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Vorrichtung zur
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Speicherung bezw. Übertragung von Energie
Axialelastische Dehnzylinder,
enuie sit in der DE 31 10 153 und DE 31 32 906 beschrieben worden sind, eignen sich
in besonderer Weise zur Speicherung und zur Übertragung von Energie. Die vorliegende
Erfindung macht davon Gebrauch, indem Maschinen und Apparate zur Verwendung in Pneumatik
und Hydraulik vorgeschlagen werden bei denen axialelasti-Dehnzylinder als wesentliches
Funktionselement mitverwendet werden Eine bevorzugte Ausführungsform des axialelastischen
Dehnzylinders (Abkürzung DZ) besteht aus einem gegen radiale Verformung armierten
Gummischlauch mit Kreisquerschnitt.
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Charakteristische Merkmale von Elastomeren sind ihre Federeigenschaft
und ihre Eignung als Membranen. Diese werden gemeinsam bei dem DZ ausgenutzt. Zusätzlich
wird die Eigenschaft des DZ ausgenutzt, daß er in axialer Richtung translatorische
Bewegungen ausführen bezw. übertragen kann.
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Auf die große Zahl der technischen Anwendungsmöglichkeiten ist in
den o.a. Druckschriften bereits hingewiesen worden.
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Der DZ weist gegenuber der Anordnung Kolben-Zylinder eine derartige
Ahnlichkeit auf, daß er deren Aufgaben vielfach übernehmen kann und auch damit kombiniert
werden kann.
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Wesentliche Unterschiede liegen andererseits darin, daß der DZ stets
eine rücktreibende Federkraft mit sich bringt, leckfreies Funktionieren ermöglicht
und daß er geringere Präzionsanforderungen bei Herstrellung und Einbau erfordert.
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Hinsichtlich Konstruktion und Funktion neue und vorteilhafte Apparate
entstehen gemäß der Erfindung durch die Kombination von DZ untereinander oder mit
starren Druckgefäßen.
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Weiterhin wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, DZ federnd vorzuspannen,
und ferner werden Kombinationen mit an sich bekannten Trennorganen für Fluide vorgeschlagen.
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Im Besonderen betrifft die Erfindung Druckspeicher, FOi#i### resp.
Motoren, Federkörper, Dämpfungseinrichtungen, Druckübersetzer-bezw. -wandler, Kompensatoren,
Hub-, Druck- oder Zugzylinder. - -Durch die vorgeschlagenen Anordnungen ist es möglich,
Speicher bezw. Federkörper mit besonderer Federungs- oder auch Dämpfungschararkteristik
herzustellen, deren Eingenschaften bei Bedarf auch während der Betriebes verstellt
werden können.
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Andererseits werden Betriebsweisen des DZ möglich,- bei denen er sich
unter dem Einfluß einwirkender Kräfte nicht nur dehnt, sondern auch zusammendrücken
läßt. Durch die Mitverwendung von Trennorganen, wie Kolben, Membranen oder Faltenbälge
werden neben völliger Leckfreiheit von Kolbenpumpen auch Speicher bezw. Pumpen ermöglicht,
die für praktisch alle vorkommenden aggresiven Fluide geeignet sind.
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In dem folgenden Text mit Abbildungen und Beispielen werden die wesentlichen
Gedanken der Erfindung erläutert und wird auf die gegebenen Kombinationsmöglichkeiten
beispielsw#eise hingewiesen.
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Obwohl es nicht Aufgabe der Erfindung ist, sollen noch einige Anmerkungen
zur Konstruktion von axialelastischen Dehnzylindern (hinfort abgekürzt: DZ) und
daraus gebildeten Dehnspeichern (abgekürzt : DSp) vorangestellt werden. DZ werden
gegen eine Querschnittsveränderung durch in Umfangsrichtung orientierte, mitbewegte
Armierungselemente geschützt. Dabei bleiben Änderungen des inneren oder äußeren
Schlauchquerschnittes außer Betracht, sofern sie durch dehnungsbedingte Abnahme
der Wandstärke des Schlauches hervorgerufen werden.
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Man unterscheidet eine gegen inneren Überdruck wirksame Zug-und ferner
eine gegen äußeren Überdruck und gegen eine dehnungsbedingte Einschnürung wirksame
Druckarmierung. Beide kombiniert ergeben eine sogenannte Steifarmierung.Je nach
der Aufgabenstellung kann die Armierung an der Außen- oder Innenwand des Schlauches
oder innerhalb der Schlauchwand angeordnet werden. Für die zuletztgenannte Anbringung
der Armierung nennt die Erfindung geometrische Bedingungen, deren Befolgung größere'
Ungleichmäßigkeiten der Dehnungebelastung des Elastomeres verhütet.
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Bei der zeichnerischen Darstellung von DZ und DSp wird im Allgemeinen
auch nicht darauf eingegangen9 wie die Befestigung bezw. Kraftübertragung und Abdichtung
zwischen dem DZ und Böden oder anderen Anschlußteilen vorgenommen wird. Dies ergibt
sich im Einzelfall entsprechend der Zweckmäßigkeit und dem Stand der Technik. Gleiches
gilt auch für die Herstellung der DZ resp. DSp.
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In Abbol sind ein DZ 1 und ein etwas größerer DZ 2 mit ihren am unteren
Ende befindlichen Flanschen an einer Bodenplatte 3 so befestigt, daß ein druckdichter
Innenraum 4 entsteht. Der Zwischenraum zwischen den beiden DZ ist mit einem Satz
Ringen 5 aus Rundstahl ausgefüllt. Die druckfesten Böden ó u.7 der DZ 1 u. 2 berühren
sich gegenseitig in dem dargestellten Zustand ohne axiale Dehnung. Der Innenraum
4 weist Anschlüsse 8 auf und kann als Druckspeicher, Ausglaichgefäß bezw. Pulsationsdämpfer
dienen. Die Wandstärke des inneren DZ 1 nimmt bei axialer Dehnung in der Weise ab,
daß sich dabei der Innendurchmesser von DZ 1 vergrößert. Es läßt sich nachweisen,
daß in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Gummis auch bei fortgesetzter Erhöhung
der Wandstärke des Dehnechlauches aus diesem Grund ein bestimmter Höchstdruck bei
vorgegebener Höchstdehnung nicht überschritten werden kann. Der erzielbare Innendruck
wird umso höher, je geringer der Anteil der Gummiwandstärke ist, der sich zwischen
der Armierung und der Schlauchinnenseite befindet. Die Doppelzylinder-Anordnung
gemäß Abb. 1 stellt eine für hohe Betriebedrücke von z.B. 100 bar und darüber bevorzugte
Ausführungsform dar.
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Auch Abb. 2 zeigt - sowohl in der Draufsicht als auch im Schnittzwei
konzentrisch angeordnete und miteinander fest verbundene DZ 1 und 2. Die Verbindung
wird durch die Böden 3 und 4 bewirkt.
