des Pumpenzylinders 28 bestimmt die Hochdruck/Niederdruck-Phasenlage der Pumpendrücke während des Motorhubes .
Während des anfänglichen Teils des Hubes, wenn der Pumpendruck relativ groß ist, kann der Signaldruck in der Signaldruckleitung 34 zum Bilden eines mechanischen oder elektrischen Befehlssignals benutzt werden, um die Steuerventilausrüstung 32. dazu zu veranlassen, den Pumpenausstoß zu dem Strömungspfad 29 zu leiten,.welcher zu einem hydraulischen Hochdruckspeicher und einer Last führt. Wenn der Pumpenkolben 26 die Lage der Signalöffnung 33 erreicht, wie es in Figur 4 gestrichelt dargestellt ist, führt eine Änderung in dem Signaldruck dazu, daß die Steuerventilausrüstung 32 dazu veranlaßt wird, den Pumpenausstoß zu dem anderen Strömungspfad 30 umzuleiten, welcher zu einem hydraulischen Nieder-
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druckspeicher sowie einer Last führt, und zwar wähtend des übrigen Teils des Arbeitshubes, wenn der Pumpendruck sehr viel kleiner ist. Während somit bei der Ausfühfungsform aus Figur 4 zwei solche hydraulische 'Druckphasen1 benutzt werden, ist es klar, daß auch mehr als zwei hydraulische Phasen vorgesehen werden können, indem die notwendigen Ventilsteuerungen und Strömungspfade für jede hydraulische Druckphase vorgesehen werden. Die Steuerventilausrüstung 32 kann auch wahlweise benutzt werden, um unter Druck gesetztes hydraulisches Fluid von dem einen oder dem anderen der hydraulischen Speicher zu dem Pumpenzylinder 28 zu leiten und hierdurch eine Rückbewegung des Motorkolbens während des Kompressionshubes zu bewirken sowie mit einer passenden zeitlichen Steuerung den Pumpenzylinder vor dem nächsten Arbeitshub mit Fluid von dem.Reservoir R aufzufüllen.
Alternativ kann das Fluid in dem Reservoir R unter ausreichendem Druck gehalten werden, um eine Rückbewegung des Motorkolbens wie auch ein Auffüllen des Pumpenzylinders mit Fluid zu bewirken. Wenn mehr als ein Druckpegel während des Arbeitshubes erzeugt wird,^wie bei der Ausführungsform aus Figur 4, kann darüber hinaus, wenn es erwünscht ist, der Niederdruckfluidspeicher sowohl als Antriebsquelle zum Bewirken einer Rückbewegung des Kolbens wie auch zum Auffüllen des Pumperizylinders mit Fluid benutzt werden.
Es ist natürlich auch klar, daß anstelle der Verwendung einer Signaldruckleitung . und einer Signalöffnungsstelle zum Bestimmen der Hochdruck/Niederdruck-Phasenlage während des Motorkolbenhubes, wie bei der Ausführungsform aus Figur 4, ein elektrischer Kolbenpositionsfühler 35 am Ende des Pumpenkolbens 26' vorgesehen werden kann, wie es schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Der .Kolbenpositionsfühler 35 dient dazu, ein elektrisches Befehlssignal zu der Steuerventilausrüstung 32' zu leiten, um den Pumpenausstoß von dem Hochdruck-Strömungspfad 29' zu dem Niederdruck-Strömungspfad 30' umzuleiten, wenn der Motorkolben während des Arbeitshubes einen bestimmten Punkt erreicht.
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!V'ACHSEREICHT
Auch kann durch Vorsehen einer geeigneten Öffnungsanordnung (porting) in der hydraulischen Pumpe die Steuerventilausrüstung zum selektiven Leiten des Pumpenausstoßes zu den Hochdruck- und Niederdruck-Strömungspfaden eliminiert werden. Eine solche Ausführungsform eines Ventilaufbaues ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt, wo ein Pumpenzylinder 36 mit zwei separaten Ablaßöffnungen versehen ist. Eine öffnung 37 befindet sich am äußersten Ende des Pumpenzylinders und steht mit einer Hochdruckspeicherleitung 38 in Strömungsverbindung. Die andere öffnung 39 befindet sich an einer Zwischenstelle längs der Längserstreckung des Pumpenzylinders und steht mit einer Niederdruckspeicherleitung 40 in Strömungsverbindung. Jeder Strömungspfad 38, 40 enthält ein Rückschlagventil 41, 42 zum Verhindern eines Rückstroms von den Speichern zu der Pumpe. Es erfolgt keine Strömungsverbindung zwischen der Niederdruckauslaß-öffnung 39 und dem Pumpenzylinder 36 bis nach dem anfänglichen Teil des Arbeitshubes, wenn ein innerer Kanal 45 in dem Pumpenkolben 46 mit einer mit der öffnung 39 in Strömungsverbindung stehenden Ringnut 47 in der Zylinderwandung ausgerichtet worden ist.
Während des anfänglichen hydraulischen Hochdruckphasenabschnitts des Arbeitshubes, wenn sich der Pumpenkolben 46 von der durchgezogenen Position aus Figur 6 zu der gestrichelt dargestellten Position bewegt, ist die Niederdruckauslaß-öffnung 39 durch das vordere Ende des Pumpenkolbens abgeblockt, so daß das gesamte hydraulische Fluid, welches während einer solchen hydraulischen Hochdruckphase abgelassen wird, durch die Hochdruckauslaß-Öffnung 37 strömt. Eine fortgesetzte Bewegung des PumpenkoTbens zwischen den beiden gestrichelten Positionen aus Figur 7 während des hydraulischen Niederdruckphasenteils des Arbeitshubes führt dazu, daß das hydraulische Niederdruckfluid durch die Niederdruckauslaß-öffnung 39 abgelassen wird. Ein solches" hydraulisches Niederdruckfluid strömt nicht durch die Hochdruckauslaß-öffnung .37, und zwar wegen der Druckdifferenz an dem Rückschlagventil 41.
Es kann eine separate Steuerventilausrüstung 48 vorgesehen sein, die entweder auf einen mechanischen oder elektrischen Befehl hin
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arbeitet und die dazu dient, um Fluiddruck von dem Niederdruckspeicher zu dem Pumpenzylinder 36 zum Bewirken einer Rückbewegung des Kolbens zu leiten und dann vor dem nächsten Arbeitshub mit einer passenden zeitlichen Steuerung den Pumpenzylinder mit hydraulischem Fluid von dem Reservoir R aufzufüllen.
