DE3209732A1

DE3209732A1 - Fluid piston pump

Info

Publication number: DE3209732A1
Application number: DE19823209732
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8000 München Ferger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1983-09-29

Abstract

The invention relates to a possibly reversible fluid piston pump with a housing (16), the periphery and hence the capacity of which is determined by two internesting hollow bodies (10, 14) of equal volume and equal base area, the one hollow body being a right parallelepiped and the other hollow body a rhombic prism. The internesting is achieved so that the centroidal distances of the two hollow bodies coincide. In the housing a prismatic pump chamber (18) and a right parallelepiped pump chamber (20), which are connected to one another are formed. <IMAGE>

Description

Fluidkolben-PumpeFluid piston pump

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidkolben-Pumpe zum Fördern von Medien.The invention relates to a fluid piston pump for conveying of media.

Bs sind bereits eine Vielzahl von Pumpen bekannt geworden, die nach den verschiedenen Prinzipien arbeiten. Diese Pumpen dienen entweder aktiv dem Fördern von Medien, möglicherweise aber auch als durch das Medium angetriebenes Aggregat, was für die vorliegende Pumpe ebenso der Fall ist.A large number of pumps have already become known which, according to work the different principles. These pumps are either actively used for pumping by media, but possibly also as an aggregate driven by the medium, which is also the case for the present pump.

Wenngleich eine Pumpe im allgemeinen mit einem relativ hohen Wirkungsgrad arbeitet, so besteht dennoch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, insbesondere beim Betrieb der Pumpe als vom Medium selbst angetriebenen Aggregat die Energieausbeute weiterhin zu verbessern Diese Aufgabe wird erfindungsgemtiss dadurch gelöst, dass die Pumpe aus einem Gehäuse besteht, dessen Umfang und somit dessen Inhalt bestimmt ist durch zwei ineinander geschachtelte, gleichvolumige Hohlkörper mit einer gemeinsamen Grundfläche, wobei der eine Hohlkörper ein Quader und der andere Hohlkörper ein schiefes Prisma ist, deren übrige Flächen zumindest teilweise zusammenfallen und die so ineinander geschachtelt sind, dass die Schwerpunktsabstände beider Hohlkörper zusammenfallen und wobei die Linie durch den gemeinsamen Schwerpunkt und senkrecht zur gemeinsamen Grundfläche der Hohlkörper durch die Schnittlinie zwischen beiden Hohlkörpern verläuft, und dass in den so definierten Hohlraum eine fliessfähige Masse hoher Dichte eingefüllt ist, die das Volumen des Quaders oder des schiefen Prismas einnimmt.Although a pump generally with a relatively high efficiency works, it is nevertheless the object of the present invention, in particular the energy yield when the pump is operated as a unit driven by the medium itself to be further improved This object is achieved according to the invention in that the pump consists of a housing, the scope of which determines its content is made up of two nested hollow bodies of equal volume with a common one Base area, with one hollow body being a cuboid and the other being a hollow body is oblique prism, the remaining surfaces at least partially coincide and which are nested in one another in such a way that the centers of gravity of the two hollow bodies coincide and being the line through the common center of gravity and perpendicular to the common base of the hollow body through the line of intersection between the two Hollow bodies runs, and that in the so defined cavity a flowable Mass of high density is filled, which is the volume of the cuboid or the leaning Occupies prism.

Wenn ein derartiges Gehäuse gedreht wird, vorzugsweise um 1800, so wird sich die fliessfähige Masse im Gehäuse laaeverändern. Diese Lageveränderung wirkt sich auf besondere Weise krätemässig aus, so dass einerseits durch eine bewusste Lageänderung eine Pumpenwirkung und durch eine Massenverlagerung eine Bewegung des Gehäuses erzielt werden kann.If such a housing is rotated, preferably by 1800, so the flowable mass in the housing will change. This change of position has a special effect, so that on the one hand by a conscious Change of position a pump effect and a movement of the mass displacement Housing can be achieved.

