DE102019216200A1

DE102019216200A1 - Vorrichtung zur umwandlung mechanischer energie

Info

Publication number: DE102019216200A1
Application number: DE102019216200.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: DE102019216200B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Umwandlung mechanischer Energie. Die Vorrichtung (10) weist eine erste und eine zweite elastische Feder (20a, 20b) auf, einen ersten und einen zweiten pneumatischen Hauptzylinder (30a, 30b), einen ersten und einen zweiten pneumatischer Nebenzylinder (50a, 50b) zum Spannen der elastischen Federn (20a, 20b) und eine pneumatische Maschine (70). Dabei ist das Maximalvolumen einer Kolbenkammer (55a, 55b) der pneumatischen Nebenzylinder (50a, 50b) kleiner als das Maximalvolumen einer Kolbenkammer (35a, 35b) der über Kreuz zugeordneten pneumatischen Hauptzylinder (30a, 30b). Durch eine Hubbewegung der pneumatischen Hauptzylinder (30a, 30b) werden, mittels der zugeordneten pneumatischen Nebenzylinder (50a, 50b), die zugeordneten elastischen Federn (20a) gespannt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Energie, insbesondere der Energie einer Feder in eine Energie einer pneumatischen Maschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Hintergrund
In zumindest manchen Fällen liegt eine potentielle Energie in Form einer Spannung einer Feder vor. Es kann aber erforderlich sein, die Energie in Form von Druck und/oder in Form von Rotation zur Verfügung zu haben. Bei zumindest manchen Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik kann, z.B. durch Lücken bei der energetischen Umwandlung, ein „unrundes“ Verhalten resultieren. Dies kann in Pausen und/oder in Schwankungen des Drucks und/oder der Rotation resultieren. Ein derartiges Maschinenverhalten kann, in zumindest einigen Fällen, unangenehm oder gar schädlich sein.
Zusammenfassung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Energie zur Verfügung zu stellen.
CGS:THU
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
Ein Aspekt betrifft eine Vorrichtung, welche eine erste und eine zweite elastische Feder aufweist. Weiterhin weist die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten pneumatischen Hauptzylinder auf, aufweisend je eine erste Auslassöffnung, je eine zweite Auslassöffnung und je eine Einlassöffnung, und einen ersten und einen zweiten Hebel, jeweils aufweisend eine längere Seite und eine kürzere Seite, wobei an der jeweils längeren Seite des Hebels die erste bzw. die zweite elastische Feder angeordnet ist, und an der kürzeren Seite jedes Hebels jeweils der erste bzw. der zweite pneumatische Hauptzylinder angeordnet ist. Ferner weist die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten pneumatischer Nebenzylinder auf, die jeweils eine Einlassöffnung aufweisen, wobei der erste pneumatische Nebenzylinder zum Spannen der ersten elastischen Feder und der zweite pneumatische Nebenzylinder zum Spannen der zweiten elastischen Feder eingerichtet ist, und wobei das Maximalvolumen einer Kammer des ersten pneumatischen Nebenzylinders kleiner ist als das Maximalvolumen einer Kammer des zweiten pneumatischen Hauptzylinders und das Maximalvolumen einer Kammer des zweiten pneumatischen Nebenzylinders kleiner ist als das Maximalvolumen einer Kammer des ersten pneumatischen Hauptzylinders. Auch weist die Vorrichtung eine erste pneumatische Verbindung von der ersten Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders zu der Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Nebenzylinder auf, und eine zweite pneumatische Verbindung von der ersten Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders zu der Einlassöffnung des ersten pneumatischen Nebenzylinder. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine pneumatische Maschine auf, aufweisend eine erste Einlassöffnung und eine zweite Einlassöffnung, und eine dritte pneumatische Verbindung von der zweiten Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders zu der ersten Einlassöffnung der pneumatischen Maschine und eine vierte pneumatische Verbindung von der zweiten Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders zu der zweiten Einlassöffnung der pneumatischen Maschine, so dass durch eine Hubbewegung des ersten pneumatischen Hauptzylinders mittels des zweiten pneumatischen Nebenzylinders die zweite elastische Feder gespannt wird und durch eine Hubbewegung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders mittels des ersten pneumatischen Nebenzylinders die erste elastische Feder gespannt wird.
Einige Teile der Vorrichtung sind paarweise ausgeführt bzw. paarweise vorhanden. Diese können, zumindest in einigen Ausführungsformen, ähnlich oder - zumindest im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen - gleich dimensioniert sein. Beispielsweise können die erste und die zweite elastische Feder im Wesentlichen gleiche Abmessungen, Federkonstanten und ähnliche Merkmale in gleicher Weise aufweisen. Dasselbe kann z.B. für die Hebel, die Hauptzylinder und Nebenzylinder gelten. Einige dieser „paarweisen Teile“ können z.B. in einem ersten Subsystem A bzw. in einem zweiten Subsystem B angeordnet sein, wobei B als eine Art „Spiegel“ von A ausgeführt bzw. vorhanden sein kann. Dies kann auch zu Vorteilen bei der Produktion, Lagerhaltung, Wartung, etc. führen. Auch können die Subsysteme oder Teile davon, zumindest in einigen Ausführungsformen, zum Beispiel „wechselweise“ und/oder „phasenweise über Kreuz“ betrieben werden.