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Dadurch entstehen zwei DSp mit Druckräumen 5 und 6, die je eine Zuleitung
7 bezw. 8 aufweisen. Wird z.B. der Raum 5 mit Druckluft beaufschlagt, dann erfahren
beide DZ die gleiche axiale Dehnung. Somit vergrößert sich auch das Volumen des
Raumes 6.
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Hierbei kann z.B. Wasser angesaugt werden. Sobald die Luft aus Druckkammer
5 entweicht, wird der Inhalt der Kammer 6 mit der Kraft beider DZ unter Druck gesetzt
bezw. ausgetrieben. Der
äußere DZ benötigt eine Zug-, der innere
eine Steif-Armierung bezw. Zug--und Druckarmierung. Die Vorrichtung gemäß Abb. 2
kann sowohl als Pumpe als auch als Druckübersetzer für zwei Flüssigkeitssystem bezw.
als Druckwandler zwischen Gas und Flüssigkeit verwendet werden. Wird die nicht zur
Spannung der DZ herangezogene Flüssigkeit im Druckraum 6 zunächst belassen, so kann
sie nach beliebig langer Speicherung später unter Druck entnommen werden. Die Anordnung
ist von einfacher Bauart und ist absolut leckfrei.
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In Abb. 3 ist wiederum ein Apparat mit zwei DZ dargestellt, die konzentrisch
angeordnet sind. Es handelt sich diesmal um die Kopplung der Bewegung des inneren
DZ 1 mit der Axialverformung des äußeren DZ 2 durch ein Übertragungsmedium (Gas,
Flüssigkeit), welches sich in dem Hohlraum 3 befindet. Wird dieser unter Druck gesetzt,
so wird der DZ 2 gedehnt, sein Boden 5 bewegt sich z.B. von Position a nach a'.
DZ 2 trägt eine Zugarmierung 6. Zuglei#ch gerät der DZ unter äußeren Überdruck,
sofern er selber sich in der ungedehnten Position b befindet.
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Falls -nötig, muß er dagegen armiert werden, was aber auch die Armierung
9 übernehmen kann, wenn sie nicht nur als Zug-,sondern als Steifarmierung ausgebildet
ist. Wird nun über Öffnung 7 der Innenraum 8 durch Einfüllen eines Druckmediums
unter inneren Überdruck gesetzt, so beginnt er sich auszudehne#.
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Dadurch wird im Raum 3 ein Druckanstieg des Übertragungsmediums herbeigeführt.
Je nachdem, ob letzteres ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, führt das zu einer geringeren
oder größeren Dehnungszunahme des DZ 2. Bei dem höchsten zulässigen Druck seien
die Endpositionen von DZ 1 resp. 2 b' resp. a''.
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Bei dem in Abb.3 gezeigten System handelt es sich um eine Kombinationsfeder
mit verstellbarer, d.h. auch programmierbarer Charakteristik. Je nach Wahl des Übertragungsmediums
wirken zwei Elastomerfedern oder zusätzlich noch eine Gasfeder zu sammen, während
die Federwirkung umso mehr von DZ 1 auf DZ 2 anteilig übergeht, je höher der Druck
des Übertragungsmediums ist, welcher über die tiffnung 4 reguliert werden kann.
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Die gleiche Arbeitsweise kann auch erreicht werden, wenn der DZ 1
durch eine Stange 11, die durch eine Öffnung 10 im Boden 12 eingeführt ist, nach
oben gedrückt wird. Die zugehö-
rige Gegenkraft muß dann am Boden
12 angreifen. In diesem Fall wird der DZ 1 nur mit unterdruck von außen belastets
sodaß seine Druckarmierung entsprechend verstärkt werden muß. Federkörper der in
Abb.3 gezeigten und beschriebenen Art und Betriebsweise eignen sich vor allem zur
lastabhängigan Federung von Fahrzeugen, wobei hervorzuheben ist, daß man zwischen
pneumatischer und hydraulischer Steuerung wählen kann.
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Einen anderen Weg, mehrere axialalastische Dehnzylinder miteinander
zu kombinieren, zeigt Abb. 4 in der Draufsicht. Ein innerer DZ 1 ist von vier koaxial
angeordneten DZ 2 umgeben.
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Alle DZ haben gleiche Bauhöhe und sind mit Böden 3 resp.4 jeweils
beiderseits verschlossen. Durch ein Paar kreuzförmiger Rahmen 5 sind auf jeder Seite
alle Böden miteinander befestigt.
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DZ 1 sei steifarmiert, die DZ 2 zugarmiert. Werden die vier DZ 2 durch
ein Medium (z.B. Wasser, Luft) gemeinsam unter Druck gesetzt, so dehnen sich alle
fünf DZ zusammen aus. War der Innenraum von DZ 1 zuvor mit einer Flüssigkeit (z.B.Öl)
gefüllt, so kann er bei seiner Ausdehnung eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge ansaugen.
Erfolgt nun die Druckentlastung der DZ 2, nachdem zuvor die Zuleitung zum DZ 1 verschlossen
worden war, so gerät die Flüssigkeit im DZ 1 unter sehr hohen Druck. Der Übersetzungsfaktor
beträgt bei den Größenverhältnissen der Abb.4 etwa 300. Durch Aufpumpen der DZ 2
auf 2 bar kann somit im DZ 1 ein Maximaldruck von Soo bar erzielt werden.
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Abb. 5 stellt einen DSp im Querschnitt dar, der durch eine Feder vorgespannt
ist. Er besteht aus dem Elastomermantel 1, der in der Wandmitte eine dünne Stahldrahtlage
2 in schraubenförmiger Wicklung zum Zweck der Steifarmierung aufweist. Ferner sind
Böden 3 und 4 vorhanden, die mit dem Elastomerschlauch resp. DZ 1 den DSp 5 bilden.
Eine den Dz umhüllende Druckfeder in Form einer Schrauben feder 6 greift so an den
Rändern 7 und 8 der B-öden 3, 4 an, daß sie aufgrund einer Vorspannung den DZ bis
zur Position A dehnt. Wird nun durch die Stange 9 der Dehnbehälter zusammengedrückt,
so kann er maximal bis zur Position B nachgeben, welche dem ungedehnten Zustand
des Elastomerschlauches-l entspricht. Die bei einem Dehnhub von Pos. 6 nach A aufzuwendende
Energie wird bei dem entgegengesetzten Hub A - B wiederzurückgewonnen bezw. steht
zur Unterstützung der beim Pumpen benötigten Kraft zur Verfügung. Zur Verwendung
dieser Anordnung zum Pumpen von Fluiden werden nur noch die.Öffnungen 10
und
11 mit entsprechenden Einwegventilen 12 und 13 benötigt.
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Der Innenraum des Dehnbehälters kann durch einen Topf 14 in der Weise
ausgefüllt werden, daß in der Position B nur noch ein sehr kleiner Totraum verbleibt.
Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn die in Abb. 5 gezeigte Pumpe als Kompressor
für Gase benutzt werden soll.
