DE3611794A1

DE3611794A1 - Pressure generator for a hydraulic system

Info

Publication number: DE3611794A1
Application number: DE19863611794
Authority: DE
Inventors: Guenter Poeschl
Original assignee: GP KONSTRUKTIONS GmbH
Current assignee: GP KONSTRUKTIONS GmbH
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-10-15

Abstract

Instead of being designed in the conventional manner as a pump, the pressure generator is here designed as a refrigerating machine (8) with two working cylinders (14, 14'), each of which contains a floating piston (16, 16'). The two pistons (16, 16') are in each case connected on one side to the one or the other side of a third working cylinder (24) via hydraulic lines (22, 32). On the opposite sides (a, a') of the pistons (16, 16'), refrigerant is in each case in connection with the suction or pressure side (or vice versa) of the refrigerating compressor (10). The pressure generator works with a better efficiency than the otherwise conventional pump, because heat energy irradiated from outside can be utilised for evaporating the refrigerant in the evaporator (12). An increased temperature of the pressure medium delivered by the pressure generator does not manifest itself here in heat due to energy losses, but is converted into useful kinetic energy by means of the working cylinders (14, 14') connected to the refrigerating compressor (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckerzeuger der im Oberbe griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a pressure generator in the Oberbe handle of claim 1 specified Art.

Hydrauliksysteme weisen bekanntermaßen außer einem Arbeits zylinder einen Druckerzeuger auf, der den im Arbeitszylin der befindlichen Kolben mit unter Druck stehendem Hydrau liköl versorgt. Nachteilig ist dabei, daß ein großer Teil der zugeführten Energie in Wärme umgesetzt wird, die als Verlustwärme abgestrahlt wird und daher verloren ist. Sol che Hydrauliksysteme haben daher einen geringen Wirkungs grad. Bei Kraftfahrzeugen mit leistungsfähigen Hydraulik systemen, beispielsweise bei Kippfahrzeugen, macht sich der niedrige Wirkungsgrad in einem beträchtlich erhöhten Kraft stoffverbrauch bemerkbar.Hydraulic systems are known to have a job cylinder a pressure generator, which in the working cylinder of the pistons with hydraulic pressure Liköl supplied. The disadvantage is that a large part of the energy supplied is converted into heat, which as Heat loss is radiated and is therefore lost. Sol che hydraulic systems therefore have little effect grad. For vehicles with powerful hydraulics systems, for example in the case of tipping vehicles low efficiency in a considerably increased force noticeable material consumption.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckerzeuger für ein Hydrauliksystem zu schaffen, der selbst einen besseren Wir kungsgrad hat und einen wesentlich besseren Wirkungsgrad des Hydrauliksystems ergibt.The object of the invention is to provide a pressure generator for a Hydraulic system to create a better ourselves efficiency and a much better efficiency of the hydraulic system.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is characterized by the of claim 1 specified features solved.

