DE803271C - Druckwandler - Google Patents

Description

• Druckwandler In der Industrie macht sich der Bedarf nach einem Druckwandler für Flüssigkeiten und Gase immer mehr geltend. Es handelt sich dabei um das Bedürfnis nach einer einfachen dauerhaften Maschine, die wenig oder keinerWartung bedarf und die ähnlich verwendet werden kann wie ein Transformator auf dem Gebiete der Elektrizität. Es muß also möglich sein, Flüssigkeit oder Ga, von bestimmter Menge und bestimmtem Druck in den Druckwandler einzuführen und daraus dann entweder eine kleinere Menge der gleichen Flüssigkeit oder des Gases unter höherem Druck oder eine größere Menge unter kleinerem Druck zu entnehmen. Dabei darf keine Energie irgendwelcher Art von außen zugeführt oder entnommen werden, cla man es sonst ja nicht mehr mit einem Druckwandler, sondern mit einer Pumpe bzw. mit einer Kraftmaschine zu tun hätte.
• Das KennzEichen für einen Druckwandler ist also schon rein äußerlich darin zu erblicken, daß er immer drei Leitungsanschlüsse besitzt. Durch das eine Rohr tritt die Flüssigkeit oder das Gas in den Druckwandler ein (in den Abbildungen mit I bezeichnet), durch das andere Rohr tritt sie unter verändertem Druck und Menge aus (in den Abbildungen mit 1I bezeichnet), das dritte Rohr dient zum Ausgleich (in den Abbildungen mit III bezeichnet). Wird die Flüssigkeit oder das Gas im Wandler höher gespannt, als ihr Zutrittsdruck war, so tritt im dritten Rohr die frei werdende überflüssige Menge aus. Wird dagegen im Wandler der Druck erniedrigt, also die Menge erhöht, so muß die zusätzliche Menge, z. B. Wasser oder Luft oder Gas, Gelegenheit haben, durch dieses Rohr in das Innere des Wandlers zu gelangen. Fehlte dieses Ausgleichsrohr III, so hätten wir es im Falle der Druckerhöhung mit einer Speicheranlage, im Falle der Druckerniedrigung mit einer Drosselvorrichtung, aber nicht mehr mit einem Druckwandler zu tun. Es ist bekannt, daß es eine ganze Reihe von Maschinen gibt, die sowohl als Kraftmaschinen als auch als Arbeitsmaschinen verwendet werden können, z. B. Wassersäulenmaschinen einerseits und Kolbenpumpen andererseits, Wasserturbinen einerseits und Kreiselpumpen andererseits, Preßluftturbinen einerseits und Ventilatoren andererseits. Diese Maschinen sind also, wenn gewisse technische Änderungen daran vorgenommen werden, umkehrbar.
• Es ist auch bekannt, daß jede dieser Kraftmaschinen dazu benutzt werden kann, eine Arbeitsmaschine, vor allem eine Pumpe oder einen Verdichter, anzutreiben.
• Es ist aber noch nicht bekannt, daß solche umkehrbaren Maschinen an sich gleichartig untereinander, aber in ihrer Größe in einem bestimmten Verhältnis verschieden dimensioniert und geordnet, gleichzeitig miteinander mechanisch fest, aber hydraulisch variabel gekuppelt, zu solchen Maschinensätzen zusammengebaut werden können, daß sie eben einen Druckwandler ergeben, daß also daraus eine Maschine wird, in die Flüssigkeit oder Gas eingepreßt wird und die dann gleichzeitig dieselbe Flüssigkeit unter einem anderen Druck wieder abgibt, wobei aber dieser Entnahmedruck während des Betriebes sehr engstufig oder ganz stufenlos durch einfache Hebelverstellungen oder durch Öffnen und Schließen von Ventilen genau den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend geregelt werden kann. Eben dieses ist aber der Inhalt und Sinn der hier vorgeschlagenen Vorrichtungen, die eine Lücke in unseren technischen Einrichtungen dadurch schließt, daß durch den Druckwandler die Umspannung von Flüssigkeiten und Gasen ähnlich einfach wird, wie es heute mit der Umspannung von elektrischem Strom der Fall ist.
• Solch ein Druckwandler kann aus jeder Leitung, die Flüssigkeiten oder Gase unter Druck enthält, gespeist werden. Besonders vorteilhaft erscheint auch seine Verbindung mit einer Kreiselpumpe derartig, daß ein Elektromotor eine einstufige Kreiselpumpe hoher Drehzahl antreibt, daß dann die Flüssigkeit in den Druckwandler gelangt und der Ablauf desselben, also aus Leitung II, wieder in die Kreiselpumpe zurückfließt. Von den vielen möglichen Ausführungsarten` sind einige auf den Abbildungen dargestellt, und zwar schildert Abb. i das Schema einer Schaltung eines Druckwandlers allgemeiner Art, wie er z. B. aus Zahnradpumpen verschiedener Größe gebildet werden kann. Abb. 2 zeigt einen Druckwandler als Kolbenmaschine in Tandemanordnung. Abb. 3 stellt einen Druckwandler dar, bestehend aus zwei Mehrkolbenmaschinen mit umlaufenden Zylindern und stufenloser Schaltung.
