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Hydraulisch-elektrische Kraftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, bei der das Treibmittel durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit gebildet ist, die in einem Behälter aufgespeichert ist, der durch die Wirkung eines von einem elektrischen Strom durehflossenen Solenoids aufgeladen wird, dessen Magnetkern mit einem die Flüssigkeit zurückfördernden Kolben verbunden ist. Die Maschinen dieser Art weisen den Vorteil einer gleichzeitig einfachen und kräftigen Bauart auf. Bei den bekannten Ausführungsformen solcher Maschinen, wie sie insbesondere zum Antrieb von Fahrzeugbremsen Verwendung finden, dient der Förder-oder Ladekolben gleichzeitig als kraftaufnehmender, beispielsweise auf das Bremsgestänge arbeitender Kolben.
Dieser Kolben. wird daher notwendigerweise in der einen Richtung von der Druckflüssigkeit und in der andern Richtung von dem Solenoid verschoben, das zur selben Zeit auch die Rüekförderung der Flüssigkeit nach dem Speicherbehälter bewirkt., Falls nun der elektrische Strom für längere oder kürzere Zeit ausbleibt oder versagt, steht bei einer derartigen Maschine kein Mittel zur Verfügung, den kraftaufnehmenden Kolben in dem der Solenoidwirkung entsprechenden Bewegungssinn zu verschieben, ausser wenn man die Druckflüssigkeit, welche die Verschiebung des Kolbens herbeigeführt hat, aus der Einrichtung in die atmosphärische Luft entweichen lässt. Ausserdem sind bei dieser Anordnung so viele Solenoids notwendig, als kraftaufnehmende Kolben vorgesehen werden müssen.
Die Erfindung bezweckt nun, eine hydraulisch-elektrische Kraftmaschine der eingangs gekennzeichneten Art so auszubilden, dass die angeführten Übelstände vermieden und ausserdem bestimmte neue Vorteile, wie z. B. die Möglichkeit der Verriegelung der kraftaufnehmenden Kolben in irgendeiner Stellung, verwirklieht werden. Eine derartige Verriegelung ist beispielsweise bei der Steuerung von Geleiseweichen oder ähnlichen Apparaten notwendig. Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Anordnung eines zusätzlichen Speicherbehälters, in den die Entleerungsleitung der kraftaufnehmenden Einrichtung mündet und in dem sich die Entleerungsflüssigkeit ansammeln kann, ehe sie nach dem Hauptspeicher- behälter gefördert wird.
Die Zeichnung zeigt die hydraulisch-elektrische Maschine nach der Erfindung in einem Ausführungbeispiel in schematischer Darstellung. Die kraftaufnehmende Einrichtung R ist hier nur beispielsweise als mit einem Kolben arbeiten angenommen und durch ein in unterbrochenen Linien ausgezogenes Rechteck angedeutet. Es kann auch irgend eine andere kraftaufnehmende Einrichtung vorgesehen werden, wenn nur die Bedingung erfüllt ist, dass sie während einer Phase ihrer Wirkungsweise Flüssigkeit liefert, die nach dem Zusatzbehälter gefördert werden kann. Die kraftaufnehmende Einrichtung ist zwischen einer Zuführungsleitung 1 für die Druckflüssigkeit und einer Entleerungsleitung 2 eingeschaltet.
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Zusatzbehälter 3 ab, in dem sich die von der kraftaufnehmenden Einrichtung R kommende Flüssigkeit ansammeln kann.
Diese Flüssigkeit verschiebt, bevor die Rückförderung nach dem Hauptspeicherbehälter 8 stattfindet, durch Eintritt in den Zylinder 4 einen Lade-oder Förderkolben 5 aus der in gestrichelten Linien angedeuteten Normalstellung, während die Verschiebung dieses Kolbens in der Richtung der Rückförderung der Flüssigkeit nach dem Hauptspeicherbehälter 8 später durch das Solenoid 6 bewirkt wird.
Der Lade-oder Förderkolben 5 kann wie bei den eingangs erwähnten Bremseinrichtungen in bestimmten Fällen gleichzeitig als kraftaufnehmender Teil benutzt werden. Zu diesem Zweck genügt es,
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wenn die Druckflüssigkeit unmittelbar diesen Kolben z. B. mittels einer Leitung 7 zugeführt werden kann.
