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Einrichtung zum Nutzen von Strömungsmittelenergie,
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insbesondere der Energie von Leitungswasser Zusatz zu Patent .....
(Patentanmeldung: P 29 31 159.9)
Beschreibung: Gegenstand des Hauptpatentes
sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Nutzen der einem in einem Leitungssystem
geführten Strömungsmittel innewohnenden Energie. Die Einrichtung nach dem Hauptpatent
besitzt eine vor einer Verbrauchsstelle bzw. einer Anzahl benachbarter Verbrauchsstellen
in das Leitungssystem eingeschaltete Kraftmaschine zum Umsetzen potentieller und/oder
kinetischer Strömungsmittelenergie in mechanische Arbeit.
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Die Umsetzung potentieller und/oder kinetischer Strömungsmittelenergie
ist dabei notwendig abhängig vom Strömen des Strömungsmittels und mithin von dessen
Verbrauch, soweit das Strömungsmittel Leitungswasser ist. Nun ist allerdings für
Hausversorgungsanlagen ein diskontinuierlicher Wasserverbrauch typisch. Dies führt
zu einer unbefriedigenden Betriebsweise der Kraftmaschine insofern, als diese bei
jedem Wasserverbrauch jeweils für die gegebenenfalls nur sehr kurze Dauer dieses
Verbrauchs in Gang gesetzt wird. Dieser unzulänglichen Betriebsweise kann nur dadurch
abgeholfen werden, daß der Kraftmaschine abströmseitig ein Wasserreservoir nachgeschaltet
wird, aus dem die Versorgung der Verbrauchsstellen erfolgt und das beim Erreichen
eines minimalen Füllungsstandes aus dem
Leitungssystem aufgefüllt
wird, wobei die Kraftmaschine während dieses Füllungsvorganges in Betrieb ist und
mithin zusammenhängend eine längere Betriebsdauer erreicht wird.
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Soweit es sich bei einem derartigen Reservoir nicht um einen Hochbehälter
handelt, treten auf der Verbraucherseite unerwünschte Druckschwankungen auf, die
auch auf den abströmseitigen Strömungsmitteldruck der Kraftmaschine zurückwirken
und deren Betriebsweise ungünstig beeinflussen können.
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Insofern soll durch die Erfindung die Einrichtung nach dem Hauptpatent
hinsichtlich der Konstanthaltung des abströmseitigen Druckes verbessert werden,
welche Aufgabe durch eine Ausgleichsvorrichtung gelöst ist, die ein den Strömungsmitteldurchfluß
absperrendes bzw. freigebendes Ventil und ein letzteres betätigendes Steuerglied
besitzt, welches freibeweglich geführt und auf entgegengesetzten Seiten beaufschlagbar
ist sowie unterschiedlich große Beaufschlagungs-.
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flächen aufweist, von denen die größere Fläche mit dem abströmseitigen
Druck des Strömungsmittels beaufschlagt ist, während auf die kleinere Beaufschlagungsfläche
der vorlaufseitige Strömungsmitteldruck wirkt.
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Bei der Erfindung handelt es sich mithin um eine Anordnung, bei der
eine Beaufschlagungsfläche mit dem vorlaufseitigen Strömungsmitteldruck beaufschlagt
ist und über eine in
Gegenrichtung dazu mit dem abströmseitigen
Druck beaufschlagte Fläche auf das abströmseitige Strömungsmittel einwirkt, so daß
sich notwendig auf der Abströmseite der Kraftmaschine ein der vorlaufseitigen Strömungsmitteldruckbeaufschlagung
entsprechender, im Verhältnis der Beaufschlagungsflächen jedoch reduzierter Strömungsmitteldruck
konstant einstellt.
