DE1183398B - Antriebsvorrichtung fuer hydraulische Strahlantriebe und Kolbenpumpen - Google Patents

Antriebsvorrichtung fuer hydraulische Strahlantriebe und Kolbenpumpen

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DE1183398B
DE1183398B DEE16725A DEE0016725A DE1183398B DE 1183398 B DE1183398 B DE 1183398B DE E16725 A DEE16725 A DE E16725A DE E0016725 A DEE0016725 A DE E0016725A DE 1183398 B DE1183398 B DE 1183398B
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pistons
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DEE16725A
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Dr-Ing Johann Endres
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Dr-Ing Johann Endres
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Dr-Ing Johann Endres
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/06Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Antriebsvorrichtung für hydraulische Strahlantriebe und Kolbenpumpen Es ist bekannt, einen Pumpenkolben durch einen auf der Pumpenstange angeordneten Verbrennungskolben anzutreiben, - wobei die Nutzleistung der Pumpe auf die Leistung des Verbrennungsmotors ausgelegt und damit begrenzt ist. Da der Pumpenkolben wegen des hohen spezifischen Gewichtes des Fördermediums weit höhere Leistungen aufnehmen kann, als ein solcher Verbrennungsmotor -abgibt, können auf der Antriebsseite mehrere Arbeitskolben angeordnet werden, die ihre Leistung auf einen Pumpenkolben übertragen.
  • Es sind Verbrennungsmotoren bekannt, deren Zylinder in Trommelbauart angeordnet und mit gegenläufigen Kolben versehen sind. Ferner ist ein System von zwei nebeneinanderliegenden Antriebs- und Pumpenkolben bekannt, die durch eine Querstange gegenläufig synchronisiert sind. Außerdem ist ein Freikolbensystem, bestehend aus zwei gegenläufigen Verbrennungskolben mit mittlerem Verbrennungsraum, bekanntgeworden, bei dem die gegenläufige Bewegung der Verbrennungskolben mittels Hebel auf zwei gegenläufige Pumpenkolben übertragen werden. Diese bekannten Systeme haben den Nachteil, daß zur Zurückführung der Kolben in die Totpunktlage besondere Einrichtungen erforderlich sind, welche das Leistungsgewicht und die Leistungskonzentration derartiger Motorpumpen stark reduzieren und die außerdem durch ihren Aufwand die Herstellungskosten erhöhen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Antriebsvorrichtung für hydraulische Strahlantriebe mit Wasserkolben und für Kolbenpumpen, wobei Düsenkolben verwendet werden, mehrere doppeltwirkende kurbelgetriebelose Verbrennungshubkolbenmotoren in an sich bekannter Weise nach Art einer Revolvertrommel konzentrisch und achsparallel um einer gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sind, welche einen oder mehrere Pumpenkolben trägt, und daß die Kolben der Verbrennungsmotoren mit dieser Pumpenkolbenstange verbunden sind.
  • Die erfindungsgemäße Übertragung der Kräfte der Verbrennungsmotoren über den Düsenkolben auf die axial beschleunigte Impulsmasse ergibt eine optimale Leistungsübertragung mit geringen Verlusten, so daß die Pumpe einen hohen Wirkungsgrad erreicht.
  • Durch die Trommelbauart des Antriebsmotors können bei hoher Leistungskonzentration und niedrigem Leistungsgewicht hohe motorische Leistungen auf die Düsenkolben übertragen werden. Außerdem wird durch die Trommelbauarf erreicht, daß optimale Betriebskennwerte erzielt werden. Dies gilt insbesondere für den Vortriebswirkungsgrad bei Wasserfahrzeugen, der gegenüber dem Scfiräubenantrieb besser liegen kann; deshalb eignet siele die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung insbesondere für den Antrieb schnellfahrender Wasserfahrzeuge.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung können die Kolben der Verbrennungsmotoren zwei einander gegenüberliegende KolbenbödL-n besitzen und entweder aus einem einzigen un%eteilten Kolben oder aus je zwei an sich bekannten Einzelkolben bestehen, die ihrerseits mittels einer Kuppelstange miteinander verbunden sind.
  • Zweckmäßig sind die Kolb@ii 'der Verbrennungsmotoren mit der Kolbenstange durch Mitnehmer verbunden. Diese Mitnehmer keimen als einstückige Mitnehmerringe ausgebildet sein; wodurch die Fertigungskosten vermindert werden und die Lagerhaltung vereinfacht wird.
  • Die Unteransprüche sollen nur in Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Geltung haben.
