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Frei beweglicher Kolben zur Trennung eines flüssigen Fluidums mit
merklicher räumlicher Zusammendrückbarkeit von einem gasförmigen Fluidum in einem
Zylinder
| 1)ie l:t-tin(Itltig betrifft Kolben zur Trennung |
| eines Hüssigen Fluidums von eitlem gasfürlnigen |
| Fluidum, wobei beide Fluida unter Druck stehen, |
| und einen finit cinetn solchen KOlllen versehenen |
| hydropltetllnatischen l:nergieslleicher. |
| I)ic atn weitesten verbreitete @lteicherl>auart ist |
| (sie, hei \\elcher (las g:tsfi)rtiiige :\ledittnl von (lein |
| flüssige'' \Irdium durch eitre im allgemeinen aus |
| künstlichem C#uitlmi hergestellte Membran getrennt |
| wird. |
| Diese I_i*)stilig scheint fiit- Speicher gel-inger Ka- |
| pazit;it @letrie<ligcll(le l.rgelnlisse zu liefet-n.
Für |
| Speicher großer 1#a:.ull@@kraft wird man jedoch |
| allgemein (I;tZLI geführt, lllit (ia-# gefüllte Itlascll
zu |
| benutzen, welche, abgesehen N"Oll eitler nlchr Oder |
| weniger grol.ien Luftdurchlässigkeit unter holten' |
| Druck, den schwere'' Nachteil aufweise'', (saß sie |
| tindicltt werden oder platzen k(>nlien. Hei den Ener- |
| giespeichern dieser Bauart besteht somit (sie Ge- |
| lahr, (1a1.1 die Energie itll gewünschten Augenblick |
| sticht zur \-el-fiigtitig stellt. Ferner w il-ft die fier- |
| stelltitig der Waselt schwierige in(lttstt-i"lle
Pro- |
| Weine auf. |
| 1)ic vorliegende Erfindung l)ez\\eclkt <';c ller- |
| #tellung eines oleopnetunatischen oder allgemeiner |
| hvdropneutnatischen Energiespeichers, der jede ge- |
| \" iin:clite Fassungskraft haben kann, jede Gefahr |
| eine: @-ersagetl: ausschließt, einest sehr einfachen |
Aufbau und einen sehr niedrigen Gestehungspreis hat und keinerlei
konstruktive Schwierigkeit mit sich bringt.
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Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist zweckmäßig mit einem besonderen
Kolben versehen zur "Trennung der gasförmigen und flüssigen Fluida. Dieser Kolben
aber kann auch in jeder Anlage gebraucht werden, in welcher ein frei beweglicher
Kolben ein gasförmiges Fluidum von irgendeinem flüssigen Fluidum mit merklicher
räumlicher Zusammendrückbarkeit trennt.
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Der erfindungsgemäße Energiespeicher wird durch einen an seinen beiden
Enden geschlossenen zylindrischen Hohlkörper gebildet, in dessen einem Ende eine
Öffnung für Gas und in dessen anderem Ende eine Öffnung für Flüssigkeit angebracht
ist, sowie durch einen in der Bohrung dieses Körpers gleitenden, wie oben beschrieben
ausgebildeten Kolben.
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Ein erfindungsgemäßer frei beweglicher Kolben ist dadurch gekennzeichnet,
daß er durch zwei Gruppen von Dichtungen gebildet wird, von denen eine an jedem
Ende desselben angeordnet ist und -#velche zwischen sich einen Hohlraum frei lassen,
wobei die Dichtungsgruppe auf der Flüssigkeitsseite die Flüssigkeit in das Innere
dieses Hohlraums eintreten läßt, aber ihren Austritt aus demselben verhindert.