In Figur 8 ist ein typisches Zweifachdrucksystem 50 zum wirksamen Ausnutzen der durch eine solche Freikolbenmotorpumpe P erzeugten Hochdruck- und Niederdruckphasen dargestellt. Gemäß der Darstellung wird die Niederdruckphase durch eine geeignete Steuerungsventilausrüstung 51 zu einem Niederdruckspeicher 52 geleitet, der einen Kolben 53 zum Trennen des hydraulischen Fluids von dem darin enthaltenen Gas aufweist. Der Speicher speichert das hydraulische Fluid bei einem erwünschten Druck für eine Verwendung zum Antreiben einer hydraulischen Last in einer je nach Erfordernis kontinuierlichen oder intermittierenden Weise.
Das Hochdruckfluid kann auch durch dieselbe oder eine separate Steuerventilausrüstung zu einem Verhältniskolbenspeicherzylinder {ratio piston storage cylinder) 54 geleitet werden, um den Druck so zu reduzieren, daß er dem Druck in dem Niederdruckspeicher 52 entspricht, und zwar je nach Bedarf für eine Verwendung zum Antreiben derselben oder anderer hydraulischer Lasten. Der Verhältniskolbenspeicherzylinder kann gemäß Darstellung.mit einer wahlfreien Verhältniskolben-Rücklaufschleife 55 versehen sein.
In Figur 9 ist schematisch eine modifizierte Ausführungsform einer Freikolbenmotorpumpe 60 dargestellt, die der Pumpe 24 aus Figur 4 ähnelt, jedoch mit dem Unterschied, daß anstelle einer Verwendung mehrerer hydraulischer Drücke zum Erzeugen einer mehrfachen ausgangsseitigen Energieabgabe bzw. Geschwindigkeit mehrere hydraulische Kolbenbereiche vorgesehen sind, und zwar in Verbindung mit einer geeigneten Ventilsteuerung zum passenden 'Synchronisieren1 (phase) dieser Bereiche während des Motorhubes, um eine mehrfache Ausgangsenergieabgabe bzw. -geschwindigkeit bei im wesentlichen konstantem Druck zum Vermindern der erforderlichen Trägheitsspeicherung von Energie zu erzielen. Der Vorteil einer
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Verwendung von mehreren hydraulischen Kolbenbereichen gegenüber mehreren hydraulischen Drücken besteht darin, daß bei veränderlicher Ausgangsenergieabgabe der Druck des hydraulischen Fluids von der Pumpe im wesentlichen konstant bleibt.
In Figur 9 sind zwei separate hydraulische Pumpenkolben- und Pumpenzylinder-Flächen bzw. -Bereiche schematisch dargestellt. Der hydraulische Pumpenkolben 61 und der hydraulische Pumpenzylinder 62 mit der größeren Fläche erzeugen eine relativ große Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen konstantem Druck während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes. Der hydraulische Pumpenkolben 63 und der hydraulische Pumpenzylinder 64 mit der kleineren Fläche erzeugen eine beträchtlich kleinere Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen demselben konstanten Druck während des letzten Teils des Arbeitshubes. Es wird eine entweder auf einen Signaldruck oder auf einen mechanischen oder elektrischen Befehl ansprechende Steuerventilausrüstung 66 benutzt/ um diese Kolbenbereiche während des Motorhubes in passender Weise zu synchronisieren bzw. in die richtige Phasenlage zu bringen.
Während des Anfangsteils des Arbeitshubes kann die Ausgangsenergieabgabe von dem bezüglich der Fläche größeren hydraulischen Pumpenkolbens 61 sowie dem Zylinder 62 und von dem bezüglich der Fläche kleineren hydraulischen Pumpenkolbens 63 sowie dem zugehörigen Zylinder 64 für einen Ablaßvorgang durch eine Strömungsleitung 67 zu einem hydraulischen Speicher/Last kombiniert werden. Während des letzten Teils des Arbeitshubes,.wenn die Ausgangsenergieabgabe kleiner ist/ wird die Ausgangsenergieabgabe von dem hydraulischen Pumpenkolben 63 sowie dem Zylinder 64 mit der kleineren Fläche bei im wesentlichen konstantem Druck fortgesetzt zu dem hydraulischen Speicher/Last geleitet/ während die Ausgangsenergieabgabe von dem hydraulischen Pumpenkolben sowie dem Zylinder mit der größeren Fläche verringert werden kann/ wie es nachfolgend beschrieben wird. Es kann Fluiddruck zum Bewirken einer Rückbewegung des Kolbens von dem hydraulischen Speicher zu der Pumpe geleitet werden, und das Pumpenfluid kann von dem Reservoir R in der von der Steuerventilausrüstung 66 bestimmten Weise aufgefüllt werden, wie es zuvor beschrieben wurde. · - 23 -
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Einzelheiten einer Augfuhrunggform einer Freikolbenmotorpumpe §Q* mit Üm gweifaehgn hydrauligehen Kplbenbereiehen aus Figur 9
in Wim? 10 togegteilt, Bum Beleimen ähnlicher Teile werden pit §in§m Apostroph versehene ghnliehe Bezugszahlen benutzt,
d§g ergten Tgilg d§r Bewegung de§ bezüglich seiner Fläche frgßeren P-umpenkolbeng 61' v©n der linken gestrichelten Position
der durghgezogenen P©giti©n wird die relativ große Ausgangs- §nerfi§tfegabe der P\jmpe bei #inem rel&tiv konstanten Druck direkt gu dem gpeigher 69 geleitet/ w© eine gpeieherung erfolgt/ und gWä.E" für gine je naeh Bgdarf erfolgende Verwendung zum Antreiben §iner hydraulisehen Lagt, Gleiehgeitig wird das durch den bezüglich g§iner Fläche kleineren Pumpenkolben 63' erzeugte Druckfluid einen inneren Kanal 70 in dem kleineren Pumpenkolben zu dem gh seiner Fiüene gr©"ߧF@n Pumpen zylinder 62' geleitet, und gwar fgr gin Ablaggen v@n der fumpe zusammen mit dem hydrauli~ gghen Fluiä v©n ägm fe§güglieh geiner Fliehe größeren Pumpenzylinder, ym eine Blaggnfeildung fegw, Kavitation während des ersten fgil§ e[g§ Arbgitgh\äfe@g gu vermeiden/ wird über ein Rückschlagventil 71 liie.derelrU§kfluid ?u der Rtjekpeite des mit großer Fläche ausgebildeten Pumpenkolbens geleitet.