Insbesondere schneidet die asymmetrisch schiefe Ebene des Prismas, welche eine Fläche des Quaders schneidet, die der gemeinsamen Grundfläche gegenüberliegt, so dass sie als Trennwand von aussen in das Innere des Quaders verläuft und so innerhalb des Quaders und ausserhalb des Quaders je eine Kammer bildet, deren Volumina gleich sind, und die mittels eines Purchlasses miteinander in Verbindung stehen, wobei jede Kammer an zwei lageextrexnen Stellen mit je einem Ventil versehen ist, durch die Luft aus der jeweiligen Kammer entweichen kann, und mit je einem Ventil versehen ist, durch die Luft von ausserhalb eingezogen werden kann.In particular, the asymmetrically inclined plane of the prism intersects which intersects a surface of the cuboid that is opposite the common base, so that it runs as a partition from the outside into the inside of the cuboid and so inside of the cuboid and outside the cuboid each forms a chamber, the volumes of which are the same and which are connected to one another by means of a purchlasses, where each chamber is provided with a valve at two position-external locations the air can escape from the respective chamber, and each is provided with a valve through which air can be drawn in from outside.

Vorzugsweise ist die Trennwand innerhalb des Gehäuses als Kolben lageveränderbar, insbesondere kippbar, wobei die Trennwand teleskopisch flächenveränderbar ist.Preferably, the partition inside the housing can be changed in position as a piston, in particular tiltable, the area of the partition being telescopically variable.

An der Trennwand befindet sich vorzugsweise ein nach aussen ragendes Betätigungselement.On the partition there is preferably an outwardly projecting one Actuator.

Die Trennwand ist um einen Punktkippbar, der in einer Ebene liegt, welche durch den Schwerpunkt des Systems verläuft und zur gemeinsamen Grundfläche der beiden Hohlkörper senkrecht liegt.The partition can be tilted around a point that lies in one plane, which runs through the center of gravity of the system and to the common base the two hollow bodies is perpendicular.

Wenn das Gehäuse um eine horizontale Achse lageverändert wird, wobei diese Achse vorzugsweise durch den Schwerpunkt verläuft, so verändert sich die Lage der darin befindlichen Flüssigkeit hinsichtlich der unregelmässigen Begrenzungswände des Gehäuses. Dabei wirkt der hydrostatische Druck unterschiedlich auf die bewegliche, als Kolben wirkende Trennwand.When the housing is changed in position about a horizontal axis, wherein this axis preferably runs through the center of gravity, the position changes the liquid contained therein with regard to the irregular boundary walls of the housing. The hydrostatic pressure acts differently on the movable, partition acting as a piston.

Die sich im besonderen Gehäuse bewegende Flüssigkeit wirkt sich so auf die vorzugsweise schrittweise bewegbare Trennwand aus, dass über das Betätigungselement Kräfte auf ein anderes Aggregat übertragen werden können.The liquid moving in the special housing acts like this on the partition wall, which is preferably gradually movable, from that via the actuating element Forces can be transferred to another unit.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele.Further details, features and advantages of the invention result from the following description of the drawings in a purely schematic manner illustrated embodiments.

Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische, schematische Darstellung eines aus einem schief abgeschnittenen vierseitigen Prisma und einem Quader bestehendes Gehäuse, Fig. 2a eine mehr spezifizierte Seitenansicht des Gehäuses gemäss Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A, und Fig. 2b eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2a, jedoch nach einer Drehung um 1800, Anhand von Fig. 1 lässt sich zeigen, dass z.B. ein schiefabgeschnittenes vierseitiges Prisma 10 mit rechteckiger Grundfläche 12, deren Kantenlänge a und b sind, den gleichen Volurneninhalt V besitzt und den gleichen Schwerpunktsabstand e aufweist, wie diese beiden Merkmale ein Quader 14 inne hat, der die gleiche Grundfläche a-b einnimmt, und dessen Höhe h sich als Mittelwert der Kantenhöhe h1, h2, h3, h4 des schiefabgeschnittenen vierseitigen Prismas, also zu h1 + h2 + h3 + h4 h = ; berechnen lässt.It shows: FIG. 1 a perspective, schematic representation of a consisting of a obliquely cut four-sided prism and a cuboid Housing, FIG. 2a a more specified side view of the housing according to FIG. 1 in the direction of arrow A, and FIG. 2b a view similar to that in FIG. 2a, however after turning around 1800, With reference to Fig. 1 it can be shown that e.g. a obliquely cut four-sided prism 10 with a rectangular base 12, the edge length of which is a and b, has the same volume content V and the has the same center of gravity distance e, like these two features a cuboid 14 occupies, which occupies the same area a-b, and its height h is the mean value the edge height h1, h2, h3, h4 of the obliquely cut four-sided prism, i.e. to h1 + h2 + h3 + h4 h =; can be calculated.