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Dank dieser Anordnung genügt es, zur Herbeiführung einer dichten Trennung
zwischen dem verdichteten Gas und der Flüssigkeit, die nachstehend zur Vereinfachung
Öl -genannt sei, zunächst in den Speicher durch die Öffnung für Flüssigkeit Drucköl
einzupumpen, so daß der Kolben durch das 01
bis an das Ende des Zylinders
getrieben wird, welches dem Ende gegenüberliegt, durch welche das 01 zugeführt
wird, und bis das Innere des Koli,ens mit Öl gefüllt ist, welches, wie oben ausgeführt,
durch eine der Seiten des Kolbens eintritt, worauf durch die Öffnung für Gas Druckas
in den Zylinder eingelassen wird, während gleichzeitig dem 01 gestattet wird,
durch die Öffnung für Flüssigkeit auszutreten. Es hat sich gezeigt, daß, wenn man
mit der obigen Vorrichtung auf die obige Weise verfährt, es möglich ist, den Kolben
mit Öl zu füllen, welches sich infolge seiner räumlichen Zusammeridrückbarkeit unter
einem höheren Druck befindet, als ihn das in den Zylinder eingelassene Gas erreichen
kann, so daß dieses Gas nicht in das Innere des Kolbens eintreten kann und somit
von dem 01 in tadellos dichter Weise getrennt wird.
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Es ist wohlverstanden, daß die in der Nähe der beiden Flächen des
Kolbens vorgesehenen Dichtungen einen ganz beliebigen Aufbau aufweisen und Einfach-
oder Vielfachdichtungen ,sein können, weswegen in der Beschreibung der Ausdruck
Satz von Dichtungen benutzt wird, wobei die einzige zu erfüllende Bedingung die
ist, daß das Öl in den Hohlraum des Kolbens eintreten kann, aber an dem Austritt
aus diesem in beiden Richtungen verhindert ist.
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Das Prinzip der Erfindung besteht darin, dieselbe in dein Speicher
aufgespeicherte Flüssigkeit zu be-' t -en, um dank der räumlichen Zusainmendrückbarkeit
in 7 derselben die dichte Trennung der beiden in dem Speicher vorhandenen
Medien zu erzielen. Der Erfinder hat in der Tat festgestellt, daß mäh eine tadellose
Dichtigkeit mit Bohrungen, die keinerlei besondere Fertigbearbeitung erfahren haben,
sowie mit Dichtungen einfacher Bauart erhält, so daß der gesamte Speicher einen
sehr niedrigen Gestehungspreis aufweist. Es ist ferner zu bemerken, daß der Zusammenbau
und die Ladung dieses Speichers fast augenblicklich erfolgen können und daß außer
dem Gas und der Flüssigkeit keine weitere Substanz in das Innere des Speichers eingeführt
zu werden braucht.
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Ferner ist zu bemerken, daß, wenn der Öldruck im Innern des Kolbens
während des Arbeitens zu einem beliebigen Zeitpunkt sinkt, dieser Druck während
der folgenden Ladung des Speichers wieder auf den gewünschten Wert gebracht wird.
Wenn nämlich der durch das von der Pumpe in den Speicher geförderte Öl vorwärts
getriebene Kolben das Gas verdichtet, ist der Druck auf der Ölseite höher als der
Druck auf der Gasseite, da dies die notwendige Bedingung dafür ist, daß der Kolben
vorrückt, wobei der Druckunterschied zur Überwindung der Reibung der Dichtungen
an der Zylinderwand erforderlich ist.
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Sobald der Ladedruck erreicht ist, wird das Pumpen eingestellt, und
das Gas, dessen Temperatur sich während der Verdichtung erhöht hat, beginnt sich
abzukühlen, was eine gewisse Senkung seines Drucks herbeiführt. Man sieht somit,
daß in geladenem Zustand des Speichers der Öldruck im Innern des Kolbens stets größer
als der Druck des Gases ist. Hieraus ergibt sich, daß der Speicher beliebig lange
geladen bleiben kann, ohne daß die Luft in den Kolben eintreten kann.
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Während der Entladung des Speichers nimmt der Gasdruck beständig ab.