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Läßt man in Abb.5 die Vorspannfeder 6 fort, so kann bei zweckentsprechender
Steuerung der Ventile 12, 13 das Gerät als Motor dienen, der einen auf die Stange
9 übertragenen Wechselhub ausführt. Der Antrieb über die Zuleitung 10 kann hydraulisch
oder pneumatisch erfolgen. In diesem Fall benötigt der DZ 1 lediglich eine Zugarmierung,
die innerhalb der Gummiwand oder außenherum angeordnet sein kann.
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Die Apparatur gemäß Abb.5 zeichnet sich aus durch besonders einfache
und preiswert herzustellende Bauart, durch völlige Leckfreiheit und durch das Fehlen
von mechanischer Reibung.
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Sie kann für Arbeitsdrücke des Fluids eingesetzt werden, die weit
höher liegen als z.B. bei Pumpen, die mit Rollmembranen ausgerüstet sind oder bei
Membranpumpen, insbesondere wenn in den Vergleich das erzielbare Hubvolumen einbezogen
wird.
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In der Abb.6 ist ebenfalls ein federnd vorgespannter DSp 1 dargestellt.
Seine Vorspannung resultiert jedoch bei sonst ähnlicher Bauart wie der in Abb.5
dargestellte Behälter entweder von einem Druckgas oder einem zweiten Dehnzylinder.
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DZ 1 weist eine Zugarmierung 2 auf. Besitzt der untere Baden 3 nur
die Zuleitung 4, so kann er durch Einfüllen von Druckgas von Pos. A nach Pos. B
vorgespannt werden. Durch angreifende statische oder dynamische Kräfte K (s.Pfeilrichtung)
kann der DSp z.B. bis zur Pos. A', maximal wieder bis A zusammengedrückt werden.
Beim Zurückschwingen sind Ausschläge bis B oder B' möglich. Bei dieser Arbeitsweise
liegt eine druckbelastbare pneumatische Feder vor mit Dämpfungseigenschaften, die
durch das Elastomer bestimmt werden.
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Versieht man zusätzlich den Boden 3 in Abb.6 mit einer Leitung 5,
die ihn mit einem zweiten, in der Federkraft stärker ausgelegten DSp 6 verbindet,
so gerät der DSp 1 zugleich mit dem DSp 2 durch Einleiten einer Druckflüssigkeit
über die Zu-
leitung 4 unter Vorspannung. Die federnde Wirkung
und die sich ergebenden Bewegungen im DSp 1 im Vergleich zu den einwirkenden Kräften
hängt nunmehr vom Serhsltais der Volumina und Federstärken der beiden kommunizierenden
DSp ab. Sie kann in einfacher Weise verändertbezw. an die Belastung angepasst werden,
indem bei 4 mehr oder weniger Flüssigkeit unter dem erforderlichen Druck eingefüllt
wird. Wird hierzu wiederum ein z.B. mechanisch beaufschlagter DSp-als Steuerzylinder
benutzt, so funktioniert das gesamte System völlig frei von möglichen Leckagen und
Reibungsverlusten durch dynamische Dichtungen. In die Leitung 5 kann selbstverständlich
bei Bedarf zum Zweck der Dämpfung eine Prosselfunktion eingefügt werden. Das in
Abb.6 unter Einbeziehung des DSp 6 beschriebene System stellt eine rein gummielastisch
arbeitende druckbelastbare Feder -dar, deren Federrate im Betrieb variert werden
kann. Sie besitzt Dämpfungseigenschaften, die von der Eigenschaft (Hysterese) der
verwendeten elastomere bestimmtsind , darüberhinaus auch noch über eine hydraulisch
wirkende Drossel im Betrieb verändert werden können.
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Eine andersartige Anwendung federnd vorgespannter DZ wird in Abb.7
beschrieben. Zwei Rohrabschnitte 1 und 2 sind durch einen DZ 3 druckdicht miteinander
verbunden. Dieser hat die in Abb.
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7,c dargestellte Ausgangslänge imin. Er kann maximal bis zu der in
Abb.7,a dargestellten Länge P dehnungsmäßig belastet werden. Sofern der Einbau bei
einem mittleren Ausdehnungszustand der Rohrabschnitte 1 bezw. 2 vorgenommen wird,
muß der DZ-Kompensator durch entsprechende Hilfsmittel vorgespannt werden. Seine
Länge lm ist in Abb.7,b beispielsweise dargestellt. Diese Hilfsmittel müssen anschliessend
entfernt werden, damit der Kompensator sich in beiden Richtungen längenmäßig anpassen
kann, es sei denn, es handelte sich dabei um Federelemente. Die bei den Bewegungen
des DZ-Kompensators auftretenden Kräfte müssen ggf. von entsprechenden Verankerungen
der Rohrleitung aufgenommen werden. Es können hohe Dehnwege aufgebracht werden.
Länge, Wandstärke des DZ im Verhältnis zum Durchmesser sowie die Auslegung der nicht
dargestellten Armierung ergeben sich aus den Betriebsbedingungen wie Druck u.a.m.
Der beschrie-
bene Kompensator kann auch angulare und laterale
Relativbewegungen der Rohrenden aufnehmen, da er flexibel ist. Er bewirkt darüberhinaus
Pulsations-, Vibrations- und Geräuschdämpfung, insbesondere wenn die zur Vorspannung
benutzten Federelemente wieder entfernt worden sind.
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Federnd vorgespannte DZ gemäß der Erfindung können nach einem weiteren
Gedanken der vorliegenden Erfindung auch paarweise einander zugeordnet als Pumpen
verwendet werden. Dies zeigt Abb.8.
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Zwei auf einer Grundplatte 1 nebeneinander befestigte, steifarmierte
DSp 2 und 3 sind je an einer Saugleitung 4 und Druckleitung 5 angeschlossen, in
die Ventile einqefüqt sind. Die oberen Böden der DSp sind über Stangen 6, 7 und
Gelenke 8, 9 an einem bei 10 gelagerten Schwenkbalken 11 befestigt. Wird der Lagerpunkt
10 mit Hilfe der Stütze 12 von Position A nach Pos.
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B angehoben, so werden beide DZ bei gleicher Dimensionierung um den
Betrag A-B gedehnt. Sobald der Schwenkbalken abwechselnd hin und her bewegt wird,
erfolgt abwechselnd in den beiden DSp 2, 3 eine Vergrößerung resp. Verkleinerung
des Innenvolumens, verbunden mit entsprechender Pumpwirkung. Mit dem Vorspannhub
h und dem Pumpenhub h gilt h = 2 h . Je nach der Belastbarv p p v keit des für die
DSp verwendeten Elastomers kann h kleiner, p gleich oder sogar größer als die ungespannte
Länge h der DSp 0 sein. - Die beschriebene Doppel-DZ-Pumpe zeichnet sich wiederum
durch sehr einfache Bauweise aus. Die beiden DSp können auch anders, z.B. in Serienschaltung
oder für getrennte Systeme eingesetzt werden. Sie können auch nach Hub und Volumen
voneinander abweichen.