4 Schiefabgeschnittenes vierseities Prisma: VP = ¼ ab (h1+h2+h3+h4); eP = 1/8 (h1+h2+h3+h4): Quader VQ = abh; eQ = ½ h; Siehe Krist, Formeln + Tabellen für Techniker + Ingenieure, Technische Taschenbücher, Band VIII; 4. Auflage, Technik-Tabellen-Verlag, Fikentscher & Co., Darmstadt. 4 obliquely cut four-sided prism: VP = ¼ ab (h1 + h2 + h3 + h4); eP = 1/8 (h1 + h2 + h3 + h4): cuboid VQ = abh; eQ = ½ h; See Krist, formulas + tables for technicians + engineers, technical paperbacks, volume VIII; 4th edition, Technik-Tables-Verlag, Fikentscher & Co., Darmstadt.

Gruppen-Nr. 1. 2-MF Abschn./Tab. GG/1,2 und GG/2 Grundwissen: Geometrie 2. Formeln für Körperberechnung (Stereometrie) Art des Körpers Nr. 7 und Nr. 2 Diese Erkenntnis hat zur Folge, eine freie Verschiebbarkeit der Materie als Arbeitsfluid des schiefabgeschnittenen vierseitigen Prismas innerhalb seiner Oberfläche vorausgesetzt, dass bei der horizontalen Drehung des im Raum beliebig orientierten Prismas um seinen Schwerpunkt jene Lagen auftreten, in denen das schiefabgeschnitte vierseitige Prisma durch den Einflus.s der Schwerkraft zu einem Quader verformbar ist. Group no. 1. 2-MF section / tab. GG / 1,2 and GG / 2 Basic knowledge: Geometry 2. Formulas for body calculation (stereometry) Type of body no. 7 and no. 2 These As a result of knowledge, matter can be freely moved as a working fluid assuming the obliquely cut four-sided prism within its surface, that with the horizontal rotation of the prism, which is arbitrarily oriented in space, about its The focus is on those positions in which the obliquely cut four-sided prism occurs can be deformed into a cuboid by the influence of gravity.

Umgekehrt kann aber auch der Quader, dreht man die ineinandergeschnittene Hüllenform (Gesamt-Pumpengehäuse) mit Arbeitsfluid gefüllt um 1800 weiter, wieder zum gleichen schiefabgeschnittenen vierseitigen Prisma zurück verkörpert werden.The reverse can also be used for the cuboid, if one rotates the one that has been cut into one another Shell shape (complete pump housing) filled with working fluid around 1800 further, again back to the same obliquely cut four-sided prism.

Die Oberflächen der beiden volumen- und schwerpunktsabstandsgleichen Körper, nämlich des schiefabgeschnittenen vierseitigen Prismas 10 und des Quaders 14, siehe Fig. 2, werden so als Gesamtpumpengehäuse 16 ineinandergebaut, dass zwei diskrete Pumpenkammern, eine sogenannte Prisma-Pumpenkaimner 18 und eine sogenannteQuader-Pumpenkammer 20 entstehen. Das Gesamtpumpengehäuse 16 ist um eine horizontale Drehachse 23 schwerpunktsgelagert.The surfaces of the two equal in volume and center of gravity Body, namely the obliquely cut four-sided prism 10 and the cuboid 14, see FIG. 2, are built into one another as a total pump housing 16 that two discrete pump chambers, a so-called prism pump chamber 18 and a so-called cuboid pump chamber 20 arise. The overall pump housing 16 is supported in its center of gravity about a horizontal axis of rotation 23.