Der Kolben 5 kann dann auch zur Verstellung einer Bremse verwendet werden, deren Regelung entweder durch Veränderung der Gegenwirkung des Solenoids, 6 oder der zugelassenen Menge Druckflüssigkeit bewirkt werden kann.
Der Zusatzbehälter 3 kann auch einfach durch den Zylinder 4, in dem sich der Kolben 5 bewegt, gebildet sein. Indessen ist es unter bestimmten Umständen, insbesondere, wenn der Kolben 5 gleichzeitig als kraftaufnehmender Teil dienen soll, gemäss der Erfindung wesentlich, für den Zusatzbehälter ein unabhängiges Gefäss 3 vorzusehen. Die Entleerungsflüssigkeit, welche von den verschiedenen Kraftverbrauchern, gegebenenfalls einschliesslich des in gewissen Fällen durch den Kolben 5 gebildeten Kraftverbrauchers, kommt, wird sich in diesem Behälter 3 ansammeln und dabei ein Treibmittel unter Druck setzen, das beispielsweise Luft sein kann und auf dieser Flüssigkeit einen hinreichenden Druck ausüben wird, um den Förder-oder Ladekolben 5 aus seiner Normalstellung zu verschieben.
Der Zylinder 4 des Kolbens 5 wird sich mit Flüssigkeit füllen, die dann durch die Wirkung des Solenoids 6 nach dem Hauptspeicherbehälter 8 gefördert wird. Die so bei einem Hub des Kolbens 5 verdrängte Flüssigkeitsmenge kann geringer als die in dem Zusatzbehälter 3 angesammelte Flüssigkeitsmenge sein, u. zw. insbesondere dann, wenn der Kolben 5 als kraftaufnehmender, beispielsweise die Bremse eines Fahrzeuges anziehender Kolben dienen soll. In diesem Fall muss der für die Flüssigkeitsförderung ausnutzbare Hub des Kolbens 5 im allgemeinen auf einen kleinen Teil seines Gesamthubes beschränkt werden, dessen Hauptteil für die Wirkung des Kolbens als kraftaufnehmender Kolben verfügbar bleiben muss.
Der Lade-oder Förderkolben 5 hat somit nacheinander eine bestimmte Zahl von Förderhüben auszuführen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss in dem elektrischen Speisestromkreis ein Schalter 9 vorgesehen, der durch die Bewegungen des Kolbens 5 derart gesteuert wird, dass er sieh am Ende des Förderhubes öffnet, wenn der Kolben 5 seine Normalstellung einnimmt, während er sich schliesst, sobald der Kolben 5 unter der Einwirkung der Entleerungsflüssigkeit um eine Strecke, die dem für die Flüssigkeitsförderung frei gehaltenen Hub entspricht, verschoben worden ist. Auf diese Weise wird der Kolben 5
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so lange als die Förderperiode dauert.
Diese Rückförderung von Flüssigkeit nach dem Hauptspeicherbehälter 8 kann auf zwei Wegen stattfinden. Zunächst ist ein unmittelbarer Weg durch die Leitung 7 gegeben, die von dem Hauptspeieherbehälter 8 nach dem Zylinder 4 führt, und zum andern geht ein mittelbarer Weg über die Entleerungsleitung 2 und den einen oder andern Kraftverbraucher R, der Flüssigkeit durch die Leitung 2 aufnehmen kann und in die Zuführungsleitung 1 abgibt und so den Hauptspeicherbehälter 8 wiederauffüllt.
Die Leitung 7 dient dazu, Druckflüssigkeit unmittelbar in den Zylinder 4 zu leiten, wenn der Kolben 5 als Kraftverbraucher, z. B. zum Antrieb eines Bremsgestänges benutzt wird. In diesem Falle arbeitet der gleichzeitig Kraft aufnehmende und Flüssigkeit fördernde Kolben 5 im normalen Betrieb wie bei den bereits mehrfach erwähnten bekannten Bremseinrichtungen, d. h. das Solenoid 6 verschiebt den Kolben 5, der die in dem Zylinder 4 eingedrungene Flüssigkeit unmittelbar nach dem Hauptspeicher- behälter 8 drängen kann. Bei Bremsen entspricht diese Rückförderung von Flüssigkeit in der Regel der Entbremsung.
