DE3545631A1

DE3545631A1 - Anordnung, geeignet auch fuer pumpen und motoren mit sehr hohen drucken oder mit nicht schmierendem fluid

Info

Publication number: DE3545631A1
Application number: DE19853545631
Authority: DE
Inventors: Karl 7180 Crailsheim Eickmann
Original assignee: BREINLICH RICHARD DR; BREINLICH RICHARD DR 7120 BIETIGHEIM-BISSINGEN
Current assignee: EICKMANN, KARL, 7180 CRAILSHEIM, DE
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1985-12-21
Publication date: 1986-08-21

Description

Anordnung geeignet auch fuer Pumpen und Motoren
mit sehr hohen Drucken oder @@@@ nicht schmierendem Fluid Anordnung geeignet auch fuer Pumpen oder Motoren mit sehr hohen Drucken ode*ncht schmierendem | Fluid : In der Hauptanmeldung und frueheren Veroeffentlichun gen des Anmelders oder des Erfinders sind Pumpen mit konischen Ringelementen fuer hohe Drucke bekannt geworden. Derartige Aggregate sind mit Drucken von ueber tausend Bar gebaut worden und noch weiter in der Entwicklung fuer noch hoehere Drucke. Doch kann man die Drucke nicht unbegrenzt hoch steigern, da auch die Ringelemente dabei immer dicker und die Pumphuebe immer kleiner wuerden, je mehr der Druck gesteigert wird.
Bei den bei so hohen Drucken natwurgemaess kleinen Foerdermengen der Pumpe bewirkt jede kleine Formveraenderung bereits erhebliche Foerderverluste.
Die bekannte Technik ist daher mit Grenzen belastet, die keine weiteren Drucksteigerungen bei ausreichendem Wirkungs= grade mehr zulassen, sodass ein Bedarf an neuen Loesungen besteht, um den Druck der Hochdruck Aggregate, insbesondere der Hochdruckpumpen fuer nicht schmierende Fluessigkeiten noch weiter erhoehen zu koennen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Druckbereich der Pumpen und Motoren ueber tausend Bar hinaus bei tragbar gutem Wirkungsograde zu steigern und dabei den Betrieb des Aggregates auch fuer Wasser zu ermoeglichen sowie nach Moeglichkeit auch einen Pumpe oder einen Motor fuer nicht schmierende oder Rost verursachende Fluessigkeiten moeglichst fuer unbegrenzte Lebensdauer mit einfachen und bet,riebssicheren technischen Mitteln zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach dem kemnnzeichnendem Teil des Patentanspruches 1 geloest und weitere bevorzuegte Loesungen der Aufgabe erfolgen durch die Unteransprueche 2 bis 19.
Fig.1 ist ein Laengsschnitt durch ein Aggregat der Erfindung.
Fig.2 ist ein Laengsschnitt durch ein Ausfuehrungsbeispieli Fig.3 ist auch ein Schnitt durch ein Ausfuehrungsbeispiel; Fig.4 ist ebenfalls ein Schnitt durch ein Ausfuehrungsbeispiel der Erfindung.
Fig.5 ist ein Diagramm mit technischen Daten.
Fig.6 ist ein Diagramm mit weiteren technischen Daten; Fig.7 ist ein Schnitt durch ein weiteres Ausfuehrungsbeispiel, und - Fig.8 ist ein Schnitt durch einen Teil der Erfindung.
Die genannten Ausfuehrungsbeispiele sind Ausfuehrungs= beispiele nach der Erfindung und die Schnitte sind im Wesentli= chem Laengsschnitte durch die Aggregate, wobei jedoch stellenwei= se Teile, zum Beispiel die Treibwellen, quer geschnitten sind, weil sie senkrecht zu der betreffenden Laengsschnitt-Ebene stehen.
Figur 1 zeigt im Wesentlichem alle Teile der Figur 8 der Hauptanmeldung. Da diese in der Hauptanmel= dung beschrieben sind, wird hier auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet. Siehe zum-Beispiel die Teile 1,2,27,28, 29 und 32. Eine Verbesserung gegenueber der Figur 8 der Hauptanmeldung besteht darin, dass die Nuten 29 tiefer und die Traglippen 32 laenger ausgebildet sind, als in der Figur 8 der Hauptanmeldung. Dafuer aber sind die Nuten radial ausserhalb der Nut 29 fortgelassen. Erreicht wird dadurch, dass keine auf Zug beanspruchten duennwandigen Teile verbleiben.
Die Traglippen 32 sind lediglich auF Druck beansprucht.
Damit trotzdem ausreichende radiale Federfaehigkeit entsteht, sind sie entsprechend laenger ausgebildet,was eine Vertiefung der Nuten 29 verlangt. Ausserdem sind die Eindrehungen unter den Dichtlippen der Hauptanmeldung in der Figur 1 der gegenwaer= tigen Anmeldung fortgelassen. Denn sie sind schwer herstellbar, weil die Fuellkloetze 5 bei Wasseraggregaten ja aus nicht rostendem Material hergestellt werden muessen. Solches Material aber ist zaehe und die Drehstaehle brechen leicht beim Drehen schmaler tiefer Nuten in solchem Material. Stattdessen ist in der Figur 1 erfindungsgemaess das Dichtringtragrohr 3 angeordnet. Es umgibt den Fuellklotz 5 derart, dass ein enger Spalt 4 von einigen hundertstel ilimetern zwischen dem Aussendurchmesser und dem Innendurchmesser des Rohres 3 entsteht, der jedenfalls 0,1 bis 0,2 mm moeglichst nicht ueberschreiten soll. Denn bei dieser Spaltweite dringen ausreichende Druckfluidmengen aus der Arbeitskammer in den Spalt ein, um ihn zu fuellen und so das Tragrohr 3 radial von inner her zu belasten. Das betreffende Dichtringtragrohr 3 hat die Dichtringnut 93 zur Aufnahme des nicht eingezeichneten plastischen Dichtringes aus Gummi, Teflon oder dergleichen.
Dieser Dichtring in Nut 93 dichtet zwischen dem Element 1 und dem Tragrohr 3. Radial ausserhalb des Tragrohres 3 herrscht daher geringerer Druck, als radial innerhalb des Tragrohres 3. Ausserdem ist das Tragrohr 3 radial duenner, als es die Pumpelemente 1, die konischen Ringteile 1, sind.
Das Dichtringtragrohr 3 weitet sich daher unter dem Innendruck leichter radial nach aussen auf, als die Element 1 es tun.
sichert automatisch eine zu allen Zeiten wirkende gute Dichtung, gleichgueltig, wie weit sich die Elemente 1 auch radial unter dem Arbeitsdruck in der Arbeitskammer ausdehnen moegen. Das ist sehr wichtig und eine neue Erkenntnis der Erfindung, denn - nach japanischen Berechnungen dehnen sich die Elemente 1 weiter radial aus, als das nach der deutschen Fachliteratur zu erwartenwaere.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist in Figur 1, dass die Anordnung in einem staerkem Gehaeuse 6, zum Beispiel in einem dickwandigem Rohre 6 angebracht wird und dieses Gehaeuse 6 mit einer zeitlich steuerbaren Druckfluid= leitung 7 versehen wird. Das Gehaeuse 6 wird voellig verschlossen und durch die Leitung 7 wird in den Innenraum im Gehaeuse 6 zeitlich parallel zum Druckanstieg und Abstieg in der rbeitrskammcr zwischen den Elementen 1 ein im Vergleich zum Arbeitskammerdruck etwa halb hohen Fluiddruck gefuellt.
Dadurch koennen die Elemente 1 und alle anderen Teile der Anordnung zwischen dem Kammer ndruck der Arbeitskammer und dem Drucke innerhalb des' Gehaeuses 6 arbeiten. Die Teile der Anordnung sind dadurch nur halb so hoch belastet unter rbneitskammer Innendruck, als in der Ausfuehrung der Hauptan= meldung. Folglich kann man, um gleich belastete Teile mit der Hauptanmeldung zu erhalten, im Vergleich zur Hauptanmeldung der Arbeitskammerndruck verdoppeln. Dadurch erreicht man eine Verdoppelung des Druckes, ohne eine Doppelstufenanordnung verwenden zu muessen. Allerdings muss das Gehaeuserohr 6 entsprechend dickwandig sein, um nicht zu sehr radial aufzubiegen, wenn es mit dem Halbdruck gefuellt ist.
Figur 2 zeigt den Laengs-Schnitt durch das einfachste Aggregat der Erfindung. Die Arbeitskammer I? befindet sich im Gehaeuse 11 und hat ein Einlass und ein Auslass Ventil 20 und 21, wobei entsprechende Uerbindungskanaele 22 und 23 angeordnet sein koennen. Wichtig ist, dass die Achse der Arbeitskammer senkrecht steht. Denn unten in der Kammer 17 soll das zu pumpende nicht schmierende oder rostverursachende Medium, zum Beispiel, das Wasser, gepumpt werden. Oberhalb des Kammernteiles 17 befindet sich der Kammernteil 16, der erfindungsgemaess mit einem schmierfaehigem Fluid gefuellt ist, das im Vergleich zum Fluid in Kammernteil 17 eine geringere Dichte bzw. ein geringeres spezifisches Gewicht hat. Diese Fluessigkeit des geringeren spezifischen Gewichts wird die erste Fluessigkeit genannt und die Fluessigkeit in dem Kammernteil 17 mit dem hoeherem spezifischem Gewicht wird die zweite Fluessigkeit genannt. Die erste ist die schmierende, die zweite die nicht schmierende Fkluessigkeit.
Infolge des Unterschiedes der spezifischen Gewichte der Fluessigkeiten schwimmt die erste immer oben im Kammernteil 16 auf der zweiten darunter im Kammernteil 17. Die beiden unterschiedlichen Fluessigkeiten trennen sich also immer automatisch voneinder durch ihr unterschiedliches spezifisches Gewicht.
Daher kann der Betrieb des Motors oder der Pumpe in den Bereich der schmierenden, oberen, ersten Fluessigkeit im Kammernteile 16 verlagert werden. Teile 16 und 17 sind Teile einer einzigen, gemeinsamen Kammer in dieser Figur.
Oberhalb des Kammernteiles 16 kann daher der Pumpkolben 15 angeordnet und reziprokiert werden. Seine Reziprokations Bewegung mag man von Hand oder motorisch betreiben. Motorisch zumæ Beispiel durch die Anordnung der Umlaufwelle 12 mit einem Exzenterhubteil 13, dessen Aussenflaeche dann ueber einen im Kolben schwenkbar gelagerten Kolbenschuh 14 den Kolbenn treiben kann. Man drueckt nun das Wasser oder ein anderes Fluid unter leichtem Vordruck durch das Einlassventil 20 in die Kammer 17, wodurch der Kolben 15 in seine Ausgangslage z urueck gedrueckt wird. Stattdessen koennte man den Kolben t 15 auch durch eine Gleitfuehrung oder durch ein Federmittel in seine Ursprungslage zurueckziehen. Zweckdienlicherweise werden Einlaesse oder Kontroll - Oeffnungen 18 und 19 angeord= net, um sicherzustellen, dass sich die richtigen Fluidmengen des ersten und des zweiten Fluids in den Kammernteilen 16 und 17 befinden.
In der Figur 3 ist das gleiche System gezeigt, doch wird durch die mehreren Hubexzenter 13,23 und 24 angedeutet, dass mehrere Rrbeitsaggregate hintereinander liegen und durch die Welle 12 mit ihren Hubteilen 13,23 und 24 zeitlich nacheinander betrieben werden. Durch den Anschluss. 27 kann auch der Hubexzentérraum 25 mit.Uordruckfluid gefuellt werden1 das dann zeitweilig, wenn die Steuernut 26 beim Umlauf der - Welle 12 die Bohrung oder den Kanal 28 im Kolbenschuh trifft, durch Nut 26, Kanal 28 und den den Kolben 15 durchdringenden Kanal 30 in die Mittelleitung 31 geleitet werden kann, um diese mit der richtigen Fluidmenge zu fuellen.
Der Mittelkanal 30 fuehrt von dem Zylinder, in dem der Kolben 15 laeuft, und zwar von dessen Zylinderboden aus, zu der ebenfalls im Gehaeuse 11 angeordneten Arbeitskammer 32. In ihrem Oberteil ist der Folgekolben 33 dichtend reziprok kierbar gelagert. Der Kolben 15 ist der Erstkoiben, waehrend der Kolben 33 der Zweitkolben ist. Zwischen den beiden Kolben befindet sich die den Mittelkanal 31 fuellende Fluidsaeule 31, die die Bewegung des einen der Kolben auf den anderen Kolben uebertraegt. Im Beispiel der Figur 3 ist, wenn das Aggregat als Pumpe verwendet wird, der Erstkolben 15 der Geberkolben und der Zweitkolben 33 der Folgekolben. Die Kolben koennen unterschiedliche Durchmesser zwecks Erzielung einer Kr tuebersetzung haben. Der Erstkolben kleineren Durchmessers aber laengeren Hubes bewirkt so eine groessere Kraft kuerzeren Hubes des Folgekolbens oder Zweitkolbens 33. Unterhalb des Folgekolbens 33 ist die Fluidkammer 33 ausgebildet, in die der Folgekolben 33 ggf. einta,uchen kann und die den ersten Kammernteil bildet, der mit dem erstem Fluid gefuellt ist, also mit dem schmierendem Fluid gefuellt ist, damit der Kolben 33 und dessen Einpassung in der Laufbuchse 45 nicht durch nichtschmierendes oder rostverursachendes Fluid beschaedigt werden kann. Unterhalb des Kammernteils 33, das dem Kammerteil 16 der Figur 2 entspricht befindet sich der Kammernteil 37, der dem Kammernteil 17 der Figur 2 entspricht und das nicht schmierende zu pumpende zweite Fluid enthaelt. Der Kammernteil 37 ist entsprechend wieder mit Einlassventil 38 und Auslassventil 39 - ggf.
federbelastet- versehen. Diese Ventile sind in dieser Figur zu Sammelleitungen 41 und 42 fuer den Einlass und Auslass aller Arbeitsaggregate verbunden. Als Besonderheit im Vergleich zur Grundfigur 2 ist in Figur 3 ein Trennmittel 36 zwischen den Kammernteilen 35 und 37 angeordnet, um Vermischen durch Planschen der ersten und der zweiten Fluessigkeit zu vermeiden.
Das Trennmittel 36, das eine Scheibe sein mag, kann mit Dichtringnutmitteln 43 zur Aufnahme nicht eingezeichneter plastischer Dichtringmittel versehen sein. Solche Dichtringe sind in den Figuren nicht schraffiert eingezeichnct ,weil sie im Querschnitt klein sind und die Uebersicht der Figuren beeintraechtigen wuerden.
Da es bei den Ausfuehrungen der Erfindung nach den Figuren 2 bis 4 sehr wichtig ist, dass die betreffenden Kammernteile 16,17,35,37 und der Mittelkanal 31 immer genau die richtigen Fluidmengen enthalten, ist es zweckmaessig, die Oeffnungen oder Anschluesse 34,44,46 und / oder 47 oder einige oder einen derselben verschliessbar anzuordnen.
Zum Zum Beispiel den Anschluss 34 zum Mittelkanal 31, dazu ebenfalls den Anschluss 44, den Anschluss 46 zum Erstfluid Kammernteil 33,16 und den Anschluss 47 zum Zweitfluid Kammernteil 37,17.
Zweck dieser Anschluesse ist es einmal die betreffenden Kammernteile oder den Mittelkanal zu fuellen, oder deren Inhalt an Fluidmenge zu kontrollieren oder zu berichtigen.
Besonders zweckdienlich ist diese Kontrolle oder Fuellung - automatisch zu gestalten, zum Beispiel mittels elektronischer Senser und entsprechend gesteuerter Fuell - oder Kontroll - Aggregate. Die Anordnung der Teile 12,13,23,24 bewirkt regulierte Foerderung ueber den Umlaufwinkel der Welle 12, die Anordnung des Teiles 36 bewirkt Vermeidung der Mischung des ersten mit dem zweitem Fluid und die Anordnung des Teiles 33 ermoeglicht eine entsprechende Kraftverstaerkung.
In der Figur 4 ist die Ausfuehrung fuer hoechste Drucke als Pumpe und fuer praktisch unbegrenzte Lebensdauer gezeigt. Die Kolbenantriebsteile 12,13 usw. fuer den Geberteile koennen mit den Mitteln der hydrostatischen Aggregate des Anmelders fuer unbegrenzte Lebensdauer gebaut werden, weil sie kein nicht schmierendes oder Rosten verursachendes Fluid beruehren. Der bereits aus der Figur 3 bekannte Trennkoerper 36 hat deshalb unbegrenzte Lebensdauer, weil er keinen Belastungen ausgesetzt ist. Er schwimmt ja nur zwischen zwei Fluiden gleichen Druckes. Die Ventile und Kanaele, wie die Kammernteile 35 und 37 sind angeordnet und wirkten sinngemaess, wie in Figur 3. Ebenso die Anschluesse.
Der Geberkolben 15 hat einen relativ kleinen Durchmesser im Vergleich zu dem von ihm ueber die Fluidsaeule in dem Mittelkanal 31 angetriebenem Folgekolben 49. Dadurch wird erreicht1 dass der Folgekolben 49 wegen seiner groesseren Ouerschnittsflaeche mit , einer vielfachen Kraft relativ zur Kraft des Geberkolbens 15 bewegt wird und zwar in der Figur nach unten bewegt wird. Das vordere oder untere Ende des Folge kolbens 49 muendet in die bevorzugterweise drucklose Zwischenkammer 50. Sie mag drucklos gehalten sein durch den Anschluss 51, der mit der Atmosphaere oder besser mit einer druckarmen Kammer des Aggregates verbunden sein mag.
Die Besonderheit der Figur 4 im Vergleich zur Figur 3 besteht darin, dass in der Figur 4 der Folgekolben 49 auf einen Hochdruck Pumpkolben 52 kleineren Durchmessers wirkt. Der Hochdruck Pumpkolben 52 ist in der Figur achsgleich unter dem Folge kolben 49 angeordnet und in der Laufbuchse 45 aus nicht rostendem Material dicht reziprokierbar gefuehrt.
Er taucht mit seinem vorderem, unterem Ende in den Kammernteil 35 mit dem erstem Fluid darin ein und sein rueckwaertiges, obers ' Ende lagert auf der Stirnflaeche des Folgekolbens 49. Die uebrigen Teile der Figur 4 entsprechen im Prinzip denen der Figur 3 und brauchen daher hier nicht noch einmal neu beschrieben werden. Durch die Anordnung des Hochdruck Pumpkolbens 52 mit im Vergleich zum Folgekolben 49 kleinem Durchmesser wird erreicht, dass der Folgekolben 49 einen grossen Querschnitt hat, waehrend der Hochdruck Pumpkolben 52 einen kleinen Querschnitt hat. Dadurch erreicht der Hochdruck Pumpkolben 52 einen wesentlich hoeheren Druck in der Kammer 35-37, als der Folgekolben darin erreichen koennte, weil ja infolge der Querschnittsunterschiede eine Kraftuebersetzung zwischen. dem Folgekolben 49 und dem Hochdruck Pumpkolben 52 angeordnet ist. Die hydrostatische Geberstufe des Erstkolbens 15 arbeitet rationell, wenn die Aggregate und Teile nach Patentschriften des Erfinders eingebaut sind, mit 500 bis 1000 Bar Oeldruck. Macht man nun den Querschnitt des Hochdruck Pumpkolbens 52 etwa viermal kleiner, als den des Folgekolbens 49, dann hat man eine vierfache Druckuebersetzung, was zur Folge hat, dass der Hochdruck Pumpkolben 52 dann mit 2000 oder 4000 Bar arbeitet, also in den Kammernteilen 35 und 37 ein Druck von 2000 bzw. 4000 Bar erzeugt wird, wenn der Geberkolben 15 einen Druck von 500 bzw. 1000 Bar erzeugte.
Andere Druckbereiche und Uebersetzungen koennen beliebig gewaehlt werden' soweit die Anlage ausreichend stabil gebaut ist.
Die Figuren sind so gezeichnet, dass,man die erforderli= chen Teile gut erkennen kann, aber nicht immer mass-staeblich.
Etwa mass-staeblich sind die Klampenringe und Elemente mit ihren Innenteilen, sowie das Gehaeuserohr6der Figur 1. Auch die Kolben und Wandstaerken der rechten Seite der Figur 4 kann man noch als grob mass-staeblich ansehen. Demgegenueber sind die Wellen und Exzenter Hubteile der Figuren 2 bis 4 voellig unmass-staeblich gezeichnet. In der Praxis sind die Wellen 12 viel dicker und sie sind fuer die hohen Drucke wenn sie unbegrenzte Lebensdauer erreichen sollen, in Lagern nach dem USA Patent 413101203 des Erfinders gelagert. Die Laufbuchsen sind fuer Wasserbetrieb in dem Kammernteil 37 bevorzugterweise aus VEW Edelstahl und in starkwandige Gehaeuse eingesetzt1 doch koennen auch die Gehaeuse aus dem genanntem Edelstahle sein.
In der Figur 7 ist der Trennkoerper 36 der Figuren 3 und 4 durch eine eingespannte Membrane 61 ersetzt. Diese ist mittels des Einsatzes 91 im Gehaeuse 1 in Sitzen fuer ihren Bord 62 fest gehalten, wobei die Schrauben 92 zur Befestigung des Halteeinsatzes 91 verwendet sein moegen.
Zu beachten ist hier; dass es sich nicht um eine pumpende Membrane des herkoemmlichem Einsatzes, sondern um eine Fluid Trennmembrane handelt. Uebliche Membranenen wuerden als Pumpen bei den hohen Druecken, die die Erfindung verwenden will, laengst brechen, bevor der Druck erreicht waere. Als Trennmembrane fuer die Verhinderung der Vermischung des ersten Fluids mit dem zweitem Fluid in den Kammernteilen 35 und 37 aber ist die Membrane von beiden Enden her mit gleichen Drucken belastet. Sie traegt also keine Pumplast und ist keiner Pumpbelastung ausgesetzt. Doch ist ihr Durchmesser ausrei,chend gross zu waehlen und ist ihre Dicke ausrei,chend duenn zu halten, damit sie ohne hohe innere Spannungen durchbie= gen und den Auf und Ab - Bewegungen der beiden Fluide in den Kammern 35 und 37 folgen kann. Man baut diese Membrane 61 vorteilhafterweise aus Stainless-Stahl oder Carbonfiber, wenn man mit Wasser in dem Kammernteile 37 fahren will.
Carbonfiber hat den Vorteil, dass man durch Wahl der Hitzen bei der Herstellung des Fibers einen hohen Auswahlbereich fuer den Elastizitaetsmodul der Membrane 61 zur Verfuegung hat.
In der Figur 8 ist gezeigt, dass der Trennkoerper 36 der Figuren 3 und 4 durch einen Trennkoerper 136 der Figur 8 ersetzt werden kann. Die Besonderheit des Trennkoerpers 136 ist, dass er zwei Nuten 82 und 83 fuer den Einsatz von plastischen Dichtringen hat, die achsial voneinander distanziert an geordnet sind. Zwischen ihnen befindet sich die Leckage Sammelnut 80 zur Sammlung von eventueller Leckage ueber undicht gewordene plastische Dichtringe der Nuten 82 oder 83. Zur Sammelkammer 80 ist die Leitung oder Muendung,bzw.
der Anschluss 81 gesetzt, um eventuelle Leckage aus der Sammelkammer 80 ableiten zu koennen. Es ist empfeh lenswert , zur Leitung 81 automatische, zum Beispiel, elektronische, Senser zu setzen, die die Aufgabe haben die betreffenden Menschen darauf hinzuweisen, dass Dichtringe undicht geworden sind und ausgetauscht werden sollen, oder die die Aufgabe haben, die Gesamtanlage automatisch still zu setzen, wenn Leckage auftritt, die eine Vermischung des ersten mit dem zweiten Fluide in den Kammernteilen 35 und 37 bewirken koennte.
In Figur 4 ist schliesslich noch angedeutet,dass die Anlage dreiteilig aus Mittelgeheaeuse 11, Boden 111 und Deckel 1111 gebaut werden kann, um alle Einzelheiten sauber produzieren und montieren zu koennen.
Die Figuren 5 und 6 bringen fuer den Bau der Aggregate der Erfindung wichtiges " know - how In der Europa Offenlegungsschrift EP 0 102 441 sind in den Figuren 23,25 und 29-A genaue Berechnungen fuer die achsialen Belastungen, Durchbiegungen und Spannungen r der konischen Ringelemente 1 angegeben. Bei den spaeteren | Bauten und Erprobungen wurde erkannt, dass die Schutzhauben g darunter gelegentlich aufzuweiten und undicht zu werden scheinen. Vermutet wurde bei 1000 Bar eine Aufweitung um etwa 0,1 mm; doch kann das nicht genau gemessen werden.
Die weiteren, jetzigen, neuen Untersuchungen aber zeigen, dass die Ursache dieser Unzuverlaessigkeit wo anders zu liegen scheint. Es ist naemlich so, dass die radialen Aufweitun= i gen der Innendurchmesser der Rohre unter Innendruck entsprechend der deutschen Literatur und nach den deutschen DIN Normen aufgrund der von Profesor E.Siebel angegebenen und im Buche von Juergensonn "Elastizitaet und Festigkeit im Rohrleitungsbau" veroeffentlichten Formel sigma = pd / 2s berechnet wurden.
Das Buch gibt zwar keine Berechnung der radialen Aufweitungen, doch nimmt der Erfinder an, dass die radiale Aufweitung des des Rohres sich durch Multiplikation der Spannung mit dem Innendurchmesser des Rohres und Teilung durch den Elastizitaets= modul E errechnet werden soll. Fuer die Aufweitung des Rohres wird in deutschsprachigen Hydraulikfachbuechern, zum Beispiel in dem Buche "Oelhydraulik" von Dr. Jean Thoma, zur Zeit Professor an der Waterloo Universitaet in Canada, auf Seite 211 angegeben, dass die Aufweitung = pR / Es sein soll mit s = Wanddicke. Ansc,heinend sind die radialen Durchme= sseraufweitungen des dickwandigen Rohres aber wesentlich groesser. Bei einem Verhaeltnis Aussendurchmesser D zu Innen= durchmesser d von 2 zum Beispiel scheint die radiale Aufweitung mehr als doppelt so hoch zu sein, aLs sie nach der Formel von Professor Dr.Jean Thoma sein wuerde. Das ergibt sich aus der Formel des Herrn II . Igarashi (Riken Seiki) , die dieser aus der japanischsprachigen Literatur weiter entwickelt hat. Daher sind in der Figur 5 diese Formeln verglichen worden. Dazu ist der Faktor "fR" eingefuehrt, der diejenige Formel gibt, die nach Pd/E zu folgen hat, um die radiale Aufweitung des Innendurchmessers des Rohres, des Pumpelemetes 1, der Dichtringtragrohe 3 oder des Gehaeuseroh= res 1 undsoweiter zu berechnen. Man sieht aus Figur 6, dass der 11fR" Faktor nach Herrn Igarashi, naemlich mit n = D/d = Aussendurchmesser/Innendurchmesser bei n- 2 mehr als doppelt so hohe Aufweitungen gibt, als die einfache Formel nach J. Thoma. Die hoeheren Aufweitungen werden umso bedeutender, je dicker die Wand relativ zum Innendurchmesser wird. Da bei den hohen Drucken, die in dem Aggregat der Erfindung auftreten, Radialauftaeftungen von einigen hunderts oder Zehntel Millimeter bereits Foerderverluste der Pumpe von vielen Prozent bringen, kann es passieren, dass die Foerdermenge. null wird, wenn man nach den beiden Formeln oder einer der beiden Formeln der oben diskutierten deutschspra= chigen Literatur rechnet. Um wirklich Foerderung des Aggregates bei den angestrebten hohen Drucken zu erreichen, sollte also nach der Igarashi Formel gerechnet werden.
Ferner ist aus der Literatur kaum bekannt, wieviel die plastischen Dichtringe aus Gummi usw. unter Druck ihr Volumen komprimieren. Die umfangreichen Kataloge der vielen Fachfirmen geben den Elastizitaetsmodul und viele andere Einzelheiten des Dichtringmaterials an, aber sie bringen nichts ueber die Volumenverminderung des Materials bei hohem Druck. Fragt man bei ihnen an, dann antworten sie oft, dass man das nicht wisse und auch nicht brauche, weil in der Praxis der Oelhydraulik die Dichtringe, zum Beispiel die O-Ringe, sich etwa verhaeltnisgleich zum Oele verhielten.
Waere das'aber so, dann wunde jeder Dichtring, zum Beispiel den Nuten 93,43 usw.' aehnliche innere Kompression unter Druck erleiden, wie das Oel oder das Wasser. Da diese Nuten trotz ihrer Enge und Duenne erhebliche Volumen in der Gesamtanla= ge heben, wuerden durch diese plastischen Dichtungen, wie z.B. O-Ringe aus gummiaehnlichen Stoffen FoerderverLuste des Aggregates von 5 bis 30 Prozent bei den hohen Drucken des Aggregates bringen. Nach langem Suchen ist es nun gelungen, die Kompressionsverhaeltnisse der Gummi - aehnlichen Stoffe teilweise zu erfahren. Die Figur 6 bringt diese und zwar in Kurve 1 die Volumenabnahme des O-Ringes Code 90 nach der japanischen Normung JIS E 2401 nach Messungen von T.Makita; S.Matsuo und K. Inoue. Die Kurve 2 bringt die Volumenabnahme des Gummistoffes Duprene nach Messungen des Herrn Bridgman am Massashusetts Institute of Technology. Die Kurve soll andeuten, dass der Stoff bei etwa 5000 Bar sproede und unstetig wird. Herr Bridman hat die Kompressionen (Volumenabnahmen) vieler Stoffe, einschliesslich Metallen und vieler Gummi-Arten gemessen, jedoch nur in Intervallen von 5000, 10000 Atmospheren usw. bis 25000 Bar. Im fuer das Aggregat der Erfindung wichtigem Bereiche von 1000 bis 5000 Bar kann man vermuten, dass ueber 1000 Bar plastische Dichtstoffe etwa halb so viel an Volumen verlieren, wie Wasser oder Oel, wenn man die richtigen Stoffe auswaehlt und einsetzt.
Die Dichtringnuten sollte man daher im Querschnitt so gering halten, dass sie noch gut dichtende Dichtringe halten koennen und die duennen Dichtringe in der Fabrikation nicht zu duenn oder zu teuer werden.
Man erkennt aus den Betrachtungen, dass zum Beispiel in der Figur 1 unter dem hohem Druck im Aggregat praktisch alle Teile federn. Zum Beispiel radial ausdehnen und bei Etntspannung zusammen ziehen. Es ist zweckdienlich, den Effekt der federnden radialen Zusammenziehung und der achsialen Entspannung dem Wirkungsgrade des- Aggregates nutzbar zu machen. Das erreicht man, indem man die Fluidsaeule in dem Mittelkanal 31 auf den Geberkolben 15 wirken laesst, um diesen in seinem Rueckhube gegen den Fuehrungsflaeoche des Hubantriebes,z.B. 13,23,24 druecken zu lassen. Der Erstkolben 15 wirkt dann bei seinem Rueckhube auF die Welle 12 als Hydromotor treibender Hydromotor Drueck - Kolben. Ohne diesen Effekt auszunutzen, waere der Wirkungsgrad des Aggregates der Erfindung bei sehr hohen Drucken von ueber 1000 Bar sehr gering. Die Grundlagen der Figuren 5 und 6 geben dafuer die Berechnungsmoeglichkeiten. Um einen guten Hydromotorenwir= kungsgrad des Kolbens 15 beim Rueckhube zu verwirklichen, ist es zizeckdienlich die aus den Patentschriften des Erfinders bekannten Systeme zu verwenden.
Bezueglich der Figur 2 ist zu bedenken, dass diese so gezeichnet ist, dass man das System aus der Figur leicht erkennen kann. Das soll aber nicht heissen, dass man sie einfach mass-staeblich kopieren kann, um ein wirkungsgradhohes Aggregat zu erhalten. Nimmt man folgende Masse in Figur 2 an: Kolbendurchmesser (15) = 10 mm; Innendurchmesser des Gehaeuses (11) = Durchmesser der Kammer (16,17) = 24 mm; Kolbenhub des Kolbens (15) = 4 mm; Volumen der Leitungen 22,23 = 4,25 cc. Dann erhaelt man Volumen der Fluessigkeiten bei Atmospherendruck = 16 cc; Foerderung des Kolbens 15 = o,312 cc. Das gibt 0.312/16 = 0,019; also 1,9 Prozent des Fluessigkeitsvolumens als Foerdermenge durch den Kolben 15. Da Wasser, siehe Figur 6, aber bereits bei 1000 Bar um mehr als 1.9 Prozent komprimiert, kann die Pumpe im Massstabe der Figur 2 nicht einmal 1000 Bar Druck erreichen.
Sie wuerde nur bis etwa 700 Bar foerdern und dann wuerde die Foerdermenge zu null. In Wirklichkeit wird sie schon frueher, bei noch geringerem Drucke zu null, weil die Wand des Gehaeuses 1 sich unter dem Innendrucke radial nach aussen aufweitet.
Folglich ist es so, dass die Kammern 16,17; 35,37 so klein bemessen werden muessen, dass beim Ende des Pumphubes fast kein Totraum mit Fluessigkeit darin verbleibt. Die Menge des ersten Fluids muss sp klein gehalten werden, dass der betreffende Kolben gerade noch im erstem Fluid laeuft, ohne das zweite Fluid zu beruehren. Die Leitungen 22,23 usw. bis zu den Einlass und Auslass Ventilen muessen so wenig wie moeglich Volumen haben. In der Praxis sind die Ventile direkt an die Kammern 17,37 angebaut, um Totraum zu vermeiden. Ausserdem muessen die Wandstaerken der Zylinder sehr dick sein. Kurzum, in der Praxis werden die Bauteile in hundertstel Millimetern toleriert, weil sonst die gewuenschten Drucke nie mit ausreichendem Wirkungsgrade erreicht werden koennen.
- Leerseite -

Claims

Patentansprueche 1.) Anordnung nach dem Anspruch des Hauptpatentes, dadurch gekënnzeichnet, dass die Anordnung als Pumpe oder Motor verwendet wird.
2,) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die konischen Ringelemente 4 im Vergleich zu ihnen duennere Dichtringtragrohre 3 eingesetzt sind, waehrend die Dichtrin,gtragrohre 3 mit massiven Kloetzen 5 gefuellt sind, die zwischen dem Innen= Durchmesser der Dichtungsringtragrohre 3 und dem Aussendurchmesser der Massivkloetze 5 einen engen Ringspalt 4 bilden, in den aus der betreffenden Arbeits-.

Kammer her Druckfluid eindringen kann, um das betreffen= de Dichtr,ingtragrohr radial nach aussen aufzubiegen und mit dem betreffendem, eingesetztem Dichtring 93 auch bei Radialaufweitung des betreffenden konischen Ringelementes 1 an dessen Innendurchmesser eine gute Dichtung zu bilden.
3.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in einem verschlossenem Gehaeuse 6 mit starker Wand 6 angeordnet ist, das Gehaeuse mit einem Druckfluideinlasstversehen ist und das Gehaeuse mit Druckfluid zeitweilig periodisch gefuellt wird.
4.) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidfuellung des genannten Gehaeuses zeitlich parallel zum Hube des Arbeits= taktes der Pumpe oder des Motors gesteuert ist und der Fluiddruck im Gehaeuse 6 auf etwa der halben Hoehe des Fluiddrucks in der betreffenden Arbeitskammer 11 der Pumpe oder des Motors gehalten wird und zwar zeitlich parallel zum Druck in der genannten Kammer gehalten wird.
5.) Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, oder Pumpe bzw. Motor, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Behaelter 11 zwei Fluessigkeiten unter= schiedlichen spezifischen Gewichtes angeordnet sind oder die beiden Fluessigkeiten anderweitig voneinander getrennt gehalten sind und ein Arbeitskolben 45 ohnediezweiteder Fluessigkeiteneintauchend,angeord= in die eine der Fluessigkeiten eintauchend,angeordordnet ist.
6.) Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der Fluessigkeiten eine mit Schmiereigen= schaften1 zum Beispiel Oel, ist und die zweite der Fluessigkeiten eine nichtschmierende oder Rost verursachende Fluessigkeit, zum Beispiel Wasser, ist und die erste der Fluessigkeiten ein geringeres spezifisches Gewicht, als die zweite der Fluessigkeiten hat.
7. Aggregat nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, 7. dass die genannten Fluessigkeiten ineinem Behaelter, zum Beispiel in einem Rohre 11 1 angeordnet sind und der genannte Kolben von oben her in die genannte erste der Fluessigkeiten eintauchend angeord= net ist, wobei sein Eintauchen in die zweite der Fluessigkeiten dadurch ausgeschlossen ist, dass die zweite der Fluessigkeiten infolge ihres hoeheren spezifischen Gewichtes sich immer unterhalb der ersten der Fluessigkeiten mit dem geringerem spezifi= schem Gewicht befindet und die Hoehe des Kolbens und seines Hubweges entsprechend angeordnet sind.
8.) Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kolben 33,49. als Zweitkolben eines Kolbentriebes angeordnet ist, indem der genannte Zweitkolben33,49.52 sich in einem Zylinder 6,11l lM befindet und das obere Zylinderteil des den Zweitkolben beinhaltenden Zweitzylinders mittels einer Leitung 3/ mit dem Zylinderboden eines einen Erstkolben 15 beinhaltendem Erstzylinders verbunden ist.
9.) Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Erstkolben ein durch einen Kolben trieb angetriebener Geberkolben IS ist, wodurch der Geberkolben 15 eine Fluidsaeule aus dem Erstzylinder durch die genannte Leitung 3/ in den Zweitzylinder drueckt und der genannte Zweitkolben dadurch als Folge kolben parallel zu der Bewegung des Geberkolbens 15 getrieben wird.
10.) Aggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Folgekolben Mitteln zugeordnet ist, die - ihn in seine Ausgangslage zurueckdruecken und damit das Fluid in der genanten Leitung auch den Geberkolben in seine Ausgangslage zurueckdrueckt.
11.) Aggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Geberkolben und Folgekolben durch einen gemeinsamen Antrieb zeitlich nacheinander betrieben angeordnet sind.
12.) Aggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannten Leitung zwischen dem Geberkolben und dem Folgekolben Mittel zur rechtzeitigen vollen Fuellung der Leitung mit Fluid und/oder zum Abfluss von in ihr enthaltenem Fluidueberschuss angeordnet sind.
13.) Aggregat nach Anspruch 13 und dadurch gekennzeichnet, oder nach einem der anderen der Ansprueche und dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Geberkolben und dem Folge kolben eine Uebersetzung derart angeordnet ist, dass der Folgekolben mit groesserem Durchhmesser als der Geberkolben ausgebildet ist.
14.) Aggregat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden genannten Fluessigkeiten ein ihrer Bewegung folgendes Trennmittel, zum Beispiel ein Trennkolben 36, oder eine Membrane Cl angeordnet ist, wobei die Membrane fest eingespannt und der Trennkolben mit einem Dichtring 43,8S,S3 versehen sein kann.
15.) Aggregat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten Fluessigkeiten in Kammerntei= len angeordnet sind, beziehungsweise sich in ihnen aufhalten, die eines von ihnen oder beide mit einem entsprechenden Fuellanschluss versehen.
16.) Aggregat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammernteil, der die zweite der Fluessigkeiten enthaelt; mit einem Einlass und einem Auslass versehen ist, wobei in den Einlass und oder in den Auslass jeweils ein Uentil3S,3i eingeordnet sein kann.
17.) Aggregat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Folgekolbens 49 des groesseren Durchmessers ein ArbeitskolbenSZkleineren Durchmessers angeordnet ist, zwischen dem Folgekolben und dem Arbeitskolben ein bevorzugterweise druckloser Raum angeordnet ist und der genannte Arbeitskolben 5Z den in die genannte erste der Fluessigkeiten eintauchenden Kolben bildet, sodass der genannte Arbeitskolben ggf. mit wesentlich hoeherem Drucke in die genannte erste der Fluessigkeiten eintaucht, als der genannte Geberkolben an Druck liefert, da der genannte Kolben mit groesserem Durchmesser (49) zwischen dem Geberkolben und dem Arbeitskolben die Kraft verstaerkt, mit dgr der ArbeitSkolbes Sa in die Fluessigkeit hineingedrueckt wird.
Aggregat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, oder nach einem der anderen Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Raumteile mit den in ihnen befindet= chen ersten und zweiten Fluessigkeit so eng bemessen sind, dass das Volumen der Fluessigkeiten in ihnen gerade noch ausreicht, die ihnen gestellte Aufgabe zu erfuellen, jeder uebrige Raum und jede uebrige Fluessigkeit aber vermieden sind, um Lieferverluste an Fluid in der Pumpe durch innere Kompression des Fluids zu verringern oder zu vermeiden.
19.) Aggregat nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprueche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die achsialen und radialen Spannungen der Elemente,Rohre,Gehaeuse,Ringe usw., sowie die mit Fluid gefuellten Kammern und Leitungs - Volumen bei der Entspannung der betreffenden Teile oder Fluiden ueber den . Folgekolben, die Fluidsaeule im Mittelkanal und den Geber kolben als Hydromotor auf den Geberkolbenantrieb wirkend, die Welle des Antriebes antreibend, in das Aggregat eingeschaltet sind.