Zur Verhinderung des Lufteintritts in den Kolben ist es somit ausreichend, daß die
Abnahme des Öldrucks in dem Kolben langsamer erfolgt als die Abnahme des Gasdrucks.
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Gemäß einem Kennzeichen der Erfindung wird zur Erfüllung dieser Bedingung
die räumliche Zusammendrückbarkeit des Öls ausgenutzt. Es hat sich nämlich gezeigt,
daß das Öl bei den auftretenden Drücken ziemlich stark zusammendrückbar ist. Dank
dieser Zusammendrückbarkeit werden die leichten Ölverluste, welche in dem Kolben
während der Verschiebungen desselben auftreten können, auf solche Werte beschränkt,
daß das Sinken des Öldrucks in dem Hohlraum des Kolbens tatsächlich stets geringer
ist als das entsprechende Absinken des Gasdrucks bei der betreffenden Verstellung.
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Die zur Prüfung dieser Tatsache angestellten Versuche haben gezeigt,
daß die Bedingungen der verhältnismäßigen Drucksenkungen in dem Kolben und der Gasmasse
sehr leicht zu erfüllen sind, und zwar mit sehr einfachen Dichtungen und sogar mit
einer groben Bearbeitung der Bohrung &s Zylinders.
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Es ist leicht einzusehen, daß der erfindungsgemäße Energiespeicher
jede gewünschte Fassungskraft
haben kann, ohne bauliche Schwierigkeiten
zu verursachen.
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Gemäß einer anderef Ausführungsform der Erfindung wird zur Verringerung
des Gewichts des Speichers das das gasförmige Medium aufnehmende Ende des Zylinders
dauernd mit einem Behälter für verdichtetes Gas verbunden, der mit einem unter (lern
gewünschten Druck stehenden Gas gefüllt ist, wobei dieser Behälter mit dem zylindrischen
Körper eine Anordnung bildet, welche den eigentlichen Speicher darstellt. Bei dieser
Anordnung nimmt das 01 in geladenem Zustand den gesamten Raum des Zylinders
ein, während das pneumatische Polster den Behälter erfüllt, welcher leichter als
der zylindrische Körper sein kann, da man ihm jede beliebige gewünschte Form geben
kann.
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Insbesondere ist die Benutzung von mit Klaviersaiten bandagierten
Aluminiumflaschen vorgesehen, deren Verwendung ausgezeichnete Ergebnisse geliefert
hat und deren Gewicht sehr gering ist.
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Infolge der Art der Trennung zwischen den beiden Medien in dein erfindungsgemäßen
Speicher kann der zylindrische Körper, in welchem sich der Trennkolben verstellt,
ohne Nachteil finit einer Außenflasche kombiniert werden. Man erreicht mit diesem
Aufbau die Herstellung von Speichern sehr großer Fassungskraft, geringen Gewichts,
einfachen Aufbaus und tadelloser Dichtigkeit.
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Die Erfindung betrifft daher außer der Ausbildung und der Herstellung
des zylindrischen Speichers mit einem mit der verwendeten Flüssigkeit gefüllten
hohlen Kolben einen Energiespeicher, der durch die Kombination des erwähnten z#lindrischen
Speichers mit einer Flasche für verdichtetes Gas gebildet wird, welche beständig
mit der Gasseite des zylindrischen Speichers verbunden ist und eine Gaskammer für
denselben bildet.
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Die E=rfindung wird durch die nachstehende eingehende Beschreibung
erläutert, die auf die Zeichnung Bezug nimmt, welche beispielshalber eine Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Abb. i zeigt den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen oleopneumatischen
Energiespeichers; Abb. 2 ist ein Längsschnitt des Kolbens dieses Speichers; Abb.
3 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in welcher der
Speicher mit einem Behälter für verdichtetes Gas verbunden ist.
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Auf diesen beiden .Abbildungen sind entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet.