Bei dem Druckerzeuger nach der Erfindung wird ein Kältemit tel benutzt, d.h. ein Fluid mit niedrigem Siedepunkt, des sen innere Energie über den zweiten Arbeitszylinder in ki netische Energie umgewandelt wird. Im Gegensatz zu bekann ten Hydrauliksystemen, bei denen die durch den Druckerzeu ger erzeugte Wärme unerwünscht ist, wird bei dem mit dem Druckerzeuger nach der Erfindung ausgerüsteten Hydraulik system die erzeugte Wärme in eine nutzbare Kraft umgewan delt.In the pressure generator according to the invention, a refrigerant tel used, i.e. a low boiling point fluid, internal energy via the second cylinder in ki netic energy is converted. Contrary to known hydraulic systems in which the pressure generated by the printer ger generated heat is undesirable, with the Pressure generator equipped according to the invention hydraulics system converted the heat generated into a usable force delt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Ge genstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention form the Ge subject of the subclaims.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 dient eine Kältemaschine beliebiger Art zum Unterdrucksetzen des Kältemittels.In the embodiment of the invention according to claim 2 a chiller of any kind to pressurize the Refrigerant.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 besteht die Kältemaschine aus einem Kältekompressor mit vorgeschal tetem Verdampfer. In dem Verdampfer verdampft das Kältemit tel unter dem Einfluß beliebiger äußerer Wärmequellen oder unter dem Einfluß der von dem Kältekompressor abgestrahlten Wärme. Der Kältekompressor verdichtet das Kältemittel, wo bei dessen Druck und Temperatur erhöht werden. Dieses über hitzte Kältemittel wird bei geöffnetem ersten Ventil einer Seite des Kolbens des zweiten Arbeitszylinders zugeführt. Dieser Kolben wird dadurch verschoben und verschiebt mit tels des Hydrauliköls in der ersten Hydraulikleitung den Kolben in dem ersten Arbeitszylinder, der über dessen Kol benstange schließlich Arbeit leistet. In dieser Phase ist das zweite Ventil geschlossen. Beim Rückhub des Kolbens im ersten Arbeitszylinder ist das zweite Ventil geöffnet und das erste Ventil geschlossen.In the embodiment of the invention according to claim 3 the chiller from a refrigeration compressor with pre-formwork evaporator. The refrigerant evaporates in the evaporator tel under the influence of any external heat sources or under the influence of those emitted by the refrigeration compressor Warmth. The refrigeration compressor compresses the refrigerant where at which pressure and temperature are increased. This about heated refrigerant becomes one when the first valve is open Side of the piston of the second working cylinder supplied. This piston is moved and moves with it hydraulic oil in the first hydraulic line Piston in the first working cylinder, which over its Kol benstange finally does the job. Is in this phase the second valve closed. When returning the piston in the first valve, the second valve is open and the first valve closed.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4, in der noch ein dritter Arbeitszylinder vorgesehen ist, läßt sich das Reversieren des Kolbens des ersten Arbeitszylinders be schleunigen. Der Wirkungsgrad wird in dieser Ausgestaltung noch weiter verbessert, weil die Wärmeenergie im zweiten Arbeitszylinder auf den dritten Arbeitszylinder übertragen und über die Kältemaschine zum zweiten Arbeitszylinder zu rückgeleitet wird, und zwar unter zusätzlicher Ausnutzung von Umgebungsenergie, die durch den Verdampfer aufgenommen wird.In the embodiment of the invention according to claim 4, in which a third cylinder is provided, can reversing the piston of the first working cylinder accelerate. The efficiency is in this configuration further improved because the thermal energy in the second Transfer the working cylinder to the third working cylinder and via the chiller to the second cylinder is returned, with additional utilization of ambient energy absorbed by the evaporator becomes.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß ein mit dem Druckerzeuger nach der Erfindung versehenes Hydrauliksystem ein Thermohydrauliksystem darstellt, das nach dem Energie erhaltungsprinzip arbeitet und einen besseren Wirkungsgrad als übliche Hydrauliksysteme aufweist, da es keine beweg lichen oszillierenden oder rotierenden Teile enthält. Der Wirkungsgrad ist auch dann erheblich besser, wenn eine Kältemaschine mit einem üblichen Kältekompressor benutzt wird. Die Regelung von Kräften ist durch Wärmeenergie und Druckenergie (kinetische Energie) genauer und leichter er reichbar. Die Umsetzung von thermischer in kinetische Ener gie kann auch ohne Kältemaschine, d.h. ohne Kältekompressor direkt über ein Wärmetauschsystem erreicht werden.A particular advantage of the invention is that one with the Hydraulic system provided according to the invention is a thermohydraulic system that is based on energy maintenance principle works and better efficiency than usual hydraulic systems because it does not move Lichen oscillating or rotating parts contains. The Efficiency is also significantly better if one Chiller used with a common refrigeration compressor becomes. The regulation of forces is through thermal energy and Pressure energy (kinetic energy) more accurate and easier reachable. The conversion from thermal to kinetic energy can also be used without a chiller, i.e. without refrigeration compressor can be reached directly via a heat exchange system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the invention is un below ter described in more detail with reference to the drawing.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen mit einer Käl temaschine versehenen Druckerzeuger nach der Erfindung.The only figure in the drawing shows one with a calf the machine-provided pressure generator according to the invention.