Wenn nun der elektrische Strom aussetzt oder versagt, kann man nach der Erfindung trotzdem den Kolben 5, der als Kraftverbraucher gewirkt hat, nach seiner Normallage hin in eine beispielsweise der Entbremsung entsprechende Stellung zurückführen. Zu diesem Behufe genügt es, die im Zylinder 4 enthaltene Flüssigkeit nach dem Zusatzbehälter überzuführen, wozu eine Rückholfeder 10 dienen kann. Bei Bremseinrichtungen kann hiefür die Feder der Bremsgestänge verwendet werden. Die durch die Rückholfeder 10 bewirkte Bewegung des Kolbens 5 bildet eine der Arbeitsphasen des durch diesen Kolben gebildeten Kraftverbrauchers, der z. B. auf Bremsen wirkt. Für diesen Kraftaufnehmer besitzen die Zuführungs-und die Entleerungsleitung einen gemeinsamen Teil.
Die Anordnung nach der Erfindung kann in folgender Weise zur Wirkung gebracht werden : Die vom Zylinder 4 kommende Entleerungsflüssigkeit wird nach dem Zusatzbehälter 3 gelenkt, wo sie sich ansammeln kann, bevor sie nach dem Hauptspeicherbehälter 8 gefördert wird. Diese Überfüllung von Flüssigkeit nach dem Zusatzbehälter 3 wird durch ein selbsttätiges Ventil 15 gesteuert, das in diesem Augenblick durch die von dem Kern 15" eines Doppelelektromagenten 39, 40 ausgehende Stange 15' geöffnet wird. Die Flüssigkeitsförderung nach dem Hauptspeicherbehälter 8 kann durch den Kolben 5 erfolgen, sobald wieder elektrischer Strom vorhanden ist.
Inzwischen kann der Kolben 5 trotzdem noch mehrmals seine Rolle als Kraftaufnehmer erfüllen, d. h. bei Bremseinriehtungen können noch mehrere Bremsungen und Entbremsungen vorgenommen werden, u. zw. mit Hilfe der im Hauptbehälter 8 aufgespeicherten Energie.
Die Aufnahmefähigkeit des Zusatzbehälters 3 kann die Zahl der auf diese Weise ohne Wiederaufladen der Flüssigkeit ausführbaren Arbeitsvorgänge bestimmen, d. h. Flüssigkeit kann in den Zusatzbehälter 3 eingeleitet werden, bis der Flüssigkeitsdruck in diesem Behälter den Druck der Feder 10 ausgleicht. Zu diesem Zweck kann die in diesem Behälter geförderte Flüssigkeit entweder ein zusammendrückbares Medium z. B. Luft verdichten oder eine Feder zurückschieben oder eine Masse eine begrenzte Strecke anheben. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden, dass die Entleerung des
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Hauptspeieherbehälters derart beschränkt wird, dass die Luft nicht bis an die Dichtungen der Einrichtung vordringen und nicht durch Entweichen nach aussen teilweise verloren gehen kann.
Die beschriebene Arbeitsweise der neuen Anordnung kann durch Abschlussorgane wie folgt gesteuert werden : Die Verschiebung des als Kraftaufnehmer wirkenden und durch die Druckflüssigkeit bewegten Förderkolbens 5 wird durch die Öffnung des Abschlussorganes 11 veranlasst, dessen Schliessung wie bei den wiederholt erwähnten bekannten Einrichtungen auf elektrischem Wege mit Hilfe einer Batterie bewirkt werden kann. Wenn der auf den Förderkolben 5 ausgeübte Antrieb regelbar sein soll, wie dies für Bremsen verlangt wird, kann das Solenoid 6 in bekannter Weise zur Erzielung einer veränderbaren Gegenkraft verwendet werden. Man kann ferner diese Regelung ebenfalls in bekannter Weise dadurch erreichen, dass man durch das Abschlussorgan 11 eine mehr oder weniger grosse Flüssigkeitsmenge treten lässt.
Hiezu braucht man nur den Handgriff 13 des Steuerschalters eine länger oder kürzere Zeitspanne in der Stellung S belassen, die der Öffnung des Abschlussorganes 11 entspricht. Die Verschiebung dts Kolbens 5 im entgegengesetzten Richtungssinn wird durch Speisung des Solenoids 6 mit Linienstrom hervorgerufen. Zu diesem Zweck wird der Handgriff 13 in die Stellung D gedreht. Der Strom der Batterie 12 erregt dann den Elektromagneten 36, der die Schliessung des Schalters 37 des Linienstromes bewirkt.