Die erste und die zweite elastische Feder können z.B. als Zugfeder oder als Druckfeder betrieben. Im Folgenden werden Ausführungsformen mit einer Zugfeder beschrieben; dies ist jedoch nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
Der erste und der zweite pneumatische Hauptzylinder kann in einer Reihe von Formen vorliegen, z.B. mit einer zylindrischen, eckigen und/oder anders gestalteten Basis, und mit geradem und/oder mit einem schrägen Querschnitt. Der Hauptzylinder (ebenso der Nebenzylinder) ist ein „pneumatischer“ Zylinder, d.h. er wird mit einem Fluid betrieben. Als Fluide können z.B. Luft, ein Luft-Öl-Gemisch, bestimmte Gase, z.B. mit anderen Temperaturkoeffizienten als Luft, aber auch Öle und/oder Fluidgemische zum Einsatz kommen. Die Hauptzylinder weisen je eine erste Auslassöffnung, je eine zweite Auslassöffnung und je eine Einlassöffnung auf. Die erste und die zweite Auslassöffnung können in einigen Ausführungsformen als eine einzige Öffnung realisiert sein, von der beispielsweise ein Y-Abzweig weggeleitet wird. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnungen können Ventile, z.B. Rückschlagventile, insbesondere federbelastete Rückschlagventile, aufweisen.
Der erste und der zweite Hebel weisen jeweils eine längere Seite und eine kürzere Seite auf. Die Verhältnisse, z.B. längere zur kürzeren Seite, und/oder die absoluten Dimensionen der Hebel können von einem konkreten Anwendungsfall und/oder von der Dimensionierung der anderen Komponenten der Vorrichtung abhängen.
An der jeweils längeren Seite des Hebels ist die erste bzw. die zweite elastische Feder angeordnet, und an der kürzeren Seite jedes Hebels ist jeweils der erste bzw. der zweite pneumatische Hauptzylinder angeordnet. Die genannten Komponenten können direkt, über Verbindungen, z.B. über Gelenke und/oder Gestänge, und/oder mit Zwischenkomponenten mit den genannten Seiten des jeweiligen Hebels verbunden sein.
Der erste und der zweite pneumatischer Nebenzylinder sind kleiner dimensioniert als die pneumatischen Hauptzylinder, insbesondere weisen die Nebenzylinder eine kleinere Zylinderkammer auf. Das Maximalvolumen einer Kammer des ersten pneumatischen Nebenzylinders ist also kleiner als das Maximalvolumen einer Kammer des zweiten pneumatischen Hauptzylinders und das Maximalvolumen einer Kammer des zweiten pneumatischen Nebenzylinders ist kleiner als das Maximalvolumen einer Kammer des ersten pneumatischen Hauptzylinders.
Die Nebenzylinder werden von den Hauptzylindern „über Kreuz“ versorgt, d.h. der erste Hauptzylinder versorgt - über die erste Auslassöffnung des ersten Hauptzylinders und die erste pneumatische Verbindung zu der Einlassöffnung des zweiten Nebenzylinders - den zweiten Nebenzylinder; in analoger Weise versorgt der zweite Hauptzylinder den ersten Nebenzylinder. Dabei sind die Nebenzylinder so ausgelegt, dass diese zum Spannen der zugeordneten elastischen Federn eingerichtet sind, d.h. der erste Nebenzylinder kann die erste Feder spannen, der zweite Nebenzylinder die zweite Feder. Für das Spannen kann beispielsweise eine zugeordnete Spannvorrichtung verwendet werden, bei der z.B. eine nach außen gerichtete Kolbenbewegung des Nebenzylinders zum Spreizen eines Gestänges führt, an dessen Ende(n) die zugeordnete Feder angeordnet ist. Es wird also durch eine Hubbewegung des ersten pneumatischen Hauptzylinders mittels des zweiten pneumatischen Nebenzylinders die zweite elastische Feder gespannt wird und durch eine Hubbewegung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders wird mittels des ersten pneumatischen Nebenzylinders die erste elastische Feder gespannt. Durch die Dimensionierung von Haupt- und Nebenzylinder kann ein Teilvolumen des in den jeweiligen Hauptzylindern gespeicherten Fluids genügen, um den zugeordneten Nebenzylinder so zu füllen, dass damit die Feder gespannt wird. Wenn die Feder als Zugfeder ausgelegt ist, dann wird dadurch die Feder auf ihre maximal vorgesehene Länge gespannt. Wenn die Feder als Druckfeder ausgelegt ist, dann wird durch das Ausfahren des Nebenzylinders die Feder auf ihre minimal vorgesehene Länge zusammengedrückt. Beide Methoden, die Feder mit Energie aufzuladen, können als gleichwertig betrachtet werden. Auch wenn im Folgenden nur die Feder als Zugfeder betrachtet wird, so gelten die obigen und/oder die folgenden Beschreibungen auch für eine Druckfeder. Nach dem Spannen der Feder kann diese, in einer Ausführungsform, mittels eines Einrastmechanismus im gespannten Zustand gehalten werden. Anschließend kann die Feder entspannt werden und - über den zugeordneten Hebel und/oder weitere Mechanismen - den zugeordneten Hauptzylinder betätigen. Das Entspannen der Feder kann beispielsweise durch das Öffnen einer Auslassöffnung des zweiten zugeordneten pneumatischen Nebenzylinders bewerkstelligt werden.