Es existiert zwar eine optimale Orientierung des Koordinatensystems des Gesamt-Pumpengehäuses 16 gegenüber der horizontalen Dreliachse 23; es ist aber auch jede beliebige Orientierung bezüglich der horizontalen Drehachse 23 möglich.There is an optimal orientation of the coordinate system of the overall pump housing 16 opposite the horizontal Dreli axis 23; but it is any orientation with respect to the horizontal axis of rotation 23 is also possible.

Für das weitere Verständnis wird die horizontale Drehachse 23 als die y-Achse des Gesamt-Pumpengehäuse-Koordinatensystems angenommen.For further understanding, the horizontal axis of rotation 23 is as the y-axis of the overall pump housing coordinate system is assumed.

Die Prismen-Pumpenkammer 18 und die Quader-Pumpenkammer 20 haben an geeigneter, abhängig von der Orientierung der horizontalen Drehachse 23 zum Gesamt-Pumpengehäuse-Koordinatensystem, aus Fig. 2 ersichtlicher Stelle je ein opto-elektronisch gesteuertes, elektrisch bzw. mechanisch betätigtes zinlassventil (oberer Totpunkt) 24, Auslassventil (oberer Totpunkt) 25, Einlassventil (unterer Totpunkt) 26, Auslassventil (unterer Totpunkt) 27 jeweils für das Fördermedium, sowie ein gemeinsames Durchlassventil 28 für das Arbeitsfluid grosser Wichte 29( z.B. Schwermetallpulver in öl, Quecksilber, schwere organische Flüssigkeiten, Stahl- bzw.The prism pump chamber 18 and the cuboid pump chamber 20 are on more suitable, depending on the orientation of the horizontal axis of rotation 23 to the overall pump housing coordinate system, from Fig. 2 visible point each one opto-electronic controlled, electrically or mechanically operated inlet valve (top dead center) 24, outlet valve (top dead center) 25, inlet valve (bottom dead center) 26, exhaust valve (bottom Dead center) 27 each for the pumped medium, as well as a common passage valve 28 for the working fluid of high density 29 (e.g. heavy metal powder in oil, mercury, heavy organic liquids, steel or

Glaskugeln, Wasser, etc.).Glass balls, water, etc.).

Ein (elektrischer) Motor 11 dreht das Gesamt-Pumpengehäuse 16 langsam um die horizontale Drehachse 23.An (electric) motor 11 rotates the entire pump housing 16 slowly about the horizontal axis of rotation 23.

Es lassen sich nun von der horizontalen Drehbewegung abhängig, zeitlich versetzte Zustände (Takte) siehe Fig. 2 erzeugen.It can now be dependent on the horizontal rotary movement, in terms of time generate offset states (clocks) see Fig. 2.

Oberer Totpunkt Arbeitsfluid 29 fliesst bedingt durch die Schwerkraft aus Prismen-Pumpenkammer 18 durch das geöffnete Durchlassventil 28 in die tieferliegende Quader-Pumpenkammer 20. Dabei sind das Einlassventil (oberer Totpunkt) 24 und das Auslassventil (oberer Totpunkg) 25 offen; das Einlassventil (unterer Totpunkt) 26 und das Auslassventil (unterer Totpunkt) 27 sind geschlossen.Top dead center Working fluid 29 flows due to gravity from the prism pump chamber 18 through the open valve 28 into the lower one Cuboid pump chamber 20. The inlet valve (top dead center) 24 and the Outlet valve (top dead center) 25 open; the inlet valve (bottom dead center) 26 and the exhaust valve (bottom dead center) 27 are closed.

Das Fördermedium wird in die Prismen-Pumpenkammer 18 gesaugt und aus der Quader-Pumpenkammer 20 ausgestossen. Kurz nach dem oberen Totpunktsdurchgang werden alle Ventile, also 25, 24, 28 zusätzlich zu den in dieser Position sowieso geschlossenen Ventilen 26 und 27 geschlossen und bleiben es bis der untere Totpunkt erreicht ist.The delivery medium is sucked into the prismatic pump chamber 18 and out the cuboid pump chamber 20 ejected. Shortly after the top dead center passage are all valves, so 25, 24, 28 in addition to those in this position anyway closed valves 26 and 27 and remain so until the bottom dead center is reached.