In der Zeichnung ist ein Hydrauliksystem durch einen ersten Arbeitszylinder 24 mit einem darin beweglichen Kolben 26, der über eine Kolbenstange 28 Arbeit leistet, angedeutet. Im Gegensatz zu einem üblichen Hydrauliksystem, bei dem als Druckerzeuger für das Hydrauliköl eine Pumpe vorgesehen ist, ist im hier dargestellten Beispiel eine insgesamt mit 8 bezeichnete Kältemaschine mit einem zweiten Arbeitszylin der 14 und einem dritten Arbeitszylinder 14′ vorgesehen. Die Kältemaschine besteht aus einem Verdampfer 12 mit nach geschaltetem Kältekompressor 10, der über eine Druckleitung 30 mit einer Seite des zweiten Arbeitszylinders 14 verbun den ist. In der Druckleitung 30 ist ein erstes Magnetventil 1 angeordnet. Zwischen dem ersten Ventil 1 und dem zweiten Arbeitszylinder 14 führt eine Zweigleitung 36 zu einem Käl temittelsammelbehälter 40, dessen Auslaß mit dem Einlaß des Verdampfers 12 verbunden ist. In der Zweigleitung 36 ist ein zweites Ventil 2 angeordnet. Die beiden Ventile sind im dargestellten Beispiel jeweils Magnetventile.In the drawing, a hydraulic system is indicated by a first working cylinder 24 with a piston 26 movable therein, which performs work via a piston rod 28 . In contrast to a conventional hydraulic system, in which a pump is provided as a pressure generator for the hydraulic oil, in the example shown here a refrigeration machine designated overall by 8 with a second working cylinder 14 and a third working cylinder 14 'is provided. The refrigerator consists of an evaporator 12 with a downstream refrigeration compressor 10 , which is connected via a pressure line 30 to one side of the second working cylinder 14 . A first solenoid valve 1 is arranged in the pressure line 30 . Between the first valve 1 and the second working cylinder 14 , a branch line 36 leads to a refrigerant tank 40 , the outlet of which is connected to the inlet of the evaporator 12 . A second valve 2 is arranged in the branch line 36 . In the example shown, the two valves are solenoid valves.

In dem Verdampfer 12 verdampftes Kältemittel wird im Kälte kompressor 10 verdichtet und über die wärmeisolierte Druck leitung 30 der Seite a eines in dem zweiten Arbeitszylinder 14 hin- und herbewegbaren Kolbens 16 zugeführt. Der Kolben 16 ist ein fliegender Kolben, der aus elastischem Material besteht, beispielsweise aus Teflon. Bei Druckbeaufschlagung seiner Seite a werden seine Stirnflächen fest gegen die be nachbarten Innenwände des Arbeitszylinders 14 gedrückt, so daß kein Kältemittel am Kolben vorbeilecken kann. Der Kol ben 16 ist auf der zu der Seite a entgegengesetzten Seite mit Hydrauliköl in einem Zylinderraum 20 in Berührung, der über eine erste Hydraulikleitung 22 mit dem Arbeitsraum 21 des ersten Arbeitszylinders 24 in Verbindung ist. Durch den auf die Seite a einwirkenden Druck des Kältemittels wird der Kolben 16 in der Figur nach unten verschoben, wodurch über das Hydrauliköl in der ersten Hydraulikleitung 22 der Kolben 26 nach unten verschoben wird, so daß über die Kol benstange 28 Arbeit geleistet wird. Bei geöffnetem Ventil 1 ist das Ventil 2 geschlossen. Am Ende des vorstehend be schriebenen Hubes wird das erste Ventil 1 geschlossen und das zweite Ventil 2 geöffnet. Beim Rückhub des Kolbens 26 wird deshalb das Kältemittel durch den Kältekompressor 10 über die Zweigleitung 36, den Sammelbehälter 40 und den Verdampfer 12 angesaugt. Bei Umsteuerung der Ventile 1 und 2 wiederholt sich der zuerst beschriebene Vorgang, usw.In the evaporator 12 evaporated refrigerant is compressed in the refrigeration compressor 10 and supplied via the heat-insulated pressure line 30 of the side a of a reciprocating piston 16 in the second working cylinder 14 . The piston 16 is a flying piston, which is made of elastic material, for example Teflon. When pressurized its side a , its end faces are pressed firmly against the adjacent inner walls of the working cylinder 14 , so that no refrigerant can leak past the piston. The Kol ben 16 is on the side to a side opposite with hydraulic oil in a cylinder chamber 20 in contact which is connected via a first hydraulic line 22 with the working chamber 21 of the first working cylinder 24 in connection. By acting on the side a pressure of the refrigerant, the piston 16 is moved down in the figure, whereby the hydraulic oil in the first hydraulic line 22 of the piston 26 is moved downward, so that 28 work is performed on the piston rod. When valve 1 is open, valve 2 is closed. At the end of the stroke described above, the first valve 1 is closed and the second valve 2 is opened. During the return stroke of the piston 26 , the refrigerant is therefore sucked in by the refrigeration compressor 10 via the branch line 36 , the collecting container 40 and the evaporator 12 . When reversing valves 1 and 2 , the process described first is repeated, etc.