Während ^es Igtiten Teils des Arbeitshubes, wenn die Ausgangsener fieabggfeg dgr furnpe r§<äusie.rt wird und sieh der flächengrößere ?ujsp_enkolfeen VQn der durehge?©genen Position zu der rechten geetriehilten Position bewegt/ wird einfach das hydraulische Fluid innerhalb äes fläehengroß#n Pumpenzylinders 62' zu der anderen
^es fläehengroßen Kolbens 61' verdrängt/ und zwar durch innere Nut 72 in dem vorderen Abschnitt der Wandung 73 des flgehengr-ößeren Pumpenzylinders, Demgegenüber wird der durch den flg<?henkleineren Pumpenkolben 63' erzeugte höhere Druck fortgesetzt dureh den inneren Kanal 70 zu dem flächengrößeren Pumpenzylinder 6;!' für ein Ablassen 2u dem speicher geleitet.
Am gnde d.e.s Ar-beit§hube§# wenn sich das innerste Ende 74 des inneren Kanals 70 an einer Dichtung 75 in einer Wandung 76 des fläehenkieineren Pumpenzylinders vorbeibewegt/ wird Fluid in dem fläehenkleineren Pumpenzylinder 64" eingefangen, um eine solche
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Endbewegung abzudämpfen. Das eingefangene Fluid wird in gesteuerter Weise durch einen Ablaßkanal 80 in einem Regulierventil (check valve) 81 abgelassen, das in einer Fluidleitung 82 sitzt, welche von dem flächenkleineren Pumpenzylinder 64' zu dem Reservoir R führt, wenn sich das Zyklussteuerungsventil 66' in'der eine Strömungsverbindung herstellenden Position befindet.
Um den Rückhub einzuleiten, arbeitet ein elektrischer Kolbenpositionsfühler 85 in der Weise, daß das Zyklussteuerungsventil 66' entsprechend betätigt wird, um hydraulisches Fluid unter Druck zu dem äußersten Ende des kleineren Pumpenzylinders 64' durch das Regulierventil 81 zu leiten, damit eine Rückbewegung des Kolbens und ein Wiederauffüllen des Pumpenfluids begründet werden, wie es zuvor beschrieben wurde. Ein Rückschlagventil 86 in dem flächengroßen Kolben 61' verhindert einen Druckaufbau und eine Kavitation an entgegengesetzten Seiten des Kolbens während einer solchen Rückbewegung. Niedergehaltener hydraulischer Druck am Ende des Arbeitshubes entsteht, wenn der Kolbenstangendurchmesser D.. kleiner als der Kolbendurchmesser D2 ist und das Zyklussteuerungsventil 66' zum Rücklauf (return) R geschaltet ist.
Figur 11 zeigt einen anderen Aufbau einer Ventilausrüstung für eine Verwendung mit einer Doppelbereich-Freikolbenmotorpumpe des zuvor beschriebenen Typs. Während der Hochleistungsabgabephase des Motorhubes.wird das hydraulische Fluid von einem flächengrossen Pumpenkolben 90 über eine Fluidleitung 91 zu einem hydraulischen Speicher/Last geleitet. Gleichzeitig wird das hydraulische Fluid von einem flächenkleinen Pumpenkolben 92 über eine geeignete Steuerventilausrüstung 93 sowie eine Fluidleitung 94 ebenfalls zu demselben hydraulischen Speicher/Last geleitet, um einen korn-" binierten mittleren Hochdruck während der Hochleistungsabgabephase des Arbeitszyklus zu bilden. Am Ende der Hochleistungsabga-r bephase gibt der flächenkleine Pumpenkolben 92 einen Kanal 95 frei, der eine Strömungsverbindung zwischen dem flächengroßen Pumpenzylinder 96 und einem Reservoir R herstellt, so daß das durch den flächengroßen Pumpenkolben während der übrigen Niederleistungsabgabephase des Hubes erzeugte druckkleine
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Druckfluid zum Rücklauf (return) entleert wird. Das durch den flächenkleinen Pumpenkolben 92 während einer solchen Niederleistungsabgabephase erzeugte hydraulische Hochdruckfluid wird fortgesetzt bei konstantem hohem Druck zu dem hydraulischen Speicher/ Last geleitet. Ein Rückschlagventil 97 in dem Strömungspfad bzw. der Fluidleitung 91 von dem flächengroßen Pumpenzylinder 96 zu dem hydraulischen Speicher verhindert einen Strom in der entgegengesetzten Richtung während der Niederleistungsabgabephase des Arbeitszyklus.
Die Rückbewegung wird durch die Steuerventilausrüstung 93 gesteuert, die bei einem mechanischen oder elektrischen Befehl unter Druck stehendes hydraulisches Fluid von dem Speicher zu dem .flächenkleinen Pumpenzylinder 98 leitet und dann mit passender zeit- ] licher Steuerung den flächenkleinen Pumpenzylinder 98 mit dem Reservoir R verbindet. Während des Rückhubes wird auch eine Strömungsverbindung zwischen dem Reservoir R und dem flächengroßen Pumpenzylinder 96 über ein Rückschlagventil 99 hergestellt.
In den Figuren 13 bis 18 ist eine weitere Ausführungsform einer Freikolbenmotorpumpe 110 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese enthält mehrere Hydraulikkolbenbereiche mit einer geeigneten Ventilausrüstung zum passenden 'Synchronisieren1 dieser Kolbenbereiche während des Motorhubes, und zwar in einer ähnlichen Weise zu den Pumpenausführungsformen aus den Figuren 9 bis 11. Die Pumpe 110 hat jedoch statt zweier Pumpenstufen wie bei den vorherigen Ausführungsformen drei Stufen, was in Figur 12 graphisch dargestellt ist. Die erste Stufe ist eine Hochleistungsabgabephase, die zu Beginn des Arbeitshubes auftritt und der eine zweite Stufe einer Niederleistungsabgabephase zwischen den Enden des Arbeitshubes folgt. Die dritte Stufe tritt am Ende des Arbeitshubes auf. Hierbei handelt es sich um eine zweite Hochleistungsabgabephase, die ein schnelles Abbremsen am Ende des Hubes begründet, um ein größeres Verhältnis der mittleren Kolbenge- ' schwindigkeit zur Spitzengeschwindigkeit zu bewirken, und die zum Reduzieren der Zykluszeit ohne Übernahme der Wirkungsgradverluste neigt, die mit größeren Kolbengeschwindigkeiten verbunden sind.