Die pneumatische Maschine kann z.B. als Druckluftmotor, Luftmotor oder Pneumatikmotor gestaltet sein. Die pneumatische Maschine kann z.B. mit einem Antrieb, mit einem Generator oder mit einer anderen Maschine verbunden sein. Die pneumatische Maschine weist eine erste Einlassöffnung und eine zweite Einlassöffnung auf, wobei die dritte pneumatische Verbindung von der zweiten Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders zu der ersten Einlassöffnung der pneumatischen Maschine geführt ist, und die vierte pneumatische Verbindung ist von der zweiten Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders zu der zweiten Einlassöffnung der pneumatischen Maschine geführt. Die erste Einlassöffnung und die zweite Einlassöffnung können entweder als getrennte Einlassöffnungen oder als eine gemeinsame Einlassöffnung gestaltet sein. Die beiden Einlassöffnungen können z.B. mittels Rückschlagventilen gegeneinander gesichert sein, so dass das Fluid von der einen pneumatischen Verbindung (z.B. von der dritten pneumatischen Verbindung) nicht in die andere pneumatische Verbindung (z.B. in die vierte pneumatische Verbindung) gelangt. Damit kann z.B. vorteilhafterweise erreicht werden, dass die pneumatische Maschine abwechselnd von dem ersten Hauptzylinder und dann von dem zweiten Hauptzylinder versorgt wird und auf diese Weise mit einem im Wesentlichen konstanten Druck versorgt wird und/oder eine im Wesentlichen konstante Rotation aufweist.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine weitere pneumatische Maschine auf, wobei die weitere pneumatische Maschine eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung aufweist. Die erste Auslassöffnung ist, über eine fünfte pneumatische Verbindung, mit der Einlassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders verbunden. Die zweite Auslassöffnung ist, über eine sechste pneumatische Verbindung, mit der Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders verbunden. Die fünfte pneumatische Verbindung kann in einer weiteren Ausführungsform, alternativ oder zusätzlich, an der Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Nebenzylinders angeordnet sein; die sechste pneumatische Verbindung an der Einlassöffnung des ersten pneumatischen Nebenzylinders angeordnet sein. Dadurch können vorteilhafterweise Druckverluste in einer Kammer des ersten pneumatischen Hauptzylinders und in einer Kammer des zweiten pneumatischen Hauptzylinders ausgeglichen werden, beispielsweise um einen kontinuierlichen Betrieb der pneumatischen Maschine aufrechtzuerhalten.
In einer Ausführungsform weisen Längsquerschnitte der Kammern des ersten und des zweiten pneumatischen Hauptzylinders eine zylindrische Form oder eine Keilform auf. Damit kann die Vorrichtung an unterschiedliche Anforderungen angepasst sein. Beispielsweise können bei einer Kammer mit einer Keilform Verwirbelungen in der Kammer genutzt werden, die z.B. zu einem unterschiedlichen Druck an der ersten Auslassöffnung und an der zweiten Auslassöffnung führen können. Der unterschiedliche Druck kann auch als nur temporärer Effekt auftreten. Dies kann vorteilhafterweise das Verhalten der pneumatischen Maschine beeinflussen, insbesondere die Drücke an der ersten Auslassöffnung und an der zweiten Auslassöffnung.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin einen ersten hydraulischen Zylinder mit einem unteren Kolben mit einer unteren Kolbenfläche und einem oberen Kolben mit einer oberen Kolbenfläche auf, wobei der erste hydraulische Zylinder zwischen der kürzeren Seite des ersten Hebels und dem ersten pneumatischen Hauptzylinder angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung einen zweiten hydraulischen Zylinder mit einem unteren Kolben mit einer unteren Kolbenfläche und einem oberen Kolben mit einer oberen Kolbenfläche auf, wobei der zweite hydraulische Zylinder zwischen der kürzeren Seite des ersten Hebels und dem zweiten pneumatischen Hauptzylinder angeordnet ist. Dabei sind die Formulierungen „unterer Kolben“ bzw. „oberer Kolben“ nicht als Einschränkungen der technischen Ausführung zu verstehen, sondern wurden nur zur besseren Deutlichkeit und für eine kürzere Formulierung gewählt. Der bzw. die hydraulischen Zylinder können zu einer besseren Anpassung der Vorrichtungen an vorgegebene Spezifikationen räumliche, budgetäre und/oder andere Rahmenbedingungen beitragen.