Der Schalter 9, der die Schwingbewegungen des Förderkolbens 5 veranlasst, liegt in Reihe mit dem Elektromagneten 36. Die Flüssigkeit wird unmittelbar in den Hauptspeicherbehälter 8 über das selbsttätige Ventil 14 und die Leitung 7 gefördert. Wenn der Handgriff in der Stellung D sich befindet, schaltet er die eine Wicklung 40 des Elektromagneten den Abschlussorganes 15 in den Stromkreis der Batterie 12, wodurch die Stange 15'einen Antrieb nach diesem Abschlussorgan hin erfährt.
Das Abschlussorgan 15 öffnet sich aber trotz dieser Erregung der Wicklung 40 nicht, wenn in der Linienleitung L Strom fliesst, da dann die an diese Leitung L angeschlossene zweite Wicklung 39 des Elektromagneten des Abschluss- organes 15 erregt ist und diese Öffnung verhindert. Falls dagegen dieser Linienstrom ausbleibt oder versagt, öffnet sich das Abschlussorgan 15, und die Entleerung der Flüssigkeit aus dem Zylinder 4 wird durch die einfache Wirkung der Rückholfeder 10 herbeigeführt, wobei die Flüssigkeit nach dem Zusatzbehälter 3 geleitet wird. Der Kolben 5 wird die in vollausgezogenen Linien angedeutete Stellung einnehmen, die durch den die Wirkung der Rückholfeder begrenzenden Anschlag 16 bestimmt ist.
Sobald die Linienleitung wieder Strom führt, verschiebt das Solenoid 6 den Kolben 5, der gleich-
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Ende dieses Förderhubes des Kolbens 5 wird der Schalter 9 geöffnet und die Wirkung des Solenoids 6 hört auf. In diesem Augenblick stösst die im Zusatzbehälter 3 unter der Einwirkung eines verdichteten Luftpolsters oder einer zusammengedrückten Feder oder eines angehobenen Gewichtes stehende Flüssigkeit das Ventil 15 auf und schiebt den Kolben 5 zurück, bis der Schalter 9 von neuem den Stromkreis des Solenoids 6 schliesst. Der Kolben 5 erfährt so eine schwingende Hin-und Herbewegung und fördert auf diese Weise die im Zusatzbehälter 3 enthaltene Flüssigkeit in den Hauptspeicherbehälter 8.
Diese Schwingbewegung hört von selbst auf, sobald der Druck der im Zusatzbehälter befindlichen Flüssigkeit nicht mehr zur Rückbewegung des Kolbens 5 ausreicht. Eine Übertragung der Schwingbewegung des Kolbens 5 auf den z. B. an ein Bremsgestänge angeschlossenen Teil 20 wird dadurch verhindert, dass an der Kolbenstange ein Schlitz 18 vorgesehen ist, in welchem ein mit dem Teil 20 verbundener Zapfen 19 geführt ist.
Ein neues Verdrehen des Handgriffes 13 in die Stellung S, durch das ein wiederholtes Arbeiten des Förderkolbens 5 als kraftaufnehmender Kolben erreicht werden soll, hat natürlich, wenn es vor Entleerung des Zusatzbehälters 3 ausgeführt wird, einfach die Wirkung, dass die hin und her gehende Förderbewegung des Kolbens 5 augenblicklich unterbrochen wird.
Wenn der Förderkolben 5 absatzweise die Rolle eines. kraftaufnehmenden z. B. Bremsen verstellenden Kolben auszuüben hat, kann man gleichzeitig für andere Zwecke verschiedene weitere Kraftaufnehmer vorsehen, die zwischen die Zuführungsleitung 1 und die Entleerungsleitung 2 geschaltet werden. Die Anordnung derartiger weiterer Kraftverbraucher ist aber nicht unbedingt notwendig für die Verwirklichung der Erfindung, deren wesentliches Merkmal die Verwendung des Zusatzbehälters 3 ist.
Falls der Kolben 5 zur Verstellung der Bremsen eines Fahrzeuges benutzt wird, können die andern zwischen den Leitungen 1 und 2 liegenden kraftaufnehmenden Einrichtungen beispielsweise zur selbsttätigen Bedienung der Türen oder der Tritte des Fahrzeuges oder für irgendeinen andern Zweck verwendet werden. Die Entleerungsleitung 2 dieser Kraftaufnehmer liefert Flüssigkeit nach dem Zusatzbehälter 3 über ein selbsttätiges Ventil 23. Wie schon erwähnt, kann die vom Kolben 5 verdrängte Flüssigkeit nach dem Hauptspeicherbehälter 8 über einen die Entleerungsleitung 2 umfassenden, mittelbaren Weg gefördert werden. Man braucht hiefür während dieser Förderperioden nur das Abschlussorgan 21 offen zu halten und gleichzeitig die Ventile 23 und 14 an einer durch diese Flüssigkeitsverdrängung hervorgerufenen Öffnung verhindern.