• Abb. i : A, B, C und D sind umkehrbare Maschinen, z. B. Zahnradpumpen, die auf gemeinsamer Welle liegen. A setzt i,o 1 in der Sekunde durch, B i,6, C 2,5, D 4,0 1/ sec. In der Rohrleitung I tritt Wasser von io atü zum Druckwandler dazu, durch die Leitung III fließt das auf i atü entspannte Wasser ab. Durch die Leitung II verläßt das Wasser unter Druck die Vorrichtung. Jede Saug- und jede Druckleitung einer jeden Zahnradpumpe kann durch Ventile i bis 24 mit jeder der drei obengenannten Rohrleitungen verbunden werden. Nehmen wir nun den Fall an, alle Ventile seien geschlossen außer: r, io, 3, 20, 5, 22, 7, 24. Nun wird Maschine B eine Leistung abgeben, die sich ergibt aus der Menge und dem Druckunterschied des Wassers, in diesem Falle also 1,6 l,sec X 9 atü = 144 mkg,, sec. Maschine C liefert 2,5 X 90 = 225 mkg,'sec. Maschine D liefert 4,0 X 90 = 36o mkg/sec. Es stehen demnach zur Verfügung 144 + 225 + 36o = 729 mkg/sec. Da Maschine A nur i ljsec liefert, kann sie also nunmehr Wasser liefern von 72,9 atü, wenn man von den Verlusten absieht. Da das Wasser aber in Maschine i schon mit io atü Vorspannung eintritt, so liefert dieser Druckwandler bei der geschilderten Spannung und Schaltung tatsächlich 82,9 atü. Es ist nun ersichtlich, daß man, je nach Ventilstellung, jede dieser Maschinen entweder als treibend oder als getrieben benutzen kann. Ist z. B. für Maschine A Ventil i und 18 offen, so wird sie treiben, ist 9 und 18 offen, so wird sie pumpen, ist i und io offen, so wird sie auch pumpen, aber mit weniger Kraftbedarf. Ist i und 2 offen, so wird sie leer mitlaufen. Jede Maschine kann also auf vitr Arten geschaltet werden. Da nun vier verschiedene Maschinen vorhanden sind, die sich noch dazu in ihrer Größe unterscheiden, so ergibt sich eine sehr große Zahl von Schaltmöglichkeiten. Aus dieser Fülle der mathematisch möglichen Schaltungen greift man nun für den Druckwandler praktisch nur die heraus, die die gewünschten Druckabstufungen ergeben, verzeichnet sie auf einer Tabelle und kann nun während des Betriebs jeweils auf den erforderlichen Druck danach einstellen. Die Menge ist dann dem Druck jeweils umgekehrt proportional. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß trotz der verschiedenen verlangten Drücke jede Pumpe, die mit einem Druckwandler verbunden .ist, stets nach ihrer Leistungsmöglichkeit voll ausgelastet wird, was heute im praktischen Betrieb nur selten bei Pumpen der Fall ist. Dadurch ergibt sich bei der Verwendung von Druckwandlern in Verbindung mit Pumpen statt der wie heute üblichen Verwendung von Pumpen allein eine volkswirtschaftlich beachtliche Ersparnis.
• Abb.2: Hier ist ein Druckwandler mit Kolben dargestellt, und zwar ist der Übersichtlichkeit halber nur eine bestimmte von den vielen möglichen Schaltungen eingezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse E, den verschieden großen (nach Normzahlen bemessenen) Kolben P, Q, R, den Anschlagnocken M und N, dem Vorsteuerzylinder G mit dem Vorsteuerkolben K, dem Hauptsteuerzylinder F mit dem Hauptsteuerkolben J, dem Steuergestänge 0 und L, den Rückschlagventilen 25, 26; 27 und 28 und den Leitungen. Wieder trete in der Rohrleitung I Flüssigkeit zu, laufe in der Leitung III entspannt ab, während in Leitung 1I der gewünschte Druck entnommen wird. Beträgt der Druck in Leitung I z. B. wieder io atü, der in III i atü, der Durchmesser des Kolbens P io cm, derjenige von Q 16 cm, derjenige von R 25 cm, so wird in der gezeichneten Stellung der Kolben infolge der Steuerung nach links sich bewegen, und zwar wird Kolben R drücken mit 9 X 490 = 44oo kg, Kolben Q mit 9 X 200 = 18oo kg, Kolben P mit 9 X 78 = 700 kg. Es wird also eine Kraft nach links wirken von 4400 -;-- 1800 ' 700 = 690o kg. Der kleinste Kolben wird also Flüssigkeit in die Leitung III drücken mit 690o;'78 = 88,5 Atm. Bei diesem Wandler ist die Verwendung der Steuerung mit Doppelkolbenschiebern zweckmäßig, um Stillstände wegen Totpunktstellung zu vermeiden. Ist die Kolbenstange ganz nach links gelangt, so wird das Steuer"- (,stün,ge durch Gien Anschlag M umgelegt, die Schieber stellen sich uni, und der Kolben in jedem Zylinder bewegt sich wieder nach rechts usf.