In einer Ausführungsform ist eine Kolbenfläche des unteren Kolbens größer als eine Kolbenfläche des oberen Kolbens. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die obere Kolbenstange für einen besonders langen Weg dimensioniert ist.
In einer Ausführungsform ist eine Kolbenfläche des unteren Kolbens kleiner als eine Kolbenfläche des oberen Kolbens. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die obere Kolbenstange für einen kurzen Weg mit erhöhter Kraft dimensioniert ist, z.B. mit höherer Kraft als - bei bestimmten räumlichen Verhältnissen - durch den Hebel allein erreichbar.
In einer Ausführungsform ist jeder der Hebel zwischen der längeren Seite und der kürzeren Seite fixiert. In einer Ausführungsform ist jeder der Hebel an einem Ende der kürzeren Seite fixiert. Diese Ausführungsformen tragen zu einer besonders geeigneten Gestaltung bei, z.B. bei bestimmten räumlichen Verhältnissen oder bei vorgegebenen Dimensionierungen der anderen Komponenten.
In einer Ausführungsform ist mindestens einer der pneumatischen Hauptzylinder als Doppelzylinder oder doppelwirkender Pneumatikzylinder ausgeführt. Dies kann beispielsweise aus Gründen der Raumaufteilung, der Dimensionierungen von Haupt- und Nebenzylindern, und/oder der Druckbereiche vorteilhaft sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung wie oben und/oder im Folgenden beschrieben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Eine erste Phase, bei der eine erste Feder über einen ersten Hebel auf eine Kammer eines ersten pneumatischen Hauptzylinders wirkt, so dass, über eine erste Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders und eine erste pneumatische Verbindung, ein zweiter pneumatischer Nebenzylinder betätigt wird, welcher über eine zweite Spannvorrichtung eine zweite Feder spannt, und, über eine zweite Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders und eine dritte pneumatische Verbindung, eine pneumatische Maschine betätigt wird, wobei die erste Feder an der längeren Seite des ersten Hebels und der erste pneumatische Hauptzylinder an der kürzeren Seite des Hebels angeordnet ist.
- Eine zweite Phase, bei der die zweite Feder über einen zweiten Hebel auf eine Kammer eines zweiten pneumatischen Hauptzylinders wirkt, so dass über eine erste Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders und eine zweite pneumatische Verbindung ein erster pneumatischer Nebenzylinder betätigt wird, welcher über eine erste Spannvorrichtung die erste Feder spannt, und, über eine zweite Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders und eine vierte pneumatische Verbindung, die pneumatische Maschine betätigt wird, wobei die zweite Feder an der längeren Seite des ersten Hebels und der erste pneumatische Hauptzylinder an der kürzeren Seite des Hebels angeordnet ist.

In einer Ausführungsform folgt die zweite Phase der ersten Phase nach, insbesondere folgt die zweite Phase der ersten Phase im Wesentlichen unmittelbar. Dies kann z.B. zu einer weiteren Verbesserung der Kontinuität des Drucks und/oder der Rotation der pneumatischen Maschine beitragen.
In einer Ausführungsform weist können bei diesen Phasen die folgenden Dimensionierungen verwendet werden. Dabei ist jeweils nur eine Seite der Vorrichtung, z.B. das Subsystem A, geschildert.
So kann, um die zwei Hebel auszufahren, beispielsweise mindestens einer der Nebenzylinder mit 10 bar beaufschlagt werden. Mindestens einer der Hauptzylinder kann z.B. 210 bar mit einem Volumenstrom von mindestens 3000 cm³ pro Minute aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform kann z.B. jeder der Zylinder eines doppelwirkenden Pneumatikzylinders mit 10 bar beaufschlagt werden. Dadurch kann z.B. die Feder mit 150 kg gespannt werden.
In einigen Ausführungsformen kann statt der Pneumatikzylinder auch ein einen Hydraulikzylinder und/oder ein Elektromotor verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung wie oben und/oder im Folgenden beschrieben oder eines Verfahrens wie oben und/oder im Folgenden beschrieben zur Umwandlung von mechanischer Energie.
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen. Gleiche oder ähnliche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Elemente und/oder Komponenten, die in einer der Figuren beschrieben sind, können, wenn diese eine ähnliche oder die gleiche Funktion erfüllen, zumindest manchmal nicht wiederholt beschrieben sein.
