DE2045759C3 - Hubkolben-Wärmekraftmaschine zur Erzeugung hydraulischer Energie - Google Patents

Description

über den Drehschieber in den

Pumpenkolben führt, padurch Ml

schied in der Dn^ussigkeitvor und ^

Verdränger sehr gering ^u^/£_reSeber hervorgeycrluste im Verdränger und Drehsclueoer

rufen. Verdränger sind daher

Die Dichtungsprobteme im Verdränger s>

leicht beherrschbar.
In einem werteren

der

i. Bei diesen Wärmekraftmaschinen ist aber der

«teuerungsaufwand für einen störungsfreien Betrieb

bei plötzlichem Lastwechsel so groß, daß auch sie

«Ljeaüber dem konventionellen Hydraulikaggregat,

bestehend aus Kurbelwellen-Motor und Hydraulik-

flumoe, sowohl hinsichtlich das Gewichts als auch

MnsiehtUch des Preises nicht bestehen können. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

hei der Wärmekraftmaschine ohne Abtriebs welle, so- *« „_Uw.~

die schweren mechanischen Synchronisierungs- 1.0 Verdränger ein Zellenveraranger tungen zu umgehen als auch auf die kompli- lenschieberbewegung im umlauten rierten steuerungseinrichtungen der Wännekraftma- axial um den Pumpe trhine mit Flugkolben zu verzichten und die funk- schine angeordnet ist,

tSistechnischea Möglichkeiten der unmittelbaren in Tandemanordnung an deη _ml

SrriSbertragung L· eine Druckflüssigkeit, wie .5 ^kraftmaschine tragt und bei der m^ DrucKnd Mengenregelung im Erzeugerteil, Druck- fV»f^^^^S £ S sTuerkreissnitzenabbau und Glättung des Förderstromes, Mas- kolben fur den ArbeitsKreisiaui uu sen- und Momentausgleich, Steuerzeit- und Verdichtungsveränderungen bei hohen Mittelnutzdrücken
und hohen Aibeitsfrequenzen voll auszunutzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung mehrere Maßnahmen und die Verwendung an sich bekannter Bauelemente in neuartiger Anordnung

kolben fur lauf angeordnet ist

Dabei ist der sichJ
drangers sowohl Zy^ⁱⁿ^
Pen-Stufenkolber^ aK auch
Steuerung des Arbeits

_{Rotor des} Ver-

^_rdrehschieb_er zur » _{rkreislaufes der}

_{des zdlenverd}rän

^r _Die Erfindung besteht darin, daß die Steuerung. einrichtung aus einem als Zuteiler wirkenden Verdränger ?ür Druckflüssigkeit besteht, dessen Druckflüssigkeit unmittelbar ndt dem Pumpenkolben zusammenwirkt und funktionsmäßig vom Strom der die hydraulische Nutzleistung übertragenden Druckflusgerc an
trennten und
die

^beittfväränger als Hubkolbenmaschine oder als Rotationskolbenmaschine, im speziellen Fall als Flügelzellenverdränger ausgebildet. D««Umsteuerorgan für die Druckflüss.gkeit besteht aus einem Vuntilblock oder aus einem vom Verdränger Verzahnung Angreift.

^^^ sind die Zäh-""wünschte Phasenverschiebung ^e _ntereinander abgestirnmt, daß oder pulsaücnsarme Förde-

^^£^tt^_m Schluckvdumen so auf das Hubvolumen der Pumpenkolben abgest.mmt,

Un,s._e»_erorg_an

die

rung erre.cnt ^w'^r"· _{dem Zah}nrad lassen

^be" die zum Betrieb der Wärmeanrnas.ch.ne -^ⁿ _u;_{gsbeispiel in} T«»pjg for. ^n eine «j^gj^^^ ^e'^{n en}'^ίυ^^ t_en wodurch Bauaufwand,

⁸ _der angeuiebenen

der

bei

Hubkolben eingeschaltet. . .