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In Abb. 9 sind zwei ungleich dimensionierte DSp 1 und 2 über einen
gemeinsamen Boden 3 aneinander befestigt. Die jeweils gegenüberliegenden Böden 4
und 5 mit Verlängerungen 4,a und 5,a werden an der Traverse 6 so befestigt, daß
die beiden DZ sich gegenseitig vorspannen. Der Vorspannhub h 1 des DSp 1 v,l wird
dabei größer als der entsprechende Wert von h 2 Der untere DSp 2 kann über die Zuleitung
7 mit einem Druckmedium periodisch gefüllt und entleert werden. Dabei steht als
Hub der Weg A -B zur Verfügung, der zugleich in dem DSp 1 als Förderhub für eine
Pumpenwirkung ausgenutzt werden kann. Durch die Selbstrückstellwirkung, die von
dem stärkeren DZ 2 ausdeht, kann diesen Pumpe in einfach wirkender Funktionsweise
betrieben werden.
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Anhand dar Abb. 10 wird eine Pumpe mit koaxial angeordneten und bewegungsmäßig
zusammengekoppelten Dehnzylindern beschrieben, die, anders als bei Abb.9, mit mechanischem
Antrieb versehen werden kann. Für sie gelten die zuvor schon mit Abb.8 beschriebenen
Bewegungsabläufe bezw. geometrischen Bedingungen.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden
Böden 1 und 2 der DSp 3 und 4 durch einen Stab 5 starr miteinander verbunden, an
dem über einen Schwenkarm 6 ein mechanischer Antrieb angreifen kann. DSp 4 dient
als Pumpenkammer. Diese weist eine Saugleitung 7 mit Ventil auf.
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Leitung 8 mit Ventil dient als Druckstutzen. Sie verbindet DSp 4 mit
dem als Ausgleichskammer wirkenden Innenraum von DSp 3. Ebenso wie in Abb.9 sind
die beiden DSp mittels der Traverse 9 gegenseitig vorgespannt. Führt der Schwenkarm
6 alternierende Bewegungen aus, so wirkt die in Abb.10 dargestellte Apparatur als
Pumpe, deren Besonderheit darin liegt, daß sie vom Pumpmedium ohne Richtungsumkehr
durchflossen wird.
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Sie kann also unmittelbar in den Verlauf einer Rohrleitung eingefügt
werden. Dabei bleiben die Vorzüge des DSp, wie Leckfreiheit und Reibungsfreiheit
7 erhalten.
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Die Aufgabe des DSp 4 besteht nun darin, über Saugleitung 7 die einem
Pumpenhub entsprechende Flüssigkeitsmenge anzusaugen bezw. einströmen zu lassen.
Dies geschieht während eines Hubes von A nach B. Während des Rückhubes B - A tritt
diese Flüssigkeitsmenge über die Leitung 8 in den zugleich sein Volumen vergrößernden
DSp 3 über. Dabei nimmt sie den bereits im DSp 3 herrschenden Druck an, es sind
aber nur die Strömungswiderstände der Leitung 8 und des eingebauten Ventiles zu
überwinden. Erst bei dem nächsten Saughub A - B des DSp 4 wird die Flüssigkeitsmenge
über die Anschlußleitung 10 in das Drucknetz gefördert, wobei es zweckmäßig sein
kann, in Leitung 10 ein weiteres Rückschlagventil einzufügen. DSp 3 ist somit für
die Förderung, DSp 4 für die Dosierung verantwortlich. Die zur Dehnung der DSp erforderliche
Energie wird jeweils bei Richtungsumkehr der Bewegung wieder zurückgewonnen. Der
DSp 3 steht außerdem als Pulsationsdämpfer zur Verfügung, was mit der Memraneigenschaft
des DZ zusammenhängt.
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Abb. 11 soll nocheinmal eine Anwendung elastisch vorgespannter DSp
als Federkörper bezw. Stoßdämpfer illustrieren. Funktionell besteht Ahnlichkeit
zu Abb.6, konstruktiv zu Abb.9. Ein oben angeordneter, schwächer dimensionierter
DSp 1 ist über die Bodenplatte 2, die eine Öffnung 3 aufweist, mit dem stärker ausgelegten
DSp 4 zu einem kommunizierenden System verbunden.
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Die Innendurchmesser beider DSp sind gleich. Über den Anschluß 5 kann
die Anordnung pneumatisch oder hydraulisch unter Druck gesetzt werden, wobei beide
DSp unterschiedlich vorgespannt werden, wie durch Pfeile 2 bezw. b angedeutet. Wirkt
eine Kraft K (siehe Pfeil) in Richtung gegen die bei E befestigte Bodenplatte 2
auf den oberen Boden 7 des DSp 1, so treten DSp 4 mit seiner Federwirkung und Öffnung
3 mit ihrer Dämpfungswirkung in Funktion. Durch die eingefüllte Gas- bezw. Flüssigkeitsmenge
bezw. den dabei in der DSp-Kombination aufgebauten Druck wird die Federcharakteristik
an die Bedürfnisse angepasst.
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Der Federkörper von Abb. 11 kann andererseits auch als Pulsationsdämpfer
mit einer abgestuften Federkennlinie verwendet werden.
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Der Anschluß an das Drucknetz erfolgt wieder über#die Zuleitung 5.
Im Bereich niedriger Drücke wird zunächst der Ausgleich von Volumen- resp Druckschwankungen
durch den schwächer ausgelegten DSp 1 übernommen, während DSp 4 nur wenig dazu beiträgt.
Bringt man nun Anschläge 8 für den Boden 7 an, so wird von einer bestimmten Druckstufe
an DSp 1 außer Funktion gesetzt bezw. auch vor Überlastung geschützt. Nunmehr übernimmt
DSp 4 mit seiner stärkeren Elastomer feder allein die Ausgleichsfunktionen. Diese
Arbeitsweise ist dann von Vorteil, wenn in einem Drucksystem in deutlich voneinander
unterschiedenen Druckstufen eine hochwertige Pulsationsdämpfung benötigt wird.
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In Abb.12 wird eine Kombination gezeigt, bei der eine Kolbenpumpe
und ein DZ zusammenwirken. Dadurch entsteht eine Pumpe mit völliger Leckfreiheit
und hoher Dosiergenauigkeit. In dem Zylinder 1 ist ein Kolben 2 angeordnet, der
über eine Stange 3 auf und ab bewegt werden kann. Sit entsprechenden Ventilen ausgestattete
Leitungen 4 und 5 verbinden die Kolbenpumpe mit der Saug- bezw. Druckseite des Leitungssystems.