Figurenliste
Dabei zeigt:

1 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 schematisch einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 schematisch einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
5 schematisch einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 schematisch einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 schematisch einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 10 weist zwei Subsysteme A und B auf, die - z.B. für eine wechselseitige Kraftübertragung - über Kreuz mittels Verbindungen 61a und 61b verbunden sind. Ähnliche Komponenten der Subsysteme A und B können ähnliche oder auch im Wesentlichen gleiche Komponenten aufweisen, d.h. Komponenten mit ähnlicher oder gleicher Dimensionierung und/oder sonstigen Eigenschaften. Die Vorrichtung 10 wird mit einem Fluid, z.B. Luft, einem Gas, einem Öl und/oder einem weiteren Fluid, betrieben. Dementsprechend ist „pneumatisch“ als „mit dem in der Vorrichtung verwendeten Fluid betrieben“ zu verstehen.
Die Vorrichtung 10 weist eine erste elastische Feder 20a (in Subsystem A) und eine zweite elastische Feder 20b (in Subsystem B) auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 einen ersten pneumatischen Hauptzylinder 30a und einen zweiten pneumatischen Hauptzylinder 30b auf. Jeder der Hauptzylinder 30a und 30b weisen je eine erste Auslassöffnung 31a, 31b, je eine zweite Auslassöffnung 32a, 32b und je eine Einlassöffnung 33a, 33b auf. Die Vorrichtung 10 weist ferner einen ersten Hebel 40a und einen zweiten Hebel 40b auf. Jeder der Hebel 40a und 40b weist jeweils eine längere Seite 41a, 41 b und eine kürzere Seite 42a, 42b auf. Dabei ist an der jeweils längeren Seite 41a, 41b des Hebels 40a, 40b die erste elastische Feder 20a bzw. die zweite elastische Feder 20b angeordnet, und an der kürzeren Seite 42a, 42b jedes Hebels 40a, 40b ist jeweils der erste pneumatische Hauptzylinder 30a bzw. der zweite pneumatische Hauptzylinder 30b angeordnet.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung 10 einen ersten pneumatischen Nebenzylinder 50a und einen zweiten pneumatischen Nebenzylinder 50b auf, mit je einer Einlassöffnung 51a bzw. 51b. Jeder der pneumatischen Nebenzylinder 50a und 50b kann eine Auslassöffnung (nicht dargestellt) aufweisen; diese kann durch dieselbe Öffnung geführt sein wie die Einlassöffnung 51a bzw. 51b, oder auch durch eine zusätzliche Öffnung in einer Kammer 55a bzw. 55b der Nebenzylinder 50a, 50b. Der erste pneumatische Nebenzylinder 50a ist zum Spannen der ersten elastischen Feder 20a und der zweite pneumatische Nebenzylinder 50b ist zum Spannen der zweiten elastischen Feder 20b eingerichtet. Die Nebenzylinder unterscheiden sich, insbesondere signifikant, von den zugeordneten Hauptzylindern. Insbesondere ist das Maximalvolumen der Kammer 55a des ersten pneumatischen Nebenzylinders 50a kleiner als das Maximalvolumen einer Kammer 35b des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b, und das Maximalvolumen der Kammer 55b des zweiten pneumatischen Nebenzylinders 50b ist kleiner als das Maximalvolumen einer Kammer 35a des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a. Die erste Auslassöffnung 31a des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a ist mit der Einlassöffnung 51b des zweiten pneumatischen Nebenzylinders 50b mittels der ersten pneumatischen Verbindung 61a verbunden. Die zweite Auslassöffnung 31b des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b ist mit der Einlassöffnung 51a des ersten pneumatischen Nebenzylinders 50a mittels der zweiten pneumatischen Verbindung 61b verbunden. Auf diese Weise wird durch eine Hubbewegung des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a mittels des zweiten pneumatischen Nebenzylinders 50b die zweite elastische Feder 20b gespannt und durch eine Hubbewegung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b mittels des ersten pneumatischen Nebenzylinders 50a wird die erste elastische Feder 20a gespannt.
Die Vorrichtung 10 weist außerdem eine pneumatische Maschine 70 auf, welche eine erste Einlassöffnung 71a und eine zweite Einlassöffnung 71b aufweist. Dabei ist die erste Einlassöffnung 71a der pneumatischen Maschine 70, mittels der dritten pneumatischen Verbindung 62a, mit der zweiten Auslassöffnung 32a des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a verbunden, und die zweite Einlassöffnung 71 b der pneumatischen Maschine 70 ist, mittels der vierten pneumatischen Verbindung 62b, mit der zweiten Auslassöffnung 32b des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b verbunden. Durch die dritte bzw. vierte pneumatische Verbindung 62a bzw. 62b gelangt das in der Vorrichtung verwendete Fluid von den Hauptzylindern 50a und 50b in die pneumatische Maschine 70 und treibt diese mit dem Fluid an.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Neben den in 1 dargestellten Elementen weist die Vorrichtung 10 von 2 eine weitere pneumatische Maschine 78 auf. Die weitere pneumatische Maschine 78 weist eine erste Auslassöffnung 79a und eine zweite Auslassöffnung 79b auf. Die erste Auslassöffnung 79a ist, mittels einer fünften pneumatischen Verbindung 69a, mit der Einlassöffnung 33a des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a verbunden, und die zweite Auslassöffnung 79b ist mit der Einlassöffnung 33b des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die fünfte pneumatische Verbindung an der Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Nebenzylinders angeordnet sein, und die sechste pneumatische Verbindung kann an der Einlassöffnung des ersten pneumatischen Nebenzylinders angeordnet sein. Dadurch können z.B. Druckverluste in einer Kammer 35a des ersten pneumatischen Hauptzylinders 30a und in einer Kammer 35b des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30b ausgeglichen werden.
3 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der in 3 gezeigte Teil der Vorrichtungen 10 unterscheidet sich von den entsprechenden Teilkomponenten von 1 dadurch, dass Längsquerschnitte der Kammern 35a bzw. 35b des ersten und des zweiten pneumatischen Hauptzylinders 30a, 30b nicht eine zylindrische Form, sondern eine Keilform aufweisen. Zusätzlich zur Ausführungsform der 1 sind hydraulische Zylinder 80a und 80b dargestellt, deren eine Seite („oben“) mit dem zugeordneten Hauptzylinder 30a bzw. 30b verbunden ist. Die „untere“ Seite der hydraulischen Zylinder 80a und 80b kann mit der kürzeren Seite 42a bzw. 42b der zugeordneten Hebel 40a bzw. 40b (nicht dargestellt) verbunden sein. Der hydraulische Zylinder 80a ist in einem Zustand mit ausgefahrenem oberen Kolben und vergrößerter Kolbenkammer 85a dargestellt, so dass der Hauptzylinder 30a komprimiert ist; der nicht-komprimierte Zustand des Hauptzylinders 30a ist gestrichelt dargestellt. Der Hauptzylinder 30 ist in nicht-komprimiertem Zustand dargestellt; die Kolbenkammer 85b ist entsprechend kleiner. Der dargestellte Zustand kann einer ersten Phase der Vorrichtung 10 entsprechen.
4 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Dabei sind nur Komponenten des Subsystems B dargestellt. Die Komponenten des Subsystems A können in ähnlicher oder in gleicher Weise ausgeführt sein. Ein wesentlicher Unterschied von 4 zu den vorangegangenen Darstellungen besteht darin, dass zwischen der kürzeren Seite 42b des Hebels 40b und dem Hauptzylinder 30b ein hydraulischer Zylinder 80b angeordnet ist, welcher unterschiedliche Kolbenflächen 86b und 87b des zweiten hydraulischen Zylinders 80b aufweist. Die kürzere Seite 42b des Hebels 40b ist so gestaltet, dass diese überwiegend in einer vertikalen Richtung geführt wird und so die vertikale Bewegung des Kolbens mit der Kolbenfläche 86b unterstützt. In der gezeigten 4 ist die Kolbenfläche 86b des unteren Kolbens größer als die Kolbenfläche 87b des oberen Kolbens. Damit kann z.B. eine kurze Bewegung der kürzeren Seite 42b des Hebels 40b in eine längere Bewegung des oberen Kolbens des zweiten hydraulischen Zylinders 80b umgewandelt werden.
5 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu 4 ist bei 5 die Kolbenfläche 86b des unteren Kolbens kleiner als die Kolbenfläche 87b des oberen Kolbens. Dabei können die Komponenten der Vorrichtung 10 beispielsweise folgende Dimensionierungen aufweisen: Die Feder 4 zieht den Hebel 5 mit 1500 Newton. Die längere Seite der Hebel ist 0,5 m lang und die kürzere Seite der Hebel 7 ist 2 m lang. Der längere Hebelarm bewegt den kürzeren Hebelarm, durch ein Gelenk kann eine starke Drehbewegung des Hebels vermieden werden, um so den Weg des kürzeren Hebelarms möglichst gerade verlaufen zu lassen. Durch die Umsetzung des Hebels erhöht sich die Kraft von 1500 Newton auf 3750 Newton. Die kürzere Seite wirkt auf den Hauptzylinder, mit einer unteren Zylinderfläche von 19,6 cm². Es kann noch ein Hydraulikzylinder zwischengeschaltet sein, der in diesem Szenario z.B. 20 cm Hub aufweist. Der Hydraulikzylinder weist eine obere Zylinderfläche von 38,4 cm² auf. Durch die hydraulische Kraftübersetzung erhöht sich die Kraft auf 374 Newton/cm². Also fährt die Kolbenstange mit einer Kraft von 374 Newton/cm² etwa 10,5 cm aus.
6 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist der Hauptzylinder 30b als Doppelzylinder 30b` und 30b'' ausgeführt. Der Hebel 40b ist gekröpft ausgeführt und an einem Ende 49b der kürzeren Seite 42b fixiert. Dadurch können bei einer Abwärtsbewegung des Hebels 40b die beiden Zylinder 30b` und 30b'' in ungefähr gleicher Weise komprimiert werden. Vorteilhafterweise kann diese Ausführungsform robuster sein gegenüber einem Ausfall, z.B. eines der Doppelzylinder 30b` und 30b''.
7 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Zusätzlich zur Ausführungsform der 6 ist ein hydraulischer Zylinder 80b dargestellt, dessen „obere“ Seite mit dem Hebel 40b und dessen „untere“ Seite mit dem zugeordneten Doppelzylinder 30b' und 30b'' verbunden ist. Die Kolbenflächen 86b und 87b sind gleich dargestellt; sie können aber auch als unterschiedliche Kolbenflächen 86b und 87b ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
20a: erste elastische Feder
20b: zweite elastischen Feder
30a: erster pneumatischer Hauptzylinder
30b: zweiter pneumatischer Hauptzylinder
31a: erste Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders
31b: erste Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders
32a: zweite Auslassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders
32b: zweite Auslassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders
33a: Einlassöffnung des ersten pneumatischen Hauptzylinders
33b: Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders
35a: auf eine Kammer / einer Kammer / Längsquerschnitte der Kammern
35b: auf eine Kammer / einer Kammer / Kammern (35a,
40a: erster Hebel
40b: zweiter Hebel
41a: längere Seite des ersten Hebels
41b: längere Seite des zweiten Hebels
42a: kürzere Seite des ersten Hebels
42b: kürzere Seite des zweiten Hebels
50a: erster pneumatischer Nebenzylinder
50b: zweiter pneumatischer Nebenzylinder
51a: Einlassöffnung des ersten pneumatischen Nebenzylinders
51b: Einlassöffnung des zweiten pneumatischen Nebenzylinders
55a: erste Spannvorrichtung
55b: zweite Spannvorrichtung
61a: erste pneumatische Verbindung
61b: zweite pneumatische Verbindung
62a: dritte pneumatische Verbindung
62b: vierte pneumatische Verbindung
69a: fünfte pneumatische Verbindung
69b: sechste pneumatische Verbindung
70: pneumatische Maschine
71a: erste Einlassöffnung der pneumatischen Maschine
71b: zweite Einlassöffnung der pneumatischen Maschine
78: weitere pneumatische Maschine
79a: erste Auslassöffnung der weiteren pneumatischen Maschine
79b: zweite Auslassöffnung der weiteren pneumatischen Maschine
80a: erster hydraulischer Zylinder
80b: zweiter hydraulischer Zylinder
85a: Kolbenkammer des ersten hydraulischen Zylinders
85b: Kolbenkammer des zweiten hydraulischen Zylinders
86a: untere Kolbenfläche des ersten hydraulischen Zylinders
86b: untere Kolbenfläche des zweiten hydraulischen Zylinders
87a: obere Kolbenfläche des ersten hydraulischen Zylinders
87b: obere Kolbenfläche des zweiten hydraulischen Zylinders

Claims

Vorrichtung (10), aufweisend: eine erste und eine zweite elastische Feder (20a, 20b); einen ersten und einen zweiten pneumatischen Hauptzylinder (30a, 30b), aufweisend je eine erste Auslassöffnung (31a, 31b), je eine zweite Auslassöffnung (32a, 32b) und je eine Einlassöffnung (33a, 33b); einen ersten und einen zweiten Hebel (40a, 40b), jeweils aufweisend eine längere Seite (41a, 41b) und eine kürzere Seite (42a, 42b), wobei an der jeweils längeren Seite (41a, 41b) des Hebels (40a, 40b) die erste (20a) bzw. die zweite (20b) elastische Feder angeordnet ist, und an der kürzeren Seite (42a, 42b) jedes Hebels (40a, 40b) jeweils der erste (30a) bzw. der zweite (30b) pneumatische Hauptzylinder angeordnet ist; einen ersten und einen zweiten pneumatischer Nebenzylinder (50a, 50b), aufweisend je eine Einlassöffnung (51a, 51b), wobei der erste pneumatische Nebenzylinder (50a) zum Spannen der ersten elastischen Feder (20a) und der zweite pneumatische Nebenzylinder (50b) zum Spannen der zweiten elastischen Feder (20b) eingerichtet ist, und wobei das Maximalvolumen einer Kammer (55a) des ersten pneumatischen Nebenzylinders (50a) kleiner ist als das Maximalvolumen einer Kammer (35b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (50b) und das Maximalvolumen einer Kammer (55b) des zweiten pneumatischen Nebenzylinders (50b) kleiner ist als das Maximalvolumen einer Kammer (35a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (50a); eine erste pneumatische Verbindung (61a) von der ersten Auslassöffnung (31a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) zu der Einlassöffnung (51b) des zweiten pneumatischen Nebenzylinders (50b), und eine zweite pneumatische Verbindung (61b) von der ersten Auslassöffnung (31b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) zu der Einlassöffnung (51a) des ersten pneumatischen Nebenzylinders (50a); eine pneumatische Maschine (70), aufweisend eine erste Einlassöffnung (71a) und eine zweite Einlassöffnung (71b); und eine dritte pneumatische Verbindung (62a) von der zweiten Auslassöffnung (32a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) zu der ersten Einlassöffnung (71a) der pneumatischen Maschine (70) und eine vierte pneumatische Verbindung (62b) von der zweiten Auslassöffnung (32b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) zu der zweiten Einlassöffnung (71b) der pneumatischen Maschine (70), so dass durch eine Hubbewegung des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) mittels des zweiten pneumatischen Nebenzylinders (50b) die zweite elastische Feder (20b) gespannt wird und durch eine Hubbewegung des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) mittels des ersten pneumatischen Nebenzylinders (50a) die erste elastische Feder (20a) gespannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine weitere pneumatische Maschine (78), aufweisend eine erste Auslassöffnung (79a) und eine zweite Auslassöffnung (79b), eine fünfte pneumatische Verbindung (69a) von der ersten Auslassöffnung (79a) der weiteren pneumatischen Maschine (78) zu der Einlassöffnung (33a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a), und eine sechste pneumatische Verbindung (69b) von der zweiten Auslassöffnung (79b) der weiteren pneumatischen Maschine (78) zu der Einlassöffnung (33b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b), um damit Druckverluste in einer Kammer (35a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) und in einer Kammer (35b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Längsquerschnitte der Kammern (35a, 35b) des ersten und des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30a, 30b) eine zylindrische Form oder eine Keilform aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend: einen ersten hydraulischen Zylinder (80a) mit einem unteren Kolben mit einer unteren Kolbenfläche (86a) und einem oberen Kolben mit einer oberen Kolbenfläche (87a), der zwischen der kürzeren Seite (42a) des ersten Hebels (40a) und dem ersten pneumatischen Hauptzylinder (30a) angeordnet ist, und einen zweiten hydraulischen Zylinder (80b) mit einem unteren Kolben mit einer unteren Kolbenfläche (86b) und einem oberen Kolben mit einer oberen Kolbenfläche (87b), der zwischen der kürzeren Seite (42b) des ersten Hebels (40b) und dem zweiten pneumatischen Hauptzylinder (30b) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kolbenfläche (86a, 86b) des unteren Kolbens größer ist als die Kolbenfläche (87a, 87b) des oberen Kolbens.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kolbenfläche (86a, 86b) des unteren Kolbens kleiner ist als die Kolbenfläche (87a, 87b) des oberen Kolbens.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Hebel (40a, 40b) zwischen der längeren Seite (41a, 41b) und der kürzeren Seite (42a, 42b), oder an einem Ende der kürzeren Seite (42a, 42b) fixiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens einer der pneumatischen Hauptzylinder (30a, 30b) als Doppelzylinder ausgeführt ist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte: - eine erste Phase, bei der eine erste Feder (20a) über einen ersten Hebel (40a) auf eine Kammer (35a) eines ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) wirkt, so dass, über eine erste Auslassöffnung (31a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) und eine erste pneumatische Verbindung (61a), ein zweiter pneumatischer Nebenzylinder (50b) betätigt wird, welcher über eine zweite Spannvorrichtung (55b) eine zweite Feder (20b) spannt, und, über eine zweite Auslassöffnung (32a) des ersten pneumatischen Hauptzylinders (30a) und eine dritte pneumatische Verbindung (62a), eine pneumatische Maschine (70) betätigt wird, wobei die erste Feder (20a) an der längeren Seite (41a) des ersten Hebels (40a) und der erste pneumatische Hauptzylinder (30a) an der kürzeren Seite (42a) des Hebels (40a) angeordnet ist; und - eine zweite Phase, bei der die zweite Feder (20b) über einen zweiten Hebel (40b) auf eine Kammer (35b) eines zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) wirkt, so dass über eine erste Auslassöffnung (31b) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) und eine zweite pneumatische Verbindung (61b) ein erster pneumatischer Nebenzylinder (50a) betätigt wird, welcher über eine erste Spannvorrichtung (55a) die erste Feder (20a) spannt, und, über eine zweite Auslassöffnung (32a) des zweiten pneumatischen Hauptzylinders (30b) und eine vierte pneumatische Verbindung (62b), die pneumatische Maschine (70) betätigt wird, wobei die zweite Feder (20b) an der längeren Seite (41a) des ersten Hebels (40b) und der erste pneumatische Hauptzylinder (30b) an der kürzeren Seite (42b) des Hebels (40b) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Phase der ersten Phase nachfolgt, insbesondere im Wesentlichen unmittelbar nachfolgt.
Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Verfahrens nach Anspruch 9 zur Umwandlung mechanischer Energie.