Bei einem anderen Ausführungsbe.spiel ,st der Verdränger und das Umsteuerorgan in den Ruckflußstrom vom Verbraucher zur Maschine einge-

ehaltet, der unter einem angehobenen Ansaugdruck steht und dadurch den Verdränger und das Um-

teuerorgan antreibt. Ein eigener Steuerkre.slauf wird hierbei nicht benötigt. Dabei ist durch d,e_konstruktive Ausbildung des Umsteuerorgans als Dreh-

ff_en, so kann damit eine Fordermengen ^^^ cht werden, ohne daß sich die Ar- £™"J^er J^ _{der W}ärmekraftmasch.ne ander .Be-™_p ^req"_ünsti„ _{ist die} Verwendung eines Heißgas wn*w |^^nSt^_treibende Wärmekraftmasch.ne da motors M an _{des Heiß motors} kerne star-

g^ auftreten, zum^anderen ein

b dr Hubkolbei

^g^J^n auftreten, zum^anderen ein Jen^_linuierlLche Bewegungsvorgabe der Hubkolbei J^skonu _{er mögHch ist}

Drehschieber zum Verdränger und von dort wieder

5 6

dung des hydraulischen Gestänges und einen, in die Kolbenstange 4 α und 4 6 mit den Pumpenkolben 5 a

Verbindungsleitung eingeschalteten Kapselverdrän- und S 6 verbunden sind und der mittlere Teil 4 c der

ger, Kolbenstange 4 α und 4 6 als Stufenkolben dient. Das

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Hubkol- Tandemkolbenpaar bewegt sich in der gezeigten Dar-

ben-Wärmekraftmaschine nach der Erfindung in 5 stellung im Pumpengehäuse 6 von rechts nach links,

Tandembauart mit einem in die Verbindungsleitung in dem Kraftmaschinen-Zyiinderraum 2Db vollzieht

eingeschalteten Kapselverdränger, sich ein Arbeitstakt und in dem Zylinderraum 20 a

F i g. 3 a und 3 b Querschnitte durch den Hydrau- ein Kompressions- oder Ausschubtakt, so daß im Zy-

likteil einer Tandem-Maschine mit einem gemeinsa- linderraum 10 die Druckflüssigkeit unter hohem

men Arbeite- und Steuerkreislauf der Druckflüssig- to Druck steht und durch den Drehschieberteil 8 α in

keil, bei dem ein Hubverdränger in den Rückfluß der die Druckleitung 14 a und 146 gelangt, während die

Druckflüssigkeit eingeschlossen ist, unter Ansaugdruck stehende, rückströmende Druck- F i g. 4 einen Querschnitt durch eine Tandemzylin- flüssigkeit von der Saugleitung 13 α und 13 b durch

dereinheit eines Trommelmotors mit koaxialem Zei- den Drehschieberteil 86 hindurch in den Zylinder-

lenverdranger, dessen Rotor zugleich Drehschieber is raum 11 unter dem Pumpenzylinder 5 b gelangt,

für beide Kreisläufe der Druckflüssigkeit ist. Der Steuerkreislauf besteht aus den Zylinderräu-

Nach der F i g. 1 bewegen sich in den parallel an- men 16 und 17 des Stufenkolbens (Teile 5 α, 4 c und geordneten Kraftmaschinenzylindern 1 α und 16, die 5 6), den verbindenden kurzen Kanälen und den zwei durch die Kraftmaschinen-Zylinderköpfe 2 α und 2 b Verdrängerräumen des Kapselverdrängers, dessen verschlossen sind und die Ventile 22 a und 226 tra- ao Welle 28 a auch gleichzeitig die Welle 286 der Drehgen, die Kraftmaschinenkolben 3 α und 3 6 der War- schieber ist. Die Kraftmaschine ist durch Ventile 22 a mekraftmaschine, die über die Kolbenstangen 4 a und 226 gesteuert, wobei die Zylinderräume 21a und 4 6 mit dem Pumpenkolben S α und 5 6 fest ver- und 216 unterhalb der Kraftmaschincnkolben 3 a bunden sind, um 180° phasenverschoben auf und und 3 6 ebenfalls als Arbeitsräume dienen können, ab. as oder bei Brennkraftmaschinen zur Förderung der

Die Kolbeneinheit mit dem Index α führt in der Ladeluft einsetzbar sind. Darstellung einen Arbeitehub, die Kolbeneinheit mit Nach Fig. 3 a bewegt sich der Tandemkolben, be-

dem Index 6 einen Verdichtungshub aus. stehend aus den Kraftmaschinenkolben 3 α und 3 6,