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Eine Pumpe 110 enthält eine Kolbenstangenverlängerung 111, die für eine direkte lineare Verbindung mit dem Ausgangsschaft eines Innenverbrennungsmotors geeignet ist, um einen flächengroßen Pumpenkolben 112 in seinem Zylinder 113 und einen flächenkleinen Pumpenkolben 114 in seinem Zylinder 115 anzutreiben. Der Zylinder 115 kann eine axial bewegbare Hülse aufweisen, die noch einen weiteren flächengroßen Pumpenkolben 116 bildet. Eine zwischen einem Paar von Halteringen 121, 122 angeordnete Feder 120 hält den Kolben 116 während der Stillegung in seiner in Figur 13 dargestellten Rückzugposition, um sicherzustellen, daß sich die Teile in einer passenden Zusammenbaurelation befinden, wobei der Kolben 114 zum Zeitpunkt des Startens bzw. Anlaufens in dem inneren Ende des Zylinders 115 aufgenommen ist. Der Ring 121 kommt mit einem Schnapp- bzw. Sprengring 123 an dem inneren Ende der Hülse in Eingriff, während der Ring 122 mit einer inneren Schulter 124 an einem Pumpengehäuse 125 in Eingriff kommt.
Während der in Figur 13 dargestellten ersten Stufe der Hochleistungsabgabephase des Arbeitshubes bewegt sich der flächengroße Pumpenkolben 112 in seinem eigenen Zylinder'113 zwischen den durchgezogenen und gestrichelten Positionen, um in der Fluidleitung 117 eine große Ausgangsenergieabgabe bei einem im wesentlichen konstanten Druck zu erzeugen. Während einer solchen Bewegung wird Niederdruckfluid durch eine Flüidleitung 118 zur Rückseite des flächengroßen Pumpenkolbens 112 zugelassen, um eine Kavitation bzw. Blasenbildung zu vermeiden. Die Flüidleitung 118 enthält ein nicht dargestelltes Rückschlagventil, um einen Fluidstrom in der umgekehrten Richtung zu vermeiden. Gleichzeitig bewegt sich der flächenkleine Pumpenkolben 114 in dem Zylinder 115 zwischen den durchgezogenen und gestrichelten Positionen, um zu- · sätzliches Hochdruckfluid zu erzeugen, das durch eine Flüidleitung 119 geleitet und mit dem Hochdruck von dem flächengroßen Pumpenzylinder kombiniert wird, um einen mittleren Hochdruck herzustellen. Der bewegliche Kolben 116 wird durch den darauf einwirkenden Difierenζdruck während der ersten Stufe an einer Bewegung gehindert.
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Während der in Figur 14 dargestellten zweiten Stufe des Arbeitshubes setzen der flächengroße und der flächenkleine Pumpenkolben ihre axiale Bewegung in den entsprechenden Zylindern fort, während der bewegliche hülsenförmige Kolben 116 durch den darauf einwirkenden Differenzdruck noch an Ort und Stelle gehalten wird. Wegen des Abfallens der Arbeits- bzw. Leistungsabgabe während der Betriebsphase der zweiten Stufe ist jedoch die innere Wandung 126j des flächengroßen Pumpenzylinders 113 bei 127 geschlitzt, um jeg-j liehen Pumpvorcjang durch den flächengroßen Kolben 112 während der Bewegung der zweiten Stufe zu eliminieren. Der relativ große hydraulische Fluiddruck, der durch den flächenkleineh Pumpenkolben 114 während äer Bewegung der zweiten Stufe erzeugt wird, wird fortgesetzt zu dem hydraulischen Speicher/Last geleitet;
Während der in Figur 15 dargestellten dritten Stufe des Arbeitshubes wird der flächengroße Pumpenkolben noch daran gehindert, wegen der Schlitze 127 in der Wandung 126 des flächengroßen Zylinders irgendeinen zusätzlichen Hochdruckstrom zu erzeugen. An diesem Punkt kommt jedoch das vordere Ende des flächenkleinen Pumpenkolbens 114 mit dem Ende des beweglichen Hülsenkolbens 116 in Eingriff, so daß sich der flächenkleine Pumpenkolben 114 und der Hülsenkolben 116 als eine Einheit von der in Figur 15 durchgezogenen Position zu der gestrichelten Position bewegen, um eine zusätzliche große Ausgangsenergieabgabe für das System zu erzeugen. Dieses führt zu einer großen Abbremskraft, die am Ende des Arbeitshubes auf die Pumpe einwirkt, so daß ein größeres Verhältnis, der mittleren Kolbengeschwindigkeit zur Spitzengeschwindigkeit bewirkt wird. Hierdurch besteht eine Neigung zum Reduzieren der Zykluszeit ohne Auftreten der Wirksamkeitsverluste, die mit größeren Kolbengeschwindigkeiten verbunden sind. Durch eine Fluidleitung 128 wird Niederdruckfluid zur Rückseite des beweglichen Hülsenkolbens 116 geleitet, um eine Blasenbildung bzw. kavitation während einer solchen Bewegung der dritten Stufe zu vermeiden. .