Unterer Totpunkt Arbeitslfluid 29 fliesst bedingt durch die Schwerkraft aus der Quader-Pumpenkammer 20 durch das nun geöffnete Durchlassventil 28 in die nun tieferliegende Prismen-Pumpenkammer 18. Dabei sind das Einlassventil (unterer Totpunkt) 26 und das Auslassventil (unterer Totpunkt) 27 offen; das Einlassventil (oberer Totpunkt)24 und das Auslassventil (oberer Totpunkt) 25 sind geschlossen.Lower dead center working oil 29 flows due to gravity from the cuboid pump chamber 20 through the now open valve 28 into the The prismatic pump chamber 18 is now deeper. The inlet valve (lower Dead center) 26 and the exhaust valve (bottom dead center) 27 open; the inlet valve (top dead center) 24 and the exhaust valve (top dead center) 25 are closed.

Das Fördermedium wird in die Quader-Pumpenkammer 20 gesaugt und aus der Prismen-Pumpenkammer 18 ausgestossen.The pumped medium is sucked into the cuboid pump chamber 20 and out the prism pump chamber 18 ejected.

Kurz nach dem unteren Totpunktsdurchgang werden die Ventile, also 26, 27, 28 zu den sowieso in dieser Position geschlossenen Ventilen 24 und 25 geschlossen und bleiben es bis zum Erreichen des oberen Totpunktes an dem der Zyklus von neuem beginnen kann.Shortly after the bottom dead center passage, the valves, so 26, 27, 28 to the valves 24 and 25, which are closed anyway in this position and remain so until the top dead center is reached at which the cycle starts again can begin.

Eine auch für andere mechanische Aufgaben verwendbare Variante stellt eine völlig ventillose Ausführung dar, in der an Stelle der starren Trennwand zwischen der Prismen-Pumpenkammer 18 und der Quader-Pumpenkammer 20 eine um ihren Flächen-Schwerpunkt raumfest in bezug auf das Cesamt-PumDenaehause 16 taumelnde Trennwand mit fluidmaanetischen teleskopaftigen Dicltleisten tritt.A variant that can also be used for other mechanical tasks is provided a completely valveless version, in which instead of the rigid partition between the prism pump chamber 18 and the cuboid pump chamber 20 one around their surface center of gravity fixed in space in relation to the Cesamt-PumDenaehause 16 tumbling partition with fluid-management telescopic sealing strips occurs.

Der Ausgleich bzw. stabile Zustand des sich im oberen und unteren Totpunkt jeweils auf unterschiedlicher Potentialhöhe bzw. labilen hydrostatischen Drucks befindenden Arbeitsfluids 29 erfolgt unter dem Einfluss der hydrostatischen Kräfte in sich direkt; die Bewegung der taumelnde Trennwand wird mechanisch übertragen und genutzt.The balance or stable state of being in the upper and lower Dead center each at a different potential level or unstable hydrostatic Working fluid 29 located under pressure takes place under the influence of the hydrostatic Forces in themselves directly; the movement of the tumbling partition is transmitted mechanically and used.

Der Anteil des Arbeitsfluids 29, der nicht an der direkten Bewegung am oberen und am unteren Totpunkt teilnimmt, kann in seinem Partial-Schwerpunkt nach Lage und Grösse durch andere Materie, auch feste, substituiert werden.The proportion of the working fluid 29 that is not involved in the direct movement participates in the upper and lower dead center, can in its partial center of gravity be substituted by other matter, including solid matter, according to position and size.

Der hier aufgezeigte Effekt am volumen- und schwerpunJ<tsabstandsgleichen, planflachigen Körperpaar schiefabgeschnittenen vierseitigen Prisma und Quader demonstriert, lässt sich für volumen- und schwerpunktsabstandsgleiche sphärische polysomatische Körper Computer-optimieren.The effect shown here at the same volume and center of gravity, flat pair of bodies, obliquely cut four-sided prism and cuboid demonstrated, can be used for spherical polysomatic Body computer-optimize.