An der Kolbenstange 3 ist über eine dicht verbundene Bodenplette 6 ein DZ 7 be-
befestigt,
dessen anderes Ende bei 9 druckdicht mit dem Zylinder 1 verbunden ist. An dieser
Stelle 9 ist zugleich eine biegsame Trennmembran 10 eingeklemmt. Diese kreisförmige
Membran weist in ihrer Mitte eine Öffnung auf, die bei 11 mit der Kolbenstange 3
einen dichten Abschluß bildet. Der Raum 12 zwischen Kolben 2 und Membran 10 ist
über Leitung 13 mit der Druckseite oder über Leitung 14 mit der Saugseite verbunden
oder über Leitung 15 an ein getrenntes System mit geeigneter, für die Elastomerteile
verträglicher Flüssigkeit unter dem gewünschten Druck gefüllt bezw. notigenfalls
durchspült, beispielsweise zwecks Wärmeabfuhr. Der zwischen Membran 10 und dem vom
DZ 7 und Boden 6 eingeschlossenen Behälter gebildete Raum 16 wird ebenfalls, und
zwar über den Anschluß 17, , mit einer für die Elastomeren neutralen Flüssigkeit
gefüllt, und zwar auf gleichen Druck wie Raum 12 und in der Weise, daß die Mebran
10 ihre Bewegungen unbehindert ausführen kann. Auch in diesem Fall kann eine Spülung
vorgesehen werden. Wegen der starren Verbindung zwischen Kolben 2 und Boden 6 bleibt
das Volumen der Räume 12 und 16 zusammengenommen stets konstant, wenn man von den
geringen Einflüssen der veränderten Wandicke des DZ 7 infolge unterschiedlicher
Dehnung einmal absieht. Membran 10 ist keinen Druckbelastungen ausgesetzt. Durch
die im Raum 12 eingestellte Druckhöhe in Verbindung mit der Wahl des dort vorhandenen
flüssigen Mediums wie zuvor beschrieben ist es möglich, die Abdichtungsmaßnahmen
zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 zu vereinfachen bezw. so zu gestalten, daß bei
der Kolbenbewegung weniger Reibung und Verschleiß auftritt. Wie der Vergleich von
Abb.12 a und b erkennen läßt, kann der Pumpenraum 8 in der unteren Stellung totraumfreiauf
minimales Volumen reduziert werden, sodaß diese Pumpe ebensogut als Kompressor für
Gase geeignet ist. In diesem Fall kann, wenn es zweckmäßig ist, die Füllung der
Räume 12 und 16 ebenfalls aus Gas bestehen.
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Die Rückstellkraft des DZ 7 steht bei der Anordnung nach Abb.
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12 für den Druckhub mit zur Verfügung. Die Membran 10 ist entbehrlich,
wenn das Elastomer des DZ 7 mit der sich hinter dem Kolben 2 befindlichen Flüssigkeit
bezw. Medium (Raum 12) verträglich ist.
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In der soeben beschriebenen Abb.12 ist die erfindungsgemäße Kombination
eines axialelastischen Dehnzylinders (DZ) resp. Dehnspeichers (DSp) mit einem Kolben
in einem Pumpenaggregat behandelt worden. Die mitverwendete Membran diente dem Zweck,
den Dehnschlauch vor chemischen und/oder thermischen Einflüssen zu schützen. Hierbei
hatte sie nur eine trennende, jedoch keine kraftübertragende Rolle zu übernehmen.
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In den Abb. 13 - 15 sind, diesmal für den Einsatzfall Pulsationsdämpfung,
die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Kombinationen von DSp einerseits und
Trennorganen andererseits, die untereinander funktionell zusammengekoppelt sind,
gegenübergestellt. Die dem Trennorgan aufgezwungenen Bewegungen werden nunmehr durch
eine Flüssigkeitssäule auf den DSp übertragen. Dabei ist stets der Druck auf beiden
Seiten des Trennorgans gleich, soweit keine Verstellkräfte aufzuwenden sind.
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Da letztgenannte Kräfte insbesondere bei flexiblen Trennorganen klein
gehalten werden können, spielen sie keine besondere Rolle. Jedenfalls führen sie
nicht zu schädlichen mechanischen Belastungen der Membranen selber. Die Membranen
verhalten sich vielmehr so, als würde auf ihren Innen- und Außenseiten gleicher
Druck herrschen.
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In Abb.13 ist ein Kolben 1 in einem Zylinder 2 beweglich angeordnet.
Ein DZ 3 mit Boden 4 bildet zusammen mit dem Kolben und einem Teilabschnitt des
Zylinders 2 einen Druckraum resp.
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DSp 5, der durch den Kolben 1 gegen einen weiteren Druckraum 6 abgedichtet
wird. Letzterer weist den Boden 7 mit der Zuleitung 8 auf. Sobald im Raum 6 ein
Flüssigkeitsdruck aufgebaut wird, bewegt sich der Kolben 1 nach oben. War zuvor
der Raum 5 ohne oder mit Vordruck mit Flüssigkeit (evtl. Gas) gefüllt worden, so
bewegt sich der Boden 4 unter Spannung des DZ 3 in gleicher Richtung wie der Kolben.
Im Fall von Flüssigkeitsfüllung im Raum 5 sind die Hübe von 1 und 4 gleich groß.
Für das bei 8 angeschlossene Leitungssystem wirkt die beschriebene Anordnung als
Dämpfer oder Ausgleichsgefäß, wobei direkte Berührung des Elastomers mit dem Druckmedium
vermieden ist.
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Bei Füllung des Speichers mit Druckgas (Raum 5), kommen die
bekannten
thermodynamischen Effekte einer Gas feder mit zur Auswirkung, allerdings in abgeschwächter
Form, da eine Elastomerfeder mitarbeitet.
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Der Kolben 1 kann statt hydraulisch ebensogut auch mechanisch beaufschlagt
werden. - Die in Abb.13 gezeigtAnordnung ist nicht absolut leckfrei. Das will besagen,
daß je nach Betriebsweise die zwischen Kolben und Zylinder befindliche Dichtfläche
bezw.
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-Anordnung in der einen oder anderen Richtung den Durchtritt eines
Mediums zulassen könnte. Dies wurde sich durch Druckmessung resp. Beobachtung der
Stellung des Bodens 4 erkennen lassen. Ein etwa nötiges Ablassen oder Nachfüllen
von Druck- bezw Übertragungsmedium im Druckraum 5 kann dann über den Anschluß 9
vorgenommen werden.
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In Abb.14 wird bei sonst gleicher Bauart an Stelle des Kolbens eine
Membran 1 verwendet. Ansonsten gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Abb.13.
Stellung A der Membran 1 entspricht Stellung A' des Bodens 4, Stellung B korespondiert
mit Position B' für den DSp 5 bezw. seinen Boden 4. Bei der Verwendung einer Membran
kommt als übertragungsmedium im Raum 5 nur eine im wesentlichen drucklos eingefüllte,
für die Elastomere von Membran sowohl auch vom DZ neutrale Flüssigkeit in Betracht.
An die Membran wird, wie schon erwähnt, keine hohe Forderung bezüglich ihrer Festigkeit
gestellt, sie soll eine hohe Dauerwechselbiegefestigkeit besitzen. Der Druck- bezw.
hydraulisch beaufschlagte Energiespeicher gemäß Abb.14 ist völlig leckfrei.
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Eine entsprechende Wirkung wird durch die Anordnung erzielt, die in
Abb. 15, a und b, dargestellt ist. Anstelle einer schlaffen, sackartigen Membran,
wie in Abb.14, wird ein Faltenbalg bezw. Faltzylinder oder Wellenzylinder 1 benutzt.
Dieser ist unten offen und oben durch einen Boden 2 abgeschlossen.