Zum Bewirken einer Rückbewegung betätigt ein elektrischer Kolbenpositionsfühler 129 eine nicht dargestellte geeignete Steuerven-
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tilausrüstung, um HochdrucJcfluid zu der Pumpe zu leiten und mit einer passenden zeitlichen Steuerung die Pumpe wie zuvor mit Fluid aufzufüllen. Das auf das Ende des beweglichen Hülsenkolbens 116 und des flächenkleinen Pumpenkolbens 114 einwirkende Hochdruckfluid führt zuerst dazu, daß der Hülsenkolben und die flächenkleinen sowie flächengroßen Pumpenkolben von den durchgezogenen zu den gestrichelten Positionen aus Figur 16 bewegt werden, wobei der bewegliche Hülsenkolben zu seiner anfänglichen Position zurückkehrt; dann werden der flächenkleine Pumpenkolben 114 zu einer Relativbewegung in bezug auf den Hülsenkolben 116 und der flächengroße Pumpenkolben 112 zu einer Bewegung von der durchgezogenen Position zu der gestrichelten Position aus Figur 17 veranlaßt; und schließlich werden die flächenkleinen und flächengroßen Pumpenkolben 114, 112 zu einer Bewegung von den durchgezogenen zu den gestrichelten Positionen aus Figur 18 veranlaßt. Da während des Rückhubes verschiedene Kolbenflächen von dem Hochdruckfluid beaufschlagt werden, wird die Rückhubenergie in einem ungleichförmigen Maß auf die Pumpe aufgebracht, um ein optimales Zeitverhalten des Rückhubes und eine beschleunigte Rückbewegung der Pumpe zu erreichen. Das Kolbenmoment trägt den Kolben durch den .letzten Teil des Rückhubes, während Fluid von einem nicht dargestellten Reservoir zur Pumpe geleitet wird, um diese vor dem nächsten Arbeitshub mit Fluid aufzufüllen. Während der letztgenannten Bewegung des flächengroßen Pumpenkolbens 112 wird das hydraulische Hochdruckfluid hinter dem Pumpenkolben aus dem flächengroßen Pumpenzylinder 113 durch eine Fluidleitung 130 hinausgedrückt, die ein nicht dargestelltes Rückschlagventil enthält. Durch eine Fluidleitung 117 wird Hochdruckfluid zum Pumpenzylinder 113 zurückgeleitet, um einen Druckausgleich am großen Kolben 112 aufrechtzuerhalten. · . - ·
Während es bevorzugt ist, daß die hydraulischen Drücke, die durch die verschiedenen Pumpenstufen der in den Figuren 9 bis 18 dargestellten Pumpenausführungsformen erzeugt werden, gleich sind, ist es klar, daß jede Stufe zum Erzeugen eines unterschiedlichen Drucks benutzt werden kann. Es können auch zwei oder mehr Pumpenstufen bei demselben Druck betrieben werden, wäh-
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rend andere Stufen gegebenenfalls bei abweichenden Drücken arbeiten. Beispielsweise könnte die erste Stufe der Pumpe 120 bei einem Druck betrieben werden, während die zweiten und dritten Stufen bei einem unterschiedlichen Druck betrieben werden. Jedoch sollten bei einem solchen Fall die verschiedenen Drücke separaten Speichern zugeleitet werden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist es nunmehr ersichtlich, daß die verschiedenen Ausführungsformen von Freikolbenmotorpumpen nach der vorliegenden Erfindung zu einem wirksamen Glätten der Energie- oder Arbeitsabgabe eines Freikolbenmotors führen, indem mehrere hydraulische Kolbenbereiche oder hydraulische Drücke mit einer passenden Ventilausrüstung benutzt werden, um diese Bereiehe bzw. Flächen oder Drücke während des Motorhubes in geeigneter Weise zu 'synchronisieren1 bzw. in die richtige Phasenlage zu bringen und hierdurch die erforderliche Trägheitsspeicherung von Energie zu verringern.
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Claims (52)

  1. G 51 674 -su _.
    ' . Γ_,ΗΤ
    Εξ.
    Pneumo Corporation, 4800 Prudential Tower,
    Boston, Massachusetts 02199 (USA) £ü*ts*MN»W
    Freikolbenmotorpumpe mit Energieabgabeglättung
    Patentan Sprüche
    1y Freikolbenmotorpumpe, die entsprechend arbeitet, um die Energie- oder Arbeitsabgabe eines Freikolbenmotors zu glätten, gekennzeichnet durch von dem Motor linear antreibbare Pumpenmittel zum Erzeugen mehrerer hydraulischer Arbeitsabgabepegel (work rates) während des Motor-Arbeitshubes und durch Ventilmittel (32, 321, 41, 42, 48, 51) für eine Phaseneinstellung bzw. Synchronisation solcher mehrfacher hydraulischer Arbeitsabgabepegel an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes.
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen-1 mitftel zum Erzeugen mehrerer Fluiddrücke während des Arbeits- ; hubes eine einzige Fluidpumpenkolben (26, 26', 45)- und Zylin-[ der (28, 36)-Fläche enthalten und daß die Ventilmittel (32, ! 32", 41, 42, 48, 51) arbeiten, um die mehrfachen Pumpendrücke ! an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes in die richtige Phase zu bringen bzw. zu synchronisieren.
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel (32, 32', 48, 51) zur Phaseneinstellung solcher mehrfacher Pumpendrücke auf ein Befehlssignal ansprechen, um den Pumpenausstoß durch unterschiedliche Strömungspfade (29, 30; 29', 30'; 38, 40) zu leiten.
  4. 4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel (32, 32', 48, 51) zur Phaseneinstellung solcher mehrfacher Pumpendrücke auf die Position der Pumpenmittel während des Arbeitshubes ansprechen, um den Pumpenausstoß durch verschiedene Strömungspfade (29, 30; 29', 30'; 38, 40) zu leiten.
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  5. 5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel einen Pumpenzylinder (28) aufweisen, der einen darin axial linear bewegbaren Pumpenkolben (26) enthält, und daß eine Signalöffnung (33) an einer Zwischenstelle der Länge des Hubes des Pumpenkolbens (26) mit dem Pumpenzylinder (28) in Stromungsverbindung steht, um einen Signaldruck zu den Ventilmitteln (32) zu leiten, damit diese dazu veranlaßt werden, den Pumpenausstoß zu einem anderen Strömungspfad (30) zu leiten, wenn der Pumpenkolben (26) die Stelle der Signalöffnung (33) erreicht.
  6. 6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel einen Pumpenzylinder aufweisen, der einen darin axial linear bewegbaren Pumpenkolben (26') enthält, und daß Mittel (35) vorhanden sind, die auf die lineare Bewegung des Pumpenkolbens (26') während des Arbeitshubes ansprechen, um die Ventilmittel (32') dazu zu veranlassen, den Pumpenausstoß zu einem anderen. Strömungspfad (30') zu leiten, wenn sich der Pumpenkolben (26') während seiner linearen Bewegung über ejne vorbestimmte Distanz beytegt.