• Abb. 3: Hier ist ein Druckwandler geschildert, der aus zwei Drehkolbenmaschinen besteht. Das obere Bild zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch solch eine Maschine, das untere das Schaltschema. V stellt das Gehäuse dar, W den drehenden Körper, der mit der Welle U verbunden ist. X bezeichnet einen Kolben, Y die Kolbenstange und Z den mittels eines Exzenters während des Betriebes in seiner Lage verstellbaren, aber sonst stillstehenden Zapfen. S ist die eine Drehkolbenmaschine, T die andere, U deren gemeinsame Welle. 3 1 und 32 sind die Zuflußleitungen, 33 und 34 die Abflußleitungen von den Maschinen. 35, 36, 37, 38 sind Ventile. Durch die Rohrleitung 1 trete z. B. wieder Wasser mit io atü zum Wandler dazu, durch die Leitung 111 fließe es auf i atü entspannt ab, in Leitung 11 wird der gewünschte Druck entnommen. Je nach Stellung der Drehzapfen und je nach Stellung der Ventile wirkt in diesem Wandler Maschine S als Motor, aber mit verschiedener Drehzahl und Leistung, Tals Pumpe, aber mit verschiedener :Menge und Druck und Pumprichtung. Da sowohl die Zapfen Z während des Betriebes als auch die Ventile während des Laufens verstellbar sind, so ist damit ein Druckwandler geschaffen, der während des Betriebes die stufenlose Einstellung von jeder Menge und jedem Druck gestattet, begrenzt nur durch die Dimensionierung und Festigkeit der Konstruktion.
• Es ließe sich noch eine Reihe anderer Ausführungsmöglichkeiten angeben, mit denen sich das geschilderte Prinzip des Druckwandelns durchführen läßt.

Claims (2)

1. P A T E N T A N S P R Il C H E i. Druckwandler für strömende Flüssigkeiten und Gase, dadurch gekennzeichnet, daß ähnliche, aber verschieden große umkehrbare Maschinen zu einem Maschinensatz derartig. zusammengeschlossen werden, daß sie mechanisch fest miteinander gekuppelt sind, aber hydraulisch während des Betriebes derartig veränderlich miteinander verbunden sind, daß sie teils als Kraft-, teils als Arbeitsmaschinen arbeiten und dabei einen unter einem bestimmten Druck zugeführten Gas-oder Flüssigkeitsstrom in zwei Ströme verschiedenen Druckes spalten. 2. Druckwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß (Abb. i) gleichartige, aber verschieden große umkehrbare :Maschinen auf gemeinschaftlicher Welle liegen und mit drei Leitungen nach außen hin (1, 11, 11I) sowohl mit ihrer Saugleitung als auch mit ihrer Druckleitung durch Ventile verbunden sind, die sich während des Betriebes umstellen lassen zwecks Erzielung eines Flüssigkeits- oder Gasstroms in der Abfuhrleitung (II) von erwünschtem Druck und erwünschter Menge. 3. Druckwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß (Abb.
2. 2) Kolben verschiedener abgestufter Größe mit gemeinsamer Kolbenstange in Zylindern eines gemeinsamen Blockes arbeiten, wobei die Flüssigkeits- oder Gaszufuhr nach jeder Zylinderseite teils über Rückschlagventile mit den Zufuhrleitungen (1, 1I), teils über Doppelkolbenschieber mit den Leitungen (11I, I) verbunden sind, und daß die Umsteuerung durch Nocken vorgenommen wird, die auf der gleichen Kolbenstange liegen, wobei die Steuerorgane derartig geschaltet sind, daß ein Stillstand in den Endstellungen nicht eintreten kann. 4. Druckwandler nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kupplung der umkehrbaren Maschinen entweder über gemeinsame Stangen oder Wellen oder Zahnradgetriebe oder Riementrieb oder Kettentrieb oder Reibungstrieb oder schließlich über den Umweg der Elektrizität erfolgt, während zur hydraulischen Verbindung Leitungen mit verstellbaren Ventilen und Rückschlagventilen verwendet werden. 5. Druckwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß (Abb. 3) zwei auf gemeinsamer Welle liegende drehbare Kolbenmaschinen verwendet werden, die aus je einem umlaufenden Zylinderblock mit radialen Zylindern bestehen, in denen die Kolben je nach der während des Betriebes einstellbaren Stellung der Zapfen (Z) verschieden große Hübe machen.