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Des weiteren gelten wieder die gleichen Bezeichnungen für entsprechende
Bauteile wie in den zwei vorhergehenden Abbildungen.
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Die unteren offenen Ende von Faltenbalg 1 und DSp 3 sind mit Boden
7 dichtend so verbunden, daß zwischen dem Faltenbalg 1 und dem DSp 3 ein Druckraum
5 sowie innerhalb des Faltenbalges ein Druckraum 6 entsteht. Dieser kann über den
Zulauf 8 mit einem Druckmedium gefüllt bezw. entleert werden. Druckraum 5
enthält
eine für die Außenseite des Faltenbalges und für die Innenseite des DSp inerte übertragungsflüssigkeit,
welche drucklos oder mit geringem Überdruck bei sorgfältiger Entlüftung eingefüllt
wurde. Steigt der Druck im Raum 6 an, so vergrößert der Faltenbalg 1 sein Volumen
durch axiale Längung maximal um den Betrag hF. Durch die Übertragungsflüssigkeit
im Raum 5 wird auch der DSp zu einer gleich großen Volumenzunahme gezwungen, und
zwar unter axialer Dehnung um den Betrag hD.
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hD ist kleiner als hF, da der DSp einen größeren Querschnitt besitzt
als der Faltenbalg 1. Die Höchstbelastbarkeit dieses Druckausgleichs-Apparates ist
erreicht, wenn der Boden 2 des Faltenbalges am Boden 4 des DSp anstößt. Wird im
Raum 6 der hierzu gehörende Druck überschritten, so gerät der Faltenbalg unter inneren
Überdruck, dem er nach Möglichkeit nicht ausgesetzt werden sollte. Faltenbälge bezw.
Wellenzylinder können u.a. auch aus metallischen Werkstoffen oder Kunststoffen hergestellt
werden, die gegen besonders agressive Chemikalien beständig sind. Daher ist es mit
der in Abb.15 im Prinzip dargestellten Anordnung, die noch mannigfaltig abgewandelt
werden kann, möglich, Druckspeicher, Pulsationsdämpfer, Pumpen u.a.m. herzustellen,
die für praktisch alle Medien geeignet sind und hohe Hübe sowie Drücke weit über
10 bar zulassen.
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Abb.16 gibt eine Pumpe wieder, die durch mechanische Kopplung eines
Kolbens 1 mit dem Boden 3 eines DSp 2 gekennzeichnet ist.
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Der untere Boden 4 des DSp 2 trägt seinerseits einen Zylinder 5, der
zusammen mit dem Kolben 1 und entsprechenden Leitungsanschlüssen eine Pumpe bildet.
Durch abwechselndes Be- und Entladen des DSp mit einem beliebigen Druckmedium wird
die Pumpe in Betrieb gesetzt. Der erzielbare Förderdruck ergibt sich aus der in
Anspruch genommenen Rücksteilkraft des DZ 2 (dessen Dehnhub kann auch nur teilweise
bezw. in einem Teilbereich ausgenutzt werden), bezogen auf den Querschnitt des Kolbens
1. Das Verhältnis der DSp-Ouerschnittsfläche (abzüglich Kolbenquer schnitt) zur
Kolbenquerschnittsfläche bestimmt andererseits das erzielbare Druckübersetzungsverhältnis.
Die in Abb.16 gewählten Maßverhältnisse bringen es beispielsweise mit sich, daß
der Druck auf der Antriebsseite zum Förderdruck im Verhältnis 1 : 100 steht. Der
Zylinder muß mit dem Kolben gut abdichten,
was aber umso weniger
kritisch ist, je mehr Antriebs- und Fördermedium miteinander verträglich sind.
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In der Pumpenanordnung von Abb. 17 wird nocheinmal die Grundkonzeption
von Abb.10 aufgegriffen, wobei diesmal eine Kolbenpumpe einbezogen wird. Zwei untereinander
gleiche DZ 1, 2 sind über die Platte 3 miteinander verbunden. Ihre entgegengesetzten
Enden sind über Verbindungsstücke 4, 5 an Stangen 6, 7 unter gleichzeitiger gegenseitiger
Vorspannung befestigt. Der dadurch in vorbeschriebener Weise ermöglichte Wechselhub
h wird durch einen Antrieb bewerkstelligt, der z.B. an der Platte 3 angreift. über
Streben 8 ist ein Kolben 9 starr mit dem Boden 3 verbunden. Am unteren Ende 11 des
DZ 2 ist ein Zylinder 10 dicht befestigt, der einen Boden 12 mit Ansaugstutzen 13
besitzt. Kolben 9 weist eine Bohrung 14 mit Druckventil 15 auf.
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Auch die Platte 3 besitzt eine entsprechende Bohrung, und der Boden
16 des oberen DZ 1 ist mit einem druckseitigen Anschluß 18 versehen. Im Betrieb
wird im Druckraum 17 eine genau abgemessene Flüssigkeitsmenge beim Aufwärtshub angesaugt
und beim Abwärtshub in die Innenräume 19 und 20 der beiden DZ 2 resp.
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1 überführt. Da Innenraum 19 gleichbleibendes Volumen hat, wird die
eigentliche Förderung der unter Druck gesetzten Flüssigkeit durch die Volumenverkleinerung
des Raumes 20 bewirkt, und zwar während des Saughubes im Druckraum 17. Da die beiden
hintereinandergeschalteten DZ eine pulsationsdämpfende Wirkung haben, ist bei der
in Abb.17 gezeigten Kolben-Dosierpumpe die Forderung, einen nach Möglichkeit axial
durchströmten Dämpfer unmittelbar hinter dem Druckventil anzuordnen, in idealer
Weise erfüllt. Darüberhinaus ist die beschriebene Pumpe gegenüber der Umgebung völlig
abgeschlossen und leckfrei.
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Abb. 18 und 19 zeigen DSp-Kombinationen gemäß der Erfindung für das
Anwendungsgebiet der Druck- bezw. Arbeitszylinder für Pneumatik und Hydraulik.
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In Abb. 18 befindet sich ein Kolben 1 in einem mit zwei Anschlüssen
versehenen Zylinder 4, der Böden 2 und 3 aufweist.
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Boden 2 weist einen zentralen Durchbruch 5 auf, der der am
Kolben
1 befestigten Stange 6 Durchlaß gewährt. Diese Kolbenstange 6 gleitet in einer Führung
7, welche durch das Rohr 8 mit dem Boden 2 verbunden ist. Innerhalb dieses Rohres
8 ist ein DZ 10 so angeordnet, daß er die Stange 6 berührungslos umgibt. Er besitzt
an einem Ende einen Boden 9, der an der Stange 6 dichtend befestigt ist, während
sein anderes Ende dicht mit dem Boden 2 im Bereich des Durchbruches 5 verbunden
ist. Der DZ 10 benötigt eine Steifarmierung, wenn jegliche gleitende Berührung sowohl
mit der Stange 6 als auch mit dem Rohr 8 vermieden werden soll, mindestens jedoch
eine Zugarmierung, um dem im mit seinem Inneren kommunizierenden Druckraum 11 herrschenden
Druck standhalten zu können. Da der DZ 10 den Raum 11 abdichtet, hat das Lager 7
keine Dichtfunktion zu übernehmen. Je nach dem Druckunterschied zwischen den Räumen
11 und 12 kann der Kolben 1 Bewegungen bezw. Kräfte in der üblichen Weise übertragen.Dabei
muß in der einen Richtung die Dehnkraft des DZ 10 überwunden werden, die dafür in
der Gegenrichtung als zusätzliche Antriebskraft zur Verfügung steht.