  7. 7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die lineare Bewegung des Pumpenkolbens (26') ansprechenden Mittel einen elektrischen Kolbenpositionsfühler (35) aufweisen, der dazu dient, um ein elektrisches Befehlssignal zu den Ventilmitteln (32') zu leiten, wenn sich der Pumpenkolben (26") über die vorbestimmte Distanz bewegt, und um den Pumpenausstoß bzw. -auslaß zu einem anderen'Strömungspfad (30') umzuleiten.
  8. 8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel einen Pumpenzylinder (28, 36) aufweisen, der einen darin axial linear bewegbaren Pumpenkolben (26, 26', 46) enthält, daß die Ventilmittel (32, 32', 48, 51) arbeiten, um eine Rückbewegung des Pumpenkolbens (26, 26', 46) und ein Auffüllen des Fluids in den Pumpenzylinder (28, 36) während des Rückhubes des Pumpenkolbens (26, 26', 46) zu veranlassen.
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  9. 9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel einen Pumpenzylinder (36) aufweisen/ der einen darin axial linear bewegbaren Pumpenkolben (46) enthält, und daß die Ventilmittel (41, 42) zur Phaseneinstellung bzw. Synchronisation solcher mehrfacher Pumpendrücke längs der axialen Länge des Pumpenzylinders (36) mehrere Ablaßöffnungen (37, 39) zum Leiten des Druckfluids zu verschiedenen Strömungspfaden (38, 40) aufweisen, wobei der Pumpenkolben (46) während des anfänglichen Teils seines Hubes arbeitet, um eine der Ablaßöffnungen (39) abzublocken, und wobei Leitungs- bzw. Kanalmittel (45) enthalten sind, die während eines späteren Teils des Hubes eine Strömungsverbindung zwischen der einen Ablaßöffnung (39) und dem Pumpenzylinder (36) herstellen.
  10. 10. Pumpe nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch in den Strömungspfaden (38, 40) befindliche Rückschlagventile (41, 42) zum Verhindern eines Rückstroms durch die Strömungspfade zu der Pumpe.
  11. 11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ablaßöffnung (39) an einer Zwischenstelle der Länge des Pumpenzylinders (36) angeordnet ist und daß sich eine andere Ablaßöffnung (37) am äußersten Ende des Pumpenzylinders (36) befindet.
  12. 12. Pumpe nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch eine Steuerventilanordnung (48), die auf einen mechanischen oder elektrischen Befehl arbeitet, um Fluiddruck zu dem Pumpenzylinder (36) zu leiten, damit eine Rückbewegung des Pumpenkolbens (46) und ein Auffüllen des Pumpenzylinders (36) mit Fluid vor dem nächsten Arbeitshub begründet werden.
  13. 13. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel Mittel zum Erzeugen einer relativ großen Arbeitsabgabe während eines Teils des Arbeitshubes und einer kleineren Arbeitsabgabe während eines anderen Teils des Arbeitshubes enthalten.
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    ORIGINAL INSPECTED
    nachgereicht
  14. 14. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel Mittel zum Erzeugen verschiedener hydraulischer Arbeitsabgabepegel bei verschiedenen Pumpendrücken enthalten und daß die Ventilmittel (32, 32", 48, 51) auf ein Befehlssignal ansprechen, um die verschiedenen Pumpendrücke durch verschiedene Strömungspfade (29, 30; 291, 30'; 38, 40) zu leiten.
  15. 15. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel Mittel zum Erzeugen verschiedener hydraulischer Arbeitsabgabepegel bei demselben Pumpendruck an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes enthalten und daß die Ventilmittel (66, 66', 93) arbeiten, um die Ausgangsenergie-Abgabepegel der Pumpe bei demselben Pumpendruck an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes in die richtige Phase zu bringen bzw. zu synchronisieren.
  16. 16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel mehrfache Kolben (61, 63; 61«, 63'; 90, 92; 112, 113, 116)- und "Zylinder (62, 64; 62·', 64"; 96, 98; 113, 115, 125)-Flächen enthalten, von denen eine größer als eine andere ist, um die verschiedenen hydraulischen Arbeitsabgabepegel während des Motorarbeitshubes zu erzeugen.
  17. 17. Freikolbenmotorpumpe, die entsprechend arbeitet, um die Energie- oder Arbeitsabgabe eines Freikolbenmotors zu glätten, gekennzeichnet durch Pumpenmittel, die me,hrere Kolben (61, 63; 61', 63'; 90, 92; 112, 114, 116)- und Zylinder (62, 64; 62', 64'; 96, 98; 113, 115, 125)-Flächen enthalten, von denen zum Erzeugen verschiedener Ausgangsenergie-Abgabepegel während des Arbeitshubes eine größer als eine andere ist, und durch Ventilmittel (66, 66', 93) zur Phaseneinstellung bzw. Synchronisation der Ausgangsenergie-Abgabepegel der mehrfachen Kolben- und Zylinder-Flächen während des Arbeitshubes.
  18. 18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel (66, 66', 93) arbeiten, um eine relativ große Aus-
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    gangsenergieabgabe bei einem im wesentlichen konstanten Druck von der größeren der Kolben (61, 61')- und Zylinder (62,62')-Flächen während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes zu erhalten und um eine kleinere Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen demselben konstanten Druck von der kleineren der Kolben (63)- und Zylinder (64)-Flächen während eines anderen Teils des Arbeitshubes zu erreichen.
  19. 19. Pumpe nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel (70) zum Kombinieren der Ausgangsenergieabgabe von mehr als einer der Kolben (61, 63; 61', 63')- und Zylinder (62, 64; 62', 64')-Flächen während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes.
  20. 20. Pumpe nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Mittel (72) zum Verringern der Ausgangsenergieabgabe der größeren der Kolben (611)- und Zylinder (62')-Flächen während eines anderen Teils des Arbeitshubes.
  21. 21. Pumpe nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Leitungs- bzw. Kanalmittel (70) zum Leiten des durch den flächenkleineren Kolben (63 ') erzeugten Druckfluids zu- dem flächengrößeren Zylinder (62') für ein Ablassen mit dem Druckfluid von dem flächengrößeren Zylinder (62 ') .
  22. 22. Pumpe' nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung (73) des flächengrößeren Zylinders (62') eine Nut
    (72) ausgebildet ist, die sich über die Länge des letzteren Bewegungsteils des flächengrößeren Kolbens (61') erstreckt, wodurch der flächengrößere Kolben (61') während dieses Bewegungsteils des Arbeitshubes bezüglich einer Fluiddruckbeaufschlagung unwirksam ist.