Die kraftaufnehmenden Einrichtungen können, wie schon angegeben, verschiedenster Art sein.
Der in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Kraftaufnehmer weist einen in einem Zylinder 26 ver- schieblichen Kolben 25 auf, zu dessen beiden Seiten Flüssigkeit vorgesehen sein kann. Wenn der Kolben 25 in der einen Richtung, z. B. nach rechts, unter der Einwirkung der über die Zuführungsleitung 1, einen
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die Leitung 29, den Schieber 30 des Verteilers 27 und die Entleerungsleitung 2 verdrängt. Der Kolben 25 kann in irgendeiner seiner Stellungen dadurch festgelegt werden, dass die Handgriffe der beiden Dreiweghähne 31 und 32, die in den Leitlmgen 28 bzw. 29 liegen, in die Abschlussstellung 0 gedreht werden.
Der Kolben 25 kann ferner unter der Wirkung einer äusseren Kraft, z. B. einer Rückholfeder 33, frei verschoben werden, wenn man die beiden Dreiweghähne 31 und 32 in die Stellung I bringt, in der die Leitungen 28 und 29 über die Zweigleitung 34 in Verbindung miteinander stehen. Die nach der Ent- leerungsleitung 2 gelieferte Flüssigkeit kann durch den Förderkolben 5 unmittelbar in den Hauptspeicher-
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und 32 in die Stellung 11 veranlassen.
Der beschriebene Kraftaufnehmer R kann zur Verstellung von Eisenbahngleisweichen oder zur mechanischen Bedienung von Fahrzeugen oder ähnlichen Zwecken Verwendung finden. Insbesondere bei der Benutzung der Einrichtung R zum Öffnen und Schliessen von Türen kann es vorteilhaft sein, die Bewegung des Kolbens 25 am Ende jedes Kolbenhubes zu dämpfen. Zu diesem Zweck kann man, wie die Zeichnung zeigt, beispielsweise den Durchgangsquerschnitt, welcher der auf der einen Seite des Kolbens 25 befindlichen Flüssigkeit zur Verfügung steht, verringern, indem der Kolben 25 selbst gegen Hubende eine Öffnung 35 nach und nach abdeckt.
Statt auf beiden Seiten des Kolbens 25 Flüssigkeit vorzusehen, kann auch nur die eine Kolbenseite in Berührung mit Flüssigkeit sein, während die andere Kolbenseite mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Hiezu braucht man nur den einen der Dreiweghähne 31, 32 in die Stellung 111 zu bringen. Der Kolben 25 kann dann in der einen Richtung, z. B. nach rechts, wenn der Hahn 32 die Stellung 111 einnimmt, durch die Wirkung der Druckflüssigkeit verschoben werden. Die entgegengesetzte Kolbenbewegung wird durch die Entspannung der RÜckholfeder erhalten, nachdem der Schieber 30 des Verteilers 27 so verstellt worden ist, dass die in den Zylinder 26 eingedrungene Flüssigkeit durch die Leitung 2 entleert
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von Fahrzeugbremsen Verwendung finden.
Die hydraulisch-elektrische Kraftmaschine nach der Erfindung kann im einzelnen auch in einer von dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung abweichenden Form verwirklicht werden. Insbesondere kann, wenn es die Verhältnisse des jeweils in Betracht kommenden Einzelfalles erlauben, auch eine Vereinfachung in bezug auf die Zahl und Ausbildung der erforderlichen Bauteile, wie z. B. Abschlussorgane und Steuerschalter, vorgenommen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Hydraulisch-elektrischer Motor, in dem das Treibmittel aus einer Druckflüssigkeit besteht, welche durch eine Zuführungsleitung nach einem hydraulischen Kraftaufnehmer geleitet wird, von wo sie durch einen solenoidbetätigten Kolben zwecks Füllung des Hauptspeicherbehälters nach dem letzteren
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gefördert wird.