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Die in Abb.18 beschriebene Anordnung stellt einen doppelt wirkenden
Kolben-Zylinder dar, der nach außen völlig leckfrei ist, Leckagen können je nach
Güte der Kolbendichtung nur zwischen den Druckkammern 11 und 12 auftreten.
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Der Zylinder gemäß Abb.19 arbeitet völlig ohne Kolben und den damit
verbundenen Reibungs- bezw. Abdichtungsproblemen.Er weist einen Zylinderkörper 1
auf mit Böden 2 und 3, die entsprechende Anschlüsse besitzen. Die Hubstange 4 ist
durch eine Öffnung 5 des Bodens 3 gesteckt und wie in Abb.18 bereits beschrieben
zwecks flexibler Abdichtung mit einem DZ 6 bestückt. Am Boden 2 ist ein DSp 7 befestigt,
dessen gegenüberliegender Boden 8 fest und dichtend mit der Stange 4 verbunden ist.
Außerdem ist in den Boden 2 eine Führungshülse 9 eingesetzt, die das zugeordnete
Ende der Stange 4 in allen möglichen Positionen führt.
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Hülse 9 muß so beschaffen sein, daß im gewünschten Ausmaß ein Druckausgleich
zwischen ihrem Innenraum 10 und dem Druckraum 11 möglich ist. Bei Bedarf kann die
Hubstange 4 noch an anderen Stellen geführt werden, so im Bereich der Öffnung 5
oder analog der in Abb.18 beschrieben Anordnung (Ziff.7).Alle erwähnten Führungshilfen
können von einfacher, reibungsarmer
Bauweise sein, da sie keine
Dichtungsfunktion wahrzunehmen haben.
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Die Abb. 19 stellt einen im Innern und nach außen völlig leckfreien,
reibungsarmen Arbeitszylinder dar. Er kann z.B.
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doppelt wirkend betrieben werden. Dabei bewegt sich die Hubstange
4 nach links, wenn der DSp 7 unter Überdruck von innen steht, und nach rechts, wenn
der Druck im Raum 12 zusammen mit den rücktreibenden Kräften der DZ 6 und 7 den
Druck im Raum 11 übersteigt. In diesem Fall kann der DZ 7 unter Überdruck von außen
geraten und muß daher neben einer Zugauch eine Druckarmierung haben, d.h. z.B. steifarmiert
sein.
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Es sind aber auch andere Arbeitsweisen möglich. Wird die Zuleitung
13 zum Druckraum 12 lediglich als Druckausgleich zur Umgebung geöffnet gehalten,
so kann der Zylinder einfach wirkend betrieben werden, indem nur Raum 11 an ein
Netz mit wechselndem Druck angeschlossen wird. Die erwähnten elastischen Rückfederkräfte
der beiden DZ können noch durch eine pneumatische Feder unterstützt werden, wenn
man den Raum 12 mit Druckgas füllt und die Öffnung 13 verschließt. Ebenfalls kann
das Gerät als federnder Stoßdämpfer dienen, wobei die Öffnung 13 als Drossel für
ein Fluid dienen kann, das sich im Raum 12 befindet.
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Die Anwendung des axialelastischen Dehnzylinders resp. Dehnspeichers
als Hubzylinder bezw. Linearantrieb ist bereits in früheren Veröffentlichungen beschrieben
worden. Durch die vorliegende Erfindung sind darüberhinaus neue Ausführungen mit
speziellen Eigenschaften hinzugekommen. Es ist jedoch nicht möglich, die Vielzahl
weiterer Anordnungen und Kombinationen mit z.T. für sich allein bekannten Funktionselementen
im Einzelnen aufzuführen.
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Beispiele, bei denen ein starrer Druckraum mit einem flexiblen Druckbehälter
in Form axialer DZ bezw. DSp kombiniert werden, sind schließlich noch in den Abb.
20 - 22 wiedergegeben.
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Eine pneumo-elastische Federkombination ist in Abb. 20 zu sehen. Ein
DZ 1 ist am unteren Ende an einem Boden 2 befestigt und trägt am obenen Ende zum
Abschluß einen Deckel 3.
Ein ihn umgebendes#kreiszylindr.isches
Druckgefäß 4 wird durch die Wand 6 und den Deckel 7 qebildet und ist bei 5 mit Boden
2 dicht verbunden. Der zwischen DZ 1 und Druckgefäß 4 gebildete Druckraum 8 hängt
mit seinem Volumen davon ab, wie weit der DZ 1 durch eine auf die Schubstange 9
einwirkende Kraft axial gedehnt wird. Dadurch wird ein über den Stutzen 10 in den
Druckraum 8 eingeführtes Druckgas unter weiter ansteigenden Druck gesetzt. In der
dargestellten Endposition A resultiert daraus eine Rückstellkraft, die der Summe
des auf den Deckel 3 wirkenden Gasdruckes und der maximalen elastischen Rückstellkraft
des DZ 1 entspricht. Im Zustand völliger Entlastung des DZ 1 - Position B - verbleibt
als Rückstellkraft allein der Fülldruck des Gases im Druckraum 8, da die elastische
Kraft auf Null abgesunken ist.
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Zur Parallelführung der Stange 9 ist im Boden 2 ein Lager 11 vorgesehen.
Weiterhin trägt der Deckel 3 einen Führungsring 12 mit Gasaustausch-öffnungen 13.
Statt des Führungsringes 12 können auch andere, einfache Maßnahmen benutzt werden,
die den DZ 1 im Bereich des Deckels 3 oder auch an anderen Stellen des DZ-Mantels
führen und damit eine Berührung des Gefäßmantels 6 durch Schräglauf der Stange 9
oder auch durch etwaiges seitliches Ausweichen des DZ, wobei allerdings nur geringe
Kräfte auftreten, verhindern. Das erwähnte seitliche Ausbiegen kann allerdings,
wie auch in anderen Anwendungsfäldes DZ, nur auftreten, wenn der DZ 1, abweichend
von der Darstellung in Abb.20, hydraulisch oder pneumatisch beschickt wird, und
sich gegen den Widerstand einer axial gerichteten Gegenkraft auszudehnen bestrebt
ist.
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Die in Abb.20 dargestellte und beschriebene Vorrichtung arbeitet als
Feder, deren Charakteristik durch die DZ-Elastizität in Verbindung mit der über
Zuleitung 10 verstellbaren Gasfeder bestimmt ist. In bekannter Weise kann eine Dämpfung
durch die Öffnungen 13 oder, von außen regulierbar, durch eine nicht dargestellte
Verbindung zwischen den durch den Ring 12 getrennten Teilbereichen des Druckraumes
8 bewirkt werden.