  23. 23. Pumpe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungs- bzw. Kanalmittel einen inneren Kanal (70) in dem flächenkleineren Kolben (63') aufweisen, daß ferner Mittel (75) zum Abblocken des Fluidstroms durch den inneren Kanal (70) vorhanden sind, um Fluid in dem flächenkleineren Zylinder
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    (64') nahe dem Hubende des flächenkleineren Kolbens (63') einzufangen und dessen Endbewegung zu dämpfen.
  24. 24. Pumpe nach Anspruch 23, ferner gekennzeichnet durch Mittel (80, 81, 02) zum Ablassen des eingefangenen Fluids aus dem flächenkleineren Zylinder (64') bei einer gesteuerten Geschwindigkeit bzw. Abgabe während einer solchen Endbewegung des flächenkleineren Kolbens (631
  25. 25. Pumpe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaßmittel eine von dem flächenkleineren Zylinder (64') zu einem Reservoir (R) führende Fluidleitung (82) und ein in dieser befindliches Regulierventil (81, check valve) mit einem Ablaßdurchgang (80) zum Begründen eines solchen Fluidablaßvorgangs aufweisen.
  26. 26. Pumpe nach Anspruch 25, ferner gekennzeichnet durch Steuerventilmittel (66') in der Fluidleitung (82) zum wahlweisen Abblocken und Herstellen einer Strömüngsverbindung zwischen dein flächenkleineren Zylinder (64') und dem Reservoir (R) über den Ablaßdurchlaß (80).
  27. 27. Pumpe nach Anspruch 17, ferner gekennzeichnet durch Zyklus-
    'steuerungsventilmittel (66, 66', 93), die dann, wenn die Pumpenkolben das Ende des Arbeitshubes erreichen, ansprechen, um Druckfluid zu den Enden der Pumpenzylinder zu leiten, damit eine Rückbewegung der Kolben und ein Auffüllen des Fluids in die Zylinder vor dem nächsten Arbeitshub· begründet werden.
  28. 28. Pumpe nach Anspruch 17, ferner gekennzeichnet durch Mittel (95) zum Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen dem flächengrößeren Zylinder (96) und einem Reservoir (R) während des letzteren Teils des Arbeitshubes, um die Energieabgabe des flächengrößeren Kolbens (90) sowie Zylinders (96) während des letzteren Teils des Arbeitshubes zu verringern.
  29. 29. Pumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit-
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    7 I NACHGEREiCHT
    tel zum Herstellen der Strömungsverbindung einen Fluidkanal (95) zwischen dem flächengrößeren Zylinder (96) sowie dem Reservoir (R) und Mittel (92) aufweisen, die den Fluidstrom durch den Fluidkanal (95) während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes abblocken und während des letzteren Teils des Arbeitshubes zulassen.
  30. 30. Pumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel einen Teil des flächenkleineren Kolbens (92) aufweisen, der den Fluidkanal (95) während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes abdeckt und während des letzteren Teils des Arbeitshubes freigibt.
  31. 31- Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kolben (112, 114, 116)- und Zylinder (113, 115, 125)-Bereiche bzw. -Flächen vorhanden sind und daß die Ventilmittel entspre chend arbeiten, um zwei der Kolben (112, 114)- und Zylinder (113, 115)-Bereiche dazu zu veranlassen, während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes eine relativ große Ausgangsen,ergieabgabe bei einem im wesentlichen konstanten Druck zu erzeugen, um ferner eine der zwei Kolben (114)- und Zylinder (115)-Flächen dazu zu veranlassen, während eines Zwischenteils des Arbeitshubes eine relativ kleine Ausgangsenergieabgabe zu erzeugen, und um diese eine sowie die dritte Kolben (114, 116)- und Zylinder (115, 125)-Fläche zu veranlassen, während des Abbremsens der Kolben an dem Ende des Arbeitshubes eine zusätzliche Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen demselben konstanten Druck zu erzeugen.
  32. 32. Pumpe nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch zumindest drei Energie-Arbeitsabgabephasen während des Arbeitshubes, nämlich einer während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes auftretenden ersten Phase, in der ein erster flächengroßer Pumpenkolben (112) eine große Ausgangsenergieabgabe erzeugt, einer während eines Zwischenteils des Arbeitshubes auftretenden zweiten Phase, in der ein zweiter flächenkleinerer Pumpenkolben (114) eine kleinere Ausgangsenergieabgabe erzeugt, und
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    einer während des letzten Teils des Arbeitshubes auftretenden dritten Phase, in der ein dritter Pumpenkolben (116) eine zusätzliche Ausgangsenergieabgabe erzeugt.
  33. 33. Pumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsenergieabgabe der ersten sowie zweiten Pumpenkolben (112, 114) während der ersten Phase kombiniert wird und daß die Ausgangsenergieabgabe der zweiten sowie dritten Kolben (114, 116) während der dritten Phase kombiniert wird.
  34. 34. Pumpe nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß während der zweiten Phase nur der zweite Pumpenkolben (114) eine Ausgangsenergieabgabe erzeugt.
  35. 35. Pumpe nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (127) vorgesehen sind, die die Ausgangsenergieabgabe des ersten Kolbens (112) während der zweiten und dritten Phasen des Arbeitshubes verringern.
  36. 36. Pumpe nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel Schlitze (127) in der Wandung (126) des Zylinders (113) des ersten Kolbens (112) aufweisen, um zu verhindern, daß der erste Kolben (112) während der zweiten und dritten Phasen des Arbeitshubes zusätzlichen Druck erzeugt .
  37. 37. Pumpe nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch Mittel, die den dritten Kolben (116) bezüglich des Erzeugens einer Ausgangsenergieabgabe während der ersten und zweiten Phasen des Arbeitshubes unwirksam machen.
  38. 38. Pumpe nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel eine auf den dritten Kolben (116) einwirkende Druckdifferenz aufweisen, die eine Bewegung des dritten Kolbens (116) hemmt, daß der zweite Kolben (114) während der ersten und zweiten Phasen des .Arbeitshubes in bezug auf den dritten Kolben (1-16) axial bewegbar ist und daß der
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    zweite Kolben (114) mit dem dritten Kolben (116) in Eingriff treten kann, um diesen mit dem zweiten Kolben (114) während • der dritten Phase zu bewegen und somit während dieser dritten Phase eine kombinierte Ausgangsenergieabgabe von den zweiten und dritten Kolben (114, 116) vorzusehen.