Die hier zum besseren Verständnis als Einzelausführung um ihren eigenen Schwerpunkt an einem oberen und einem unteren Totpunkt gedrehte Gesamt-Pumpengehäuse-Konfiguration erfährt als beliebig zu vervielfachende, diametrale Paaranordnung, jeweils mit den Grundfläche a-b der Gesamt-Pumpengehäuse-Konfiguration auf der Peripherie von einem Rad oder eine Walze (Zylinder) mit horizontaler DrehaSshse gesetzt, eine Potenzierung.The one here for a better understanding as a single version of your own Overall pump housing configuration rotated at an upper and a lower dead center learns as a diametrical pair arrangement that can be multiplied at will, each with the Base a-b of the overall pump housing configuration on the periphery of one A wheel or a roller (cylinder) with a horizontal turning axis is set, an exponentiation.

Der Wirkungsgrad des angetriebenen, um eine horizontale Drehachse rotierenden Zylinders mit seinem auf dem Umfang beliegib vielen, aber jeweils paarweise diametral gegenüber angeordneten Gesamt-Pumpengehäuse-Konfigurationen wird gesteigert durch gleichfalls radialsymmetrisch auf die Zylinderoberfläche aufgesetzte Laufbüchsen,in denen Kolben so gesteuert durch einen Teil des Pümpen-Fördergutes bewegt werden, dass ihr Abstand Kolben zur Drehachse gross bei der Abwärtsbewegung oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt, und der Abstand Kolben zur Drehachse entsprechend klein bei der Aufwärtsbewegung unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt ist.The efficiency of the driven, about a horizontal axis of rotation rotating cylinder with its circumference lie many, but in pairs overall pump housing configurations arranged diametrically opposite one another are increased by means of liners that are also placed radially symmetrically on the cylinder surface, in which pistons are moved in a controlled manner through part of the pumped material, that their distance between the piston and the axis of rotation is large during the downward movement, top dead center to bottom dead center, and the distance between the piston and the axis of rotation is correspondingly small the upward movement is bottom dead center to top dead center.

Claims

Fluid piston pump P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Fluid piston pump g e k e n n n z e i c h n e t by a housing (16), its scope and thus its content is determined by two hollow bodies of equal volume nested inside one another same base area (12), one hollow body being a cuboid (14) and the other Hollow body is an oblique four-sided prism (10), and both are nested in one another are that the centers of gravity (e) of the hollow bodies coincide and where the line through the common center of gravity (S) and perpendicular to the common base (12) the hollow body runs through the cutting line (13) between the two hollow bodies, and that in the cavity defined in this way a flowable mass (29) of high density is filled, which occupies the volume of the cuboid or the oblique prism.

2. Pump according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the asymmetrically inclined plane (17) which intersects a surface (19) of the cuboid, as a partition from the outside into the inside of the cuboid so that it runs inside of the cuboid and outside the cuboid each form a chamber (18, 20), the volumes of which are the same and which are in communication with one another by means of a passage (28), each chamber (18, 20), at two extreme locations with one valve (25, 27) each is provided, through which air can escape from the respective chamber and rit depending a valve (26, 24) is provided through which air is sucked into the respective chamber will.

3. Pump according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the partition (17) within the housing (16) can be changed in position as a piston, in particular can be tilted and becomes the ouaderfläche (19).

4. Pump according to claim 3, characterized in that g e k e n n z ei c h -n e t that an outwardly projecting actuating element is attached to the partition (17).

5. Pump according to claim 3, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the partition (17) can be tilted about a point which lies in a plane passing through the center of gravity (S). of the system and to the common base (12) of the two Hollow body (10, 14) runs vertically.

Pump according to claim 2, characterized in that a device can be driven by means of the air expelled from the respective chamber (18, 20) is.

7. Pump according to claim 1 and 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that these are essentially composed of the two chambers in their spatial constitution (18, 20) consists and thereby the remaining parts of the cuboid and prism by others spatially small, gravitational but identically acting parts are replaced.