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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.
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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.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen,
welche die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Unteransprüche sollen nur in Zusammenhang mit dem Hauptanspruch
Geltung haben.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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miteinander verbunden, die einerseits im Lager 30 abgestützt ist und über
ein Zahnrad 31 mit der an der Pumpenkolbenstange 4 angeordneten Verzahnung
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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.
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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.
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Die Lehre der Erfindung ist-, auch für Hochleistungs-Kolbenpumpen
anwendbar, und zwar insbesondere für solche mit großem Fördervolumen und mit großer
Förderhöhe.