  39. 39. Pumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten sowie zweiten Kolben (112, 114) für eine gleichzeitige Bewegung direkt linear miteinander 'verbunden sind und daß der zweite Kolben (114) so angebracht ist, daß er sich während der ersten und zweiten Phasen relativ zu dem dritten Kolben
    (116) axial bewegen kann und daß er während der dritten Phase mit dem dritten Kolben (116) in Eingriff gebracht werden kann, um den dritten Kolben (116) dazu zu veranlassen, sich während der dritten Phase mit dem zweiten Kolben (114) zu bewegen .
  40. 40. Pumpe nach Anspruch 39, ferner gekennzeichnet durch Federmittel (120), die den dritten Kolben (116)·während des Stillstandes der Pumpe (110) in seiner Rückzugposition halten, um zum Zeitpunkt des Startens bzw. Anlaufens der Pumpe (110) eine passende Ausrichtung des dritten Kolbens (116) in bezug auf den zweiten Kolben (114) sicherzustellen.
  41. 41. Freikolbenpumpe, die durch einen Expansionszyklus-Freikolben-Antriebs zylinder angetrieben wird und die so arbeitet, daß sie die Energie- oder Arbeits- bzw. Leistungsabgabe eines solchen AntriebsZylinders glättet oder gleichförmig macht, gekennzeichnet durch Pumpenmittel, die von dem Antriebszylinder linear angetrieben werden können, um während des Antriebszylinder-Hubes mehrere Fluidpumpendrücke zu erzeugen, und durch Mittel (32, 32', 41, 42, 48, 51) zur Phaseneinstellung bzw. Synchronisation solcher mehrfacher Pumpendrücke an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes.
  42. 42. Pumpe nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel eine einzige Fluidpumpenkolben (26, 26', 46)- und
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    cr:: ;sicht
    Zylinder (28, 36)-Fläche zum Erzeugen solcher mehrfacher Fluiddrücke enthalten.
  43. 43. Pumpe nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phaseneinstellung solcher mehrfacher Pumpendrücke Ventilmittel (32, 32', 48, 51) aufweisen, die auf ein Befehlssignal ansprechen, um den Pumpenausstoß durch verschiedene Strömungspfade (29, 30; 29', 30"; 38, 40) zu leiten.
  44. 44. Pumpe nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phaseneinstellung solcher mehrfacher PÜmpendrücke Ventilmittel (32, 32', 48, 51) aufweisen, die auf die Position der Pumpenmittel während des Arbeitshubes ansprechen, um den Pumpenausstoß durch verschiedene Strömungspfade (29, 30; 29', 30'; 38, 40) zu leiten.
  45. 45. Freikolbenpumpe, die so arbeitet, daß sie die Energie- oder Arbeits- bzw. Leistungsabgabe eines Expansionszyklus-Freikolben-Antriebszylinders glättet, gekennzeichnet durch Pumpenmittel mit mehreren Kolben (61, 63; 61', 63'; 90, 92; 112, 114, 116)- und Zylinder (62, 64; 62T, 64'; 96, 98; 113, 115, 125)-Flächen, von denen eine größer als eine andere ist, um während des Arbeitshubes verschiedene Ausgangsenergieabgabepegel zu erzeugen, und durch Ventilmittel (66, 66', 93) zur Phaseneinstellung bzw. Synchronisation der Ausgangsenergieabgabepegel der mehrfachen Kolben- und Zylinder-Flächen während des Arbeitshubes.
  46. 46. Pumpe nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet/ daß die Ventilmittel (66, 66', 93) arbeiten, um während des anfänglichen Teils des Arbeitshubes eine' relativ große Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen konstantem Druck von den größeren der Kolben (61, 61', 90)- und Zylinder (62, 62', 96)- Flächen zu erhalten und um während eines anderen Teils des Arbeitshubes eine kleinere Ausgangsenergieabgabe bei im wesentlichen demselben konstanten Druck von den kleineren Kolben (63, 63', 92)- und Zylinder (64, 64', 98)-Flächen zu erhalten.
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  47. 47. Pumpe nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (70) zum Kombinieren bzw. Zusammenfassen der Ausgangsenergieabgabe von mehr als einer der Kolben (61, 61', 90, 63, 63', 92)- und Zylinder (62, 62', 96, 64, 64', 98)-Flächen während eines Teils des Arbeitshubes vorgesehen sind.
  48. 48. Freikolbenmotorpumpe, die so arbeitet, daß sie die Energieoder Arbeits- bzw. Leistungsabgabe eines Freikolbenmotors glättet, gekennzeichnet durch Pumpenmittel, die von dem Motor linear angetrieben werden können, um während des Arbeitshubes mehrere hydraulische Arbeitsabgabepegel zu erzeugen, durch Mittel zur Phäseneinstellung solcher hydraulischer Arbeitsabgabepegel an verschiedenen Punkten während des Arbeitshubes und durch Mittel zum Zuführen von Energie bei einer nicht gleichförmigen Abgabe bzw. mit einem ungleichförmigen Betrag, um eine Rückbewegung der Pumpenmittel und des Motors zu begründen .
  49. 49. Pumpe nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel"Energie bei einer variablen Abgabe bzw. einem veränderlichen Betrag aufbringen, um ein optimales Rückhub-Zeitverhalten während des Rückhubes zu erreichen.
  50. 50. Freikolbenmotorpumpe, gekennzeichnet durch Pumpenmittel, die von einem Freikolbenmotor während des Arbeitshubes linear angetrieben werden können, und durch Mittel zum Aufbringen von Energie auf die Pumpenmittel bei einem ungleichförmigen Betrag, um eine Rückbewegung der Pumpenmittel zu begründen.
  51. 51. Pumpe nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt genannten Mittel Energie mit einem variablen Betrag bzw. einer unterschiedlichen Abgabe aufbringen, um zum Beschleunigen der Rückbewegung der Pumpenmittel ein optimales Rückhub-Zeitverhalten zu erreichen.
  52. 52. Pumpe nach Anspruch 51, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Auffüllen der Pumpenmittel mit Fluid mit einer passenden zeitlichen Steuerung während des letzten Teils des Rückhubes der Pumpenmittel. - 12 -
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