Der Rückstellraum 23 des ersten Arbeitszylinders 24 ist über eine zweite Hydraulikleitung 32 mit einer Seite des dritten Arbeitszylinders 14′ verbunden, in welchem ein gleicher Kolben 16′ angeordnet ist. Die zu der zweiten Hy draulikleitung 32 entgegengesetzte Seite a′ des Kolbens 16′ steht über eine Kältemittelleitung 34, in der ein drittes Ventil 3 angeordnet ist, bzw. über eine Verbindungsleitung 38, in der ein viertes Ventil 4 angeordnet ist, mit der Saugseite bzw. mit der Druckseite des Kältekompressors 10 in Verbindung. Bei dem oben zuerst beschriebenen Arbeitshub des Kolbens 16 wurde davon ausgegangen, daß der Rückstell raum 23 des ersten Arbeitszylinders 24 kein Hydrauliköl sondern beispielsweise Luft oder eine um die Kolbenstange 28 angeordnete Schraubendruckfeder (nicht dargestellt) ent hält. Wenn der dritte Arbeitszylinder wie beschrieben vor gesehen ist, enthält der Rückstellraum 23 ebenfalls Hydrau liköl, das über die Hydraulikleitung 32 mit dem Raum 20′ des dritten Arbeitszylinders 14′ in Verbindung ist. In die sem Fall wird beim Arbeitshub des Kolbens 16 und daher beim Abwärtsbewegen des Kolbens 26 das Hydrauliköl aus dem Rück stellraum 23 in den dritten Arbeitszylinder 14′ gedrückt, in welchem es den Kolben 16′ in der Darstellung in der Zeichnung nach oben bewegt. Das Magnetventil 1 ist offen, das Magnetventil 2 ist geschlossen, und das ebenfalls als Magnetventil ausgebildete Ventil 3 ist ebenfalls offen. Das vierte Ventil 4, das ebenfalls als Magnetventil ausgebildet ist, ist ebenfalls geschlossen. Das auf der Seite a′ des Kolbens 16′ befindliche Kältemittel wird über die Leitung 34 in den Kältemittelsammelbehälter 40 gedrückt, von wo aus es über den Verdampfer 12 in den Kältekompressor 10 ge langt. Anschließend wird das Magnetventil 1 geschlossen, das Magnetventil 4 geöffnet, das Magnetventil 2 geöffnet, und das Magnetventil 3 geschlossen. Der vorher beschriebene Arbeitsvorgang wiederholt sich dann, wobei lediglich der dritte Arbeitszylinder 14′ nunmehr die Funktion erfüllt, die vorher der zweite Arbeitszylinder 14 erfüllt hatte.The reset space 23 of the first working cylinder 24 is connected via a second hydraulic line 32 to one side of the third working cylinder 14 ', in which an identical piston 16 ' is arranged. The opposite to the second Hy draulikleitung 32 side a 'of the piston 16 ' is via a refrigerant line 34 , in which a third valve 3 is arranged, or via a connecting line 38 , in which a fourth valve 4 is arranged, with the suction side or with the pressure side of the refrigeration compressor 10 in connection. In the first described above working stroke of the piston 16 , it was assumed that the return space 23 of the first working cylinder 24 does not contain hydraulic oil, but for example air or a helical compression spring arranged around the piston rod 28 (not shown). If the third working cylinder is seen as described before, the return space 23 also contains hydraulic oil which is connected via the hydraulic line 32 to the space 20 'of the third working cylinder 14 '. In this case, during the working stroke of the piston 16 and therefore when moving the piston 26 down, the hydraulic oil from the return space 23 is pressed into the third working cylinder 14 ', in which it moves the piston 16 ' upwards in the illustration in the drawing. The solenoid valve 1 is open, the solenoid valve 2 is closed, and the valve 3 , which is also designed as a solenoid valve, is also open. The fourth valve 4 , which is also designed as a solenoid valve, is also closed. The on the side a 'of the piston 16 ' located refrigerant is pressed via line 34 into the refrigerant reservoir 40 , from where it reaches ge via the evaporator 12 in the refrigeration compressor 10 . Then the solenoid valve 1 is closed, the solenoid valve 4 is opened, the solenoid valve 2 is opened, and the solenoid valve 3 is closed. The previously described operation is then repeated, with only the third cylinder 14 'now fulfilling the function that the second cylinder 14 had previously performed.