  • Weitere Einzelheiten und`orbeile der Erfindung sind in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Antriebsvorrichiüng, bei der die Kolben der Verbrennungsmotoren aus einem Teil bestehen, im Längsschnitt, ' F i g. 2 ein anderes'' Ansführtmgsbeispiel, bei dem die Kolben der Verbrennungsmotoren aus zwei Teilen bestehen, im Längsschnitt, F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Antriebsvorrichtung gemäß F i g. 2, F i g. 4 ein weiteres'.Ausführungsbeispiel, bei dem die Kolben der Verbrennungsmotoren durch ein Zahnstangengetriebe mit dem' Pumpenkolben verbunden sind, im Längsschnitt. @ - In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind in dem revolverartig angeordneten Verbrennungsmotor dessen Kolben 1 in den Zylindern 2 mit den Brennräumen 3 konzentrisch um eine gemeinsame Pumpenkolbenstange 4 angeordnet und mit dieser durch Mitnehmer 5 kraftschlüssig verbunden. Statt mehrerer einzelner Mitnehmer 5 kann auch ein gemeinsamer, einstückiger Ring vorgesehen sein. Durch die einstückige Ausbildung des Mitnehmers 5 werden die Fertigungskosten erheblich gesenkt. Der in dem motorseitigen verdickten Ende der Pumpenkolbenstange 4 starr angeordnete Mitnehmer 5 greift in eine Aussparung 6 der Kolben 1 ein und ist an seinem Eingriffsteil 7 kugelartig ausgebildet. Auf der Kolbenstange 4 ist ein Düsenkolben 8 befestigt, der intermittierend Wasser durch Einlaßorgane 9 und 10 in die Pumpenzylinderräume des ebenfalls düsenförmig ausgebildeten Pumpenzylinders 11 und 12 einsaugt und durch Kolbendüsen 13 und Zylinderdüsen 14 ausstößt. Zur Vermeidung der Übertragung der in den Verbrennungsmotoren auftretenden hohen Zünddrücke auf die Wassersäule im Pumpenzylinder ist der Düsenkolben 8 in Achsrichtung elastisch mittels Federn 14 und 15 gelagert, die ihrerseits auf einen bestimmten Druck ausgelegt sind und die in den Totpunktlagen des Kolbens 8 außer den hohen Zünddrücken auch Beschleunigungs- und Druckspitzen aufnehmen und den Druck im Pumpenzylinder auf eine bestimmte Höhe regulieren, wodurch die von der Förderhöhe abhängige Strahlgeschwindigkeit in den Düsen 13,14 während der Hubbewegung des Düsenkolbens 8 konstant bleibt. An Stelle der Federn 15, 16 kann auch Druckluft verwendet werden, die bei Verwendung als Strahlantrieb entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zur Erreichung hoher Vortriebswirkungsgrade auf verschiedene Drücke eingestellt werden kann. Zur Aussteuerung der Totpunktlagen der Verbrennungsmotorenkolben kann ein unbelastetes Schubkurbelgetriebe 17 mit einem Anlenkpleuel 18 vorgesehen sein, das am verdickten motorseitigen Ende des Pumpenkolbens 4 angeordnet ist. Der Massenausgleich des Triebwerks kann mit einer am Getriebe 17 angelenkten gegenläufigen Masse 19 erreicht werden oder durch Anordnung mehrerer Triebwerke nebeneinander mit einer gemeinsamen Kurbelwelle mit entsprechend versetzten Zündungen und Totpunktlagen.
  • Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 übertragen zwei durch eine Stange 23, 24 gekuppelte einzelne Verbrennungsmotorenkolben 21, 22 die in den Zylinderräumen 3 erzeugten Kräfte über die Stange 23, 24, das Gelenk 20 und die daran angelenkte Schwinge 25 mit ihrem Drehpunkt 26 weiter auf eine Schubstange 27, die das mittels Gelenk 28 mit der Pumpenkolbenstange 4 verbunden ist. Der Unterschied zu der Ausführung nach F i g. 1 liegt darin, daß durch die Anordnung der Schwingen 25 in der Leistungsübertragung die Verbrennungsmotorenkolben sich gegenläufig zum Düsenkolben 8 bewegen, wodurch ein vollkommener Massenausgleich der bewegten Triebwerksteile erreicht wird.
  • Die Lage des Drehpunktes 26 der Schwinge 25 bestimmt außerdem das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis zwischen Antriebs- und Düsenkolben. Je nach Länge der Hebelarme vom Drehpunkt 25 kann die Kolbengeschwindigkeit von Antriebs- und Düsenkolben variiert werden, wodurch beide Maschinengruppen für optimale Betriebsverhältnisse ausgelegt werden und mit verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten arbeiten können.
  • In F i g. 3 ist die Trommelbauart des Antriebsmotors mit der Anordnung der Verbrennungsmotorenzylinder 2 konzentrisch , zur Kalbenstatigä 4° dgrgestellt. In .der Zeichnung sind acht, Zylinder, dargestellt; die Anordnung kann auch auf eine größere oder kleinere Zylinderzahl ausgelegt werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 werden die Kräfte der Verbrennungsmotorenkolben über ein Zahnstangengetriebe auf den gegenläufigen Düsenkolben 8 übertragen. Die beiden Verbrennungsmotorenkolben 21 und 22 sind durch eine Zahnstange 29 miteinander verbunden, die einerseits im Lager 30 abgestützt ist und über ein Zahnrad 31 mit der an der Pumpenkolbenstange 4 angeordneten Verzahnung 32 im Eingriff steht. Die Verbrennungsmotorenkolben 21, 22 und die Kolbenstange 4 mit dem Düsenkolben 8 führen damit gegenläufige Hubbewegungen aus, wie in der Ausführung nach F i g. 2, wodurch ein vollkommener Massenausgleich erreicht werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Übertragung der Kräfte der Verbrennungsmotoren über den Düsenkolben auf die axial beschleunigte Wassermasse (Impulsmasse) ergibt eine optimale Leistungsübertragung mit geringen Verlusten, so daß mit einem hohen Pumpenwirkungsgrad gerechnet werden kann. Bei hohen Triebwerksleistungen können mehrere Pumpen in Tandembauart, d. h. hintereinanderliegend angeordnet werden, die auf einer gemeinsamen Kolbenstange gelagert sind.
  • Die Lehre der Erfindung ist-, auch für Hochleistungs-Kolbenpumpen anwendbar, und zwar insbesondere für solche mit großem Fördervolumen und mit großer Förderhöhe.