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Dieser konstante Strömungsmitteldruck wird abströmseitig auch dann
aufrechterhalten, wenn infolge Strömungsmittelentnahme aus einem mit dem Beaufschlagungsraum
der genannten Steuergliedseite zusammenhängenden reservoir Strömungsmittel entnommen
wird, solange trotz kleinerwerdenden Beaufschlagungsvolumens die abströmseitige
Strömungsmitteldruckbeaufschlagung durch das Steuerglied gewährleistet ist. Sobald
das Steuerglied eine einen vorbestimmten minimalen Füllungsstand des abströmseitigen
Strömungsmittelbehälters kennzeichnende Lage erreicht hat, betätigt das Steuerglied
ein den Strömungsmitteldurchfluß steuerndes Ventil in seine öffnungsstellung und
demgemäß wird Strömungsmittel aus dem Leitungssystem in das abströmseitige Behältnis
nachgeführt, wobei dem überströmenden Strömungsmittel Energie entsprechend dem Verhältnis
von Vorlaufdruck zu abströmseitigen Druck entzogen und in mechanische Arbeit umgesetzt
wird. Infolge eines derartigen Überströmens von Strömungsmittel von der Vorlaufseite
zu einem abströmseitigen Behälter steigt in diesem der Druck um ein vorbestimmtes
Maß über den Sollwert hinaus an und das Steuerglied erfährt entgegen seiner vorlaufseitigen
Druckbeaufschlagung
auf der anderen Seite eine den zunehmenden Füllungsstand des Behälters kennzeichnende
Verschiebung in die Gegenrichtung, bis beim Erreichen eines vorbestimmten Füllungszustandes
das den Durchfluß des Strömungsmittels steuernde Ventil in seine Schließlage umgesteuert
wird, womit der Strömungsmitteldurchfluß zum Erliegen kommt.
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des gim erneuten Absinken des Füllungszustandes/Behälters wiederholt
sich der Vorgang entsprechend.
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Grundsätzlich stehen der Fachwelt für die Verwirklichung der erfindungsgemäßen
Ausgleichsvorrichtung vielfältige Möglichkeiten offen. Als zweckmäßig hat sich indessen
die Ausbildung des Steuergliedes als vorder- und rückseitig mit Strömungsdruckmittel
beaufschlagbarer Steuerkolben mit so bemessenen Beaufschlagungsflächen erwiesen,
daß die Produkte aus der jeweiligen Beaufschlagungsfläche und dem vorbestimmten
Beaufschlagungsdruck gleich sind. Die Anordnung kann dabei so getroffen werden,
daß die größere Beaufschlagungsfläche des Steuergliedes als bewegbare Wand eines
abströmseitigen Strömungsmitteldruckbehälters ausgebildet ist.
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In der beigefügten Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung
schematisch dargestellt, die nachstehend erläutert werden soll.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung 10 sind über eine
Kolbenstange 11 zwei unterschiedlich große Kolben 12, 13 axialfest miteinander verbunden.
Jeder dieser Kolben ist innerhalb eines Zylinders 14, 15 strömungsmitteldicht und
axialbeweglich geführt. Diese Kolben sind aufeinander entgegengesetzten Seiten 16,
17 mit Strömungsdruckmittel beaufschlagbar. Auf der von der Kolbenstange 11 entfernten
Seite mündet in den den Kolben 12 mit der kleineren Beaufschlagungsfläche 16 aufnehmenden
Zylinder 14 eine Vorlaufleitung 18 ein und von dem Zylinder erstreckt sich eine
mit dieser Vorlaufleitung in Verbindung stehende Leitung 19 zu einer im Hauptpatent
beschriebenen Kraftmaschine 20 hin, deren Aufbau hier im übrigen nicht interessiert.
Die sich abströmseitig von der Kraftmaschine forterstreckende Strömungsmittelleitung
21 ist mit einem zwischen einer Offnungsstellung und einer Schließlage bewegbaren
Ventil 22 versehen und mündet auf der von der Kolbenstange 11 entfernten Seite in
den Zylinder 15 ein, in dem der Kolben 13 mit der größeren Beaufschlagungsfläche
17 axial-beweglich aufgenommen ist.