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Der DZ 1 in Abb.20 benötigt bei Schubstangenbetrieb eine reine Druckarmierung,
bei Antrieb mit Fluiden zweckmäßigerweise eine Steifarmierung. Er arbeitet leck-
und wartungsfrei und benötigt kein Schmiermittel.
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Die in Abb.21 wiedergegebene Ausführung ähnelt im Prinzip der Abb.20.
Es handelt sich ebenfalls um einen DZ 1, der in ein starres Gefäß 2 hineinragt.
DZ 1 kann, wie dargestellt, durch den Boden 3 mit Zuleitung 4 zu einem Dehnspeicher
erweitert werden, oder auch, wie zuvor beschrieben, durch eine nicht dargestellte
Schubstange oder dergl. angetrieben werden. Durch entsprechneden Hubbewegungen des
DZ resp DSp wird in dem zwischen ihm und dem Starrbehälter gebildeten Druckraum
5 eine Pumpwirkung ausgelöst. Die Arbeitsweise ist wie bei bekannten Membranpumpen,
jedoch läßt sich ein vorgegebenes Hubvolumen bei wesentlich kleinerem Durchmesser
der Pumpe erreichen, weil der DZ größere Hübe als Membranen bekannter Art zuläßt.
Dies gilt insbesondere, wenn höhere Pumpendrücke oberhalb z.B. 10 bar erreicht werden
sollen. Es können Drücke bis 100 bar und darüber aufgebracht werden. Da der Elastomerschlauch
des Dehnzylinders in allen Teilen gleichmässig belastet wird, lassen sich hohe Lebenserwartungen
im Dauerbetrieb erzielen, die freilich umso größer sind, je geringer die Hubbewegung
im Vergleich zur maximalen Belastbarkeit des Elastomers gewählt wird.
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Auch die Abb.22 stellt im Schnittbild eine Pumpe dar, bei der ein
DZ 1 in ein starres Gefäß 2 unter gegenseitiger Abdichtung hineinragt. Die Arbeitsweise
ist jedoch umgekehrt wie in Abb.
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21, d.h. der Antrieb erfolgt durch Kräfte, die auf die äußere Stirnfäche
3 des DSp 1 einwirken, sei es über ein bei 4 in den Behälter 2 eingeleitetes Druckmedium
oder über eine Schubstange 5 (in letzterem Fall dient das Gefäß 2 zur Führung und
zum Schutz des DZ). Um eine Pumpwirkung durch ein Fluid zu ermöglichen, muß der
DZ vorgespannt weren, wozu die zugleich als Druckarmierung dienende Schraubenfeder
6 herangezogen werden kann. (Bei Schubstangenantrieb ist stattdessen eine Zugarmierung
in Verbindung mit einer nicht notwenigerweise vorgespannten Druckarmierung erforderlich).
Der Pumpenraum 7 ist ferner so gestaltet, daß sich in ihm eine Membran 8 frei bewegen
kann. Sie trennt in vorbeschriebener Weise das Fördermedium MF von dem Übertragungsmedium
Mü, sodaß weder das Elastomer des DZ 1 noch der Werkstoff der Feder resp. Druckarmierung
6 mit dem Fördermedium in Kontakt kommen. Es handelt sich um eine hinsichtlich Antriebsart
und Fördermedium vielseitig verwendbare Flüssigkeitspumpe kompakter Bauart.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es u.a. vorgesehen, daß Dehnzylinder
durch mechanische Kräfte gedehnt werden, sei es zum Zweck der federnden Vorspannung
oder bei der Kraftübertragung durch Hubstangen. Wird ein DZ gelängt, ohne daß in
seinem Innern ein Überdruck herrscht, so neigt er zur Einschnürung, d.h. einer Verringerung
seiner lichten Weite. Um das zu verhindern, ist eine Druckarmierung vorgesehen.
Diese kann u.a.
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in die Elastomerwand des DZ eingelagert sein. In diesem Fall steht
sie auch zum Zweck einer Zugarmierung zur Verfügung. An und für sich ist die Wirkung
einer solchen Armierung umso grösser, je größer der Querschnitt der einzelnen Armierungselemente
ist und je geringeren Abstand benachbarte Armierungselemente haben. Es ist jedoch
nicht zu vermeiden, daß in der Umgebung dieser Verstärkungseinlagen eine Ungleichmäßigkeit
von Spannung bezw. Verformung des Elastomers auftritt. Diese Aussage gilt unabhängig
davon, ob zwischen dem Elastomer und der Oberfläche der Armierungselemente eine
Haftung besteht, wenn auch abhängig von der Haftung das lokale Spannungsfeld einen
anderen Verlauf annimmt.
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Es wurde gefunden, daß es zur Vermeidung vorzeitiger Ermüdung des
Elastomers in den genannten kritischen Bereichen zweckmäßig ist, in Abhängigkeit
von der Wandstärke der Elastomerwand und von den Abmessungen der Armierungselemente
bestimmte geometrische Relationen einzuhalten. In Abb.23 ist ein Abschnitt der Wand
1 eines Elastomer-DZ dargestellt, in dem sich beispielsweise oval ausgebildete Armierungsdrähte
2 befinden. Die Dicke der nicht gedehnten Wandung ist to, der in radialer Richtung
gemessene Durchmesser der Armierungselemente sei dR, während ihr axial gemessener
Durchmesser mit dA bezeichnet ist. Sie haben untereinander in axialer Richtung den
Abstand Das DasVerhältnis to/dR soll nun größer als 2 bis 3 sein, und das Verhältnis
so/dA soll größer als 1, bevorzugt größer als 2 sein. Ferner werden Anordnungen
bevorzugt, bei denen das Produkt to/dR. so/dA größer als 3 ist. Durch diese Bedingungen
wird erreicht, daß genügend ausgedehnte Elastomerzonen zur Verfügung stehen, um
die Spannungsungleichmäßigkeiten auszugleichen. Die genannten Mindestwerte gelten
für nicht zu hohe Beanspruchung, die bevorzugten Werte und noch größere Zahlenrela-
tionen
sollten gewählt werden wenn sehr hohe Dehnungen bezw.
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hohe Frequenzen der Dehnungsamplituden verlangt werden oder bei anderweitig
bedingten erschwerten Betriebsbedingungen. Die aufgestellten Regeln gelten sinngemäß
auch bei abweichender Ausgestaltung der Armierung, z.B. auch bei nicht ganz allseitig
vom Elastomer umgebenen Armierungselementen. In jedem Fall sollten auch scharfe
Kanten im Umrißbild der Armierungselemente vermieden werden.
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Für die der Erfindung zugrundeliegenden verschiedenen Kombinationen
mit axialen Dehnzylindern resp. Dehnspeichern sind eine Anzahl von Beispielen sowie
eine Reihe von Anwendungsgebieten genannt worden. Unter Heranziehung der Grundgedanken
der Erfindung gibt es noch zahlreiche weitere Realisierungsmöglichkeiten, die im
einzelnen nicht aufgeführt werden können.