Claims (10)

  1. Patentanzprüche: 1. Antriebsvorrichtung für hydraulische Strahlantriebe mit Wasserkolben und für Kolbenpumpen, wobei Düsenkolben verwendet werden, d a -durch gekennzeichnet,daßmehrere doppeltwirkende kurbelgetriebelose Verbrennungshubkolbenmotoren in an sich bekannter Weise nach Art einer Revolvertrommel konzentrisch und achsparallel um eine gemeinsame Kolbenstange (4) angeordnet sind, welche einen oder mehrere Pumpenkolben (8) trägt, und daB die Kolben (1, 21, 22) der Verbrennungsmotoren mit dieser Pumpenkolbenstange (4) verbunden sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben der Verbrennungsmotoren zwei einander gegenüberliegende Kolbenböden besitzen und entweder aus einem einzigen ungeteilten Kolben (1) oder aus je zwei an sich bekannten Einzelkolben (21, 22) bestehen, die ihrerseits mittels einer Kuppelstange (23, 24) miteinander verbunden sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (1) der Verbrennungsmotoren mit der Kolbenstange (4) durch Mitnehmer (5) verbunden sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (5) als einstückiger Mitnehmerring ausgebildet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (8) in beiden Achsrichtungen mittels federartiger Elemente (15,16) elastisch verschiebbar auf der Pumpenkolbenstange (4) gelagert ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Federn (15,16) ein Druckluftpolster od. dgl. auf der Pumpenkolbenstange (4) angeordnet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur überwindung der Totpunktlagen des Systems Motorkolben, Pumpenkolbenstange und Pumpenkolben ein an der Pumpenkolbenstange (4) angelenktes Schubkurbelgetriebe mit gegenläufiger Masse (19) dient. B.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (21, 22) der Verbrennungsmotoren durch ein Zahnstangengetriebe (29, 31, 32) mit der Pumpenkolbenstange (4) verbunden sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Bewegungsrichtung von Verbrennungsmotorenkolben (1) und Pumpenkolben (8) der Massenausgleich durch eine an der Pumpenkolbenstange (4) angelenkte gegenläufige Zusatzmasse (19) bewirkt wird.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 bei Kolbenpumpen als Förderpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer gegenläufigen Zusatzmasse (19) ein zweites Kolbensystem, ebenfalls bestehend aus Verbrennungsmotorenkolben, Pumpenstange und Pumpenkolben, gegenläufig zum ersten Kolbensystem angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 255 413, 360 857, 513 891, 698 312, 958 003; schweizerische Patentschrift Nr. 310 603; französische Patentschrift Nr. 861545.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE255413C (de) *
DE360857C (de) * 1918-06-13 1922-10-07 Nikolai Brasche Mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb von Pumpen
DE513891C (de) * 1928-09-10 1930-12-08 Georges Alexis Lemaitre Luftverdichtungspumpe fuer schubstangenlose Mehrzylindermotore
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DE958003C (de) * 1952-11-22 1957-02-14 Johann Endres Dr Ing Hydraulischer Strahlantrieb fuer Wasserfahrzeuge

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