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Ferner ist an diesem Zylinder eine mit der genannten Leitung 21, die
sich abströmseitig von der Kraftmaschine 20 forterstreckt, verbundene und zu hier
nicht weiter interessierenden Verbrauchern hinführende Abströmleitung 23 angeschlossen.
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Bei dem den Kolben 13 mit der größeren Beaufschlagungsfläche 17 aufnehmenden
Zylinder 15 handelt es sich um einen abströmseitigen
Strömungsmitteldruckbehälter,
in dem der Strömungsmitteldruck in der unten noch zu beschreibenden Weise konstant
gehalten wird.
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Bei der in der Zeichnung veranschaulichten Betriebsstellung sei angenommen,
daß sich das den Durchfluß durch die Kraftmaschine 20 steuernde Ventil 22 in der
Schließlage befindet.
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Demzufolge findet ein Strömungsmitteldurchfluß nicht statt.
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Allerdings ist der die kleine Beaufschlagungsfläche 16 aufweisende
Kolben 12 mit dem vorlaufseitigen Strömungsmitteldruck beaufschlagt und demzufolge
wirkt über die Beaufschlagungsfläche 17 des größeren Kolbens 13 eine sich aus dem
Verhältnis der beiden Beaufschlagungsflächen ergebende Druckbeaufschlagung auf das
im abströmseitigen Druckbehälter 15 befindliche Strömungsmittel. Wird nun aus dem
abströmseitigen Strömungsmitteldruckbehälter Strömungsmittel gemäß Pfeil 24 entnommen,
so führt dies, da ein Nachströmen von Strömungsmittel angesichts des in Schließlage
befindlichen Vontils 22 nicht stattfindet, zu einer geringfügigen Druckabsenkung
in diesem Druckbehälter und angesichts der unvermindert wirkenden Beaufschlagung
der kleineren Beaufschlagungsfläche 16 des Kolbens 12 mit dem Vorlaufdruck erfahren
die Kolben eine Verschiebung nach rechts, um beim Erreichen eines minimalen Füllungszustandes
des Strömungsmitteldruckbehälters 15 schließlich in die strichpunktiert angedeutete
Endlage
25 zu gelangen. In dieser Endlage betätigt der Kolben 11, 12, 13 in nicht weiter
dargestellter Weise das den Strömungsmitteldurchfluß steuernde Ventil 22 in seine
Öffnungsstellung und demzufolge strömt aus der Zuleitung 18 gemäß Pfeil 26 über
den den kleineren Kolben 12 aufnehmenden Zylinder 14 Strömungsmittel gegen den im
wesentlichen konstant gehaltenen Druck im abströmseitigen Strömungsmitteldruckbehälter
15, wobei sich der Druck in diesem Strömungsmitteldruckbehälter geringfügig über
seinen Solldruck aufbaut.
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Dies führt zu einer Verschiebung der Kolbenanordnung 11, 12, 13 nach
links, bis die ebenfalls strichpunktiert angedeutete Endlage 27 erreicht ist und
das Ventil 22 in seine Schließstellung betätigt wird, wodurch der Strömlngsmitteldurchfluß
wieder unterbrochen wird. Damit wird naturgemäß auch die Kraftmaschine 22 außer
Betrieb gesetzt. Sobald infolge erneuten Strömungsmittelverbrauchs aus dem abströmseitigen
Strömungsmitteldruckbehälter 15 eine Verschiebung des Kolbens in seine rechte Endlage
stattgefunden hat, wiederholt sich der oben erläuterte Vorgang. Auf diese Weise
werden größere zusammenhängende Betriebsdauern der Kraftmaschine erreicht und darüber
hinaus ist sichergestellt, daß abströmseitig ein im wesentlichen konstant bleibender
Strömungsmitteldruck gewährleistet ist.