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In dem dargestellten Beispiel weist der oleopneumatische Speicher
einen Körper i mit einer an ihren beiden Enden geschlossenen zylindrischen Bohrung
2 auf, wobei eine Luftöffnung 3 und eine Ölöffnung .I in den beiden Enden vorgesehen
sind. Die l.tiftöffnting 3 wird durch einen Stöpsel 5 verschlossen und kann mit
einer geeigneten Vorrichtung zur Einführung von Druckluft verbunden werden. Der
genauer auf Abb.2 dargestellte Kolben des Speichers wird durch zwei Scheiben 6-6
gebildet, deren jede eine Dichtung 7 trägt. Die Scheiben 6-6 sind durch eine an
ihren beiden Enden mit Gewinde versehene Stange 8 starr miteinander verbunden, wobei
diese Enden, wie bei 9 angegeben, in Gewindebohrungen der Scheiben 6 eingeschraubt
sind. Auf diese Weise entsteht ein ringförmiger Hohlraum zwischen den Scheiben 6.
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Diese Vorrichtung kann durch Mittel zur Andrückung der Lippen der
Dichtungen an die Zylinderw-andvervollständigt werden, welche z. B. durch zwei Scheiben
io gebildet werden können, deren jede sich gegen eine Dichtung 7 legt und die durch
eine die Stange 8 umgebende Spiralfeder i i auseinandergedrücktwerden.
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Es ist zu bemerken, daß die Dichtungen 7 erfindungsgemäß so ausgebildet
sind, daß sie das Öl in das Innere des erwähnten Hohlraums eintreten lassen, sich
aber seinem Austritt widersetzen.
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In Abb. 3 ist bei 12 ein Behälter für verdichtetes Gas veranschaulicht,
der bei 13 mit einem Ende des Speichers i verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform
wird die Luftöffnung 3 am anderen Ende des Behälters 12 vorgesehen.
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Die Ladung des Speichers erfolgt folgendermaßen: Durch die Öffnung
:4 wird Ö1 in den Zylinder gepumpt. Der Kolben wird gegen das andere Ende des Zylinders
zurückgetrieben und füllt sich mit 01, da die Dichtung 7, wie oben angegeben,
den Eintritt dieses Öls in den Hohlraum des Kolbens gestattet. Das Pumpen wird fortgesetzt,
bis das Öl die höchste Verdichtung erreicht bat. Hierauf wird eine Druckgasquelle
an die Öffnung 3 angeschlossen, und man läßt das Öl aus der Offnung q austreten,
bis sich der Zylinder vollständig voll Ö1 geleert hat, mit Ausnahme des in dem Kolben
enthaltenen. Hierauf wird die Öffnung 3 endgültig verschlossen mittels einer bekannten
Anlage, wonach die Druckluftquelle abgeschaltet wird. Zur Ladung des Speichers genügt
es dann, %on neuem 0l in denselben zu pumpen, bis die Luft auf den gewünschten Druck
verdichtet ist.
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Der erfindungsgemäße Speicher erfüllt die beiden Betriebsbedingungen
eines hydropneumatischen Energiespeichers, nämlich die Trennung der beiden Fluida
und die Dichtigkeit für das gasförmige Fluidum, wenn die Ausflußöffnung der Flüssigkeit
nach der Abfuhr der Gesamtheit der in der hierfür vorgesehenen Abteilung des Speichers
enthaltenen Flüssigkeit offenbleibt.
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Die erste Bedingung ist in der Tat erfüllt, wie oben ausgeführt, und
die in dem Kolben eingeschlossene Flüssigkeit verhindert den Durchgang des gasförmigen
Fluidums, wenn der Druck in der für die Flüssigkeit vorgesehenen Abteilung zu Null
wird. Die Dichtungssätze brauchen daher nur flüssigkeitsdicht zu sein; so daß die
Verwendung von besonderen gasdichten Dichtungen und eines Ventilsystems vermieden
wird.