Dabei wird die unter dem Pumpenkolben 5 α zu- den Kolbenstangen 4 a und 46 und denn Pumpenkolvor angesaugte Druckflüssigkeit aus dem als Druck- 30 ben 5, der doppelseitig wirkt, von links nach rechts, raum wirkenden Zylinderraum 10 unter hohem Dabei wird die Druckflüssigkeit aus dem Zylinder-DrwV durch den im Drehschiebergehäuse 9 gelager- raum 10 über einen Kanal durch den Drehschieber 8 ten Drehschieber 8 hindurch in die zum Verbraucher hindurch in die Druckleitung 14 gefördert, führende Druckleitung 12 gefördert. Gleichzeitig Die unter Ansaugdruck stehende, rückfließende strömt durch die Saugleitung 13 die zurückfließende 35 Druckflüssigkeit gelangt von der Saugleitung 15 Druckflüssigkeit wieder durch den Drehschieber 8, durch den Drehschieber 8 hindurch in den Zylinderdiesmal in den als Saugraum wirkenden Zylinder- raum 16 des Verdrängers, der hier als Hubkolbenraum 11 unter den sich nach oben bewegenden Pum- maschine ausgebildet ist und aus dem Kolben 33, der penkolben 5 6. Der Zylinderraum 17 an der Rück- Welle 28 α, die gleichzeitig Welle 28 6 des Drehschieseite des Pumpenkolbens 5 a ist über einen Kanal mit 40 bers ist und einem Exzentertrieb 7 besteht, der sich während den folgenden 180° Drehwinkel Aus dem Zylinderraum 17 des Verdrängers geverkleiEcrnden Verdrängerkammer verbunden, der langt die riickfiießende Druckflüssigkeit über Ausrückseitige Zylinderraum 16 des Pumpenkolbens 56 nehmungen des Drehschiebers 8 und einen Kanal in über einen weiteren Kanal mit dem sich vergrößern- das sich vergrößernde Hubvolumen des Zylinderrauden Volumen der Verdrängerkammer, die im gezeig- 45 mes 11.

ten Beispiel von einem Kapsdverdränger gebildet In F i g. 3 b ist der Tandemkolben bei seiner Bewe-

wird, dessen Welle 28 a gleichzeitig auch die Welle gunp von rechts nach links dargestellt. Der Dreh-

286 für den Drehschieber 8 ist Der Verdrängerex- schieber 8 hat sich gegenüber der Abbildung nach

zenter des Kapselverdrängers ist mit 29 und dessen F i g. 3 a ran 180° weitet gedreht, so daß nun der Sperrschieber sind mit 31 bezeichnet 5° Zylinderraum 10 direkt mit der Druckleitung 14, die

Das Verdrängervolumen des Kapselverdrängers Saugleitung 15 mit dem linken Zylinderraum 16 des

entspricht dabei dem vollen Hubvolumen der Pum- Verteilers und der rechte Zylinderraum 17 mit dem

penkolben 5, so daß eine 360° Umdrehung des Ver- Zylinderraum 11 verbunden ist

drangers einem Hin- und Rückhub der Kolbeneinhei- Somit wandert die Druckflüssigkeit jeweils in drei ten gleichkommt, wobei die Druckflüssigkeit in der 55 180°-Phasen durch den Hydraulikteil der Hubkol-

Verbmdung zwischen den beiden Verdrängerkam- ben-Wännekraftmasdirae. Io der ersten Phase ge-

mern und den beiden Hubräumen auf der Rückseite langt sie von der Saugleitung 15 m den Zylinderraum

der Pumpenkolben 5 α und 56 hin und her pendelt 16, in der zweiten Phase vom Zylinilerraum 16 in

Mit der Welle 28a des Kapselverdrängers ist noch den Zylinderraum 11 der Pumpe, in der dritten die Weile 28 c der Steuerorgane, nämlich des Einlaß- 60 Phase vom Zylinderraum U der Pumpe in die

Schiebers 23 und des Auslaßschiebers 24 für die Druckleitung 14, womit über den Verbraucher der Wärmekraftmaschine verbunden. Kreislauf zur Saugleitung 15 geschlossen ist. In der Fig.2 sind die Bauteile der Wärmekraft- Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine Tan-

maschine ebenso wie die Kraftmaschinenzylinder mit demzylindereinheit «tner Wärmekraftmaschine in

la und 16, die Kraftmaschmen-Zylinderköpfe mit 65 Trommelbaufonn mit getrenntem Arteits- und Steu-

2 α tmd 26 und die Kraftmaschmenkolben mit 3 a erkreislauf, bei der ein Zelleaverdränger koaxial mn

tmd 36 bezeichnet, wobei aber die Kolben 3a und die Pumpe angeordnet ist und der tlotor des Ver-

36 Trt Tandemanordnung mit einer durchgehenden drängers gleichzeitig Drehschieber mi Zylinderlauf-

buchse ist. Die Bezeichnung der Einzelteile für die Wärmekraftmaschine und die Pumpe ist mit den der F i g. 1 bis 3 a und 3 b gleich.

Jedoch ist der Rotor des ringförmigen, koaxialen Zcllonvcrdrängcrs an seinem Aulkndurchrncsser mit einer Verzahnung 18 versehen, die