Bei dem vorstehend beschriebenen Druckerzeuger wird also in der Kältemaschine 8 Energie über in dem Verdampfer 12 ver dampfendes Kältemittel dem Kältekompressor 10 zugeführt. Der Kältekompressor 10 verdichtet das gasförmige Kältemit tel und bringt es dabei thermisch auf ein höheres Niveau. Die dabei entstehende Wärme- und Druckerhöhung wird über den Kolben 16 auf den mit Hydrauliköl gefüllten Zylinder raum 20 und von diesem aus auf den ersten Arbeitszylinder 24 übertragen. Der Querschnitt des Kolbens 16 ist so dimen sioniert, daß durch die größere Querschnittsfläche des Kolbens 26 eine Krafterhöhung erfolgt. Mittels der zwi schengeschalteten Magnetventile 1-4 und wechselndes Beauf schlagen der Stirn- oder der Rückfläche des Kolbens 26 ist der Arbeitszylinder 24 reversierbar.In the pressure generator described above, energy is supplied to the refrigeration compressor 10 in the refrigeration machine 8 via refrigerant which evaporates in the evaporator 12 . The refrigeration compressor 10 compresses the gaseous refrigerant and brings it thermally to a higher level. The resulting increase in heat and pressure is transferred via the piston 16 to the cylinder 20 filled with hydraulic oil and from there to the first working cylinder 24 . The cross section of the piston 16 is dimensioned so that the larger cross-sectional area of the piston 26 increases the force. By means of the interposed magnetic valves 1-4 and alternating Beauf beat the front or back surface of the piston 26 , the working cylinder 24 is reversible.

In dem dargestellten Hydrauliksystem mit Druckerzeuger sollten sämtliche Leitungen wärmeisoliert sein. Zweckmäßig sollte der Kältekompressor 10 räumlich unterhalb des Ver dampfers 12 angeordnet sein, damit die vom Kältekompressor 10 abgestrahlte Wärme zur Verdampfung des Kältemittels aus genutzt werden kann.In the hydraulic system with pressure generator shown, all lines should be thermally insulated. The refrigeration compressor 10 should expediently be arranged spatially below the evaporator 12 , so that the heat emitted by the refrigeration compressor 10 can be used to evaporate the refrigerant.

Claims

1. Pressure generator for a hydraulic system for pressurizing the hydraulic oil in a first working cylinder, characterized in that the first working cylinder ( 24 ) is preceded by a second working cylinder ( 14 ), the piston ( 16 ) on one side (a) of which is under pressure ge placed refrigerant and on the opposite side with the working space ( 21 ) of the first working cylinder ( 24 ) via a first hydraulic line ( 22 ) in connection.

2. Pressure generator according to claim 1, characterized in that a Kältemaschi ne ( 8 ) is provided for pressurizing the refrigerant.

3. Pressure generator according to claim 2, characterized in that the refrigerator ( 8 ) in series contains an evaporator ( 12 ) and a refrigeration compressor ( 10 ), the outlet of the refrigeration compressor ( 10 ) through a pressure line ( 30 ) which has a first valve ( 1 ) contains, with one side (a) of the piston ( 16 ) of the second working cylinder ( 14 ) in connec tion and wherein the pressure line ( 30 ) via a branch line ( 36 ) containing a second valve ( 2 ) , is connected to the inlet of the evaporator ( 12 ).

4. Pressure generator according to claim 3, characterized in that the opposite to the working space ( 21 ) reset space ( 23 ) of the first working cylinder ( 24 ) via a second hydraulic line ( 32 ) with a third working cylinder ( 14 ') for pressurizing its piston ( 16 ') is connected, the opposite side (a') via a refrigerant line ( 34 ), which holds a third valve ( 3 ) ent, is connected at a connection point ( 40 ) to the branch line ( 36 ).

5. Pressure generator according to claim 4, characterized in that the connection point between the branch line ( 36 ) and the hydraulic line ( 34 ) consists of a refrigerant collecting container ( 40 ).

6. Pressure generator according to claim 4 or 5, characterized in that the refrigerant line ( 34 ) via a fourth valve ( 4 ) containing connecting line ( 38 ) to the pressure line ( 30 ) between the outlet of the refrigeration compressor ( 10 ) and the first Valve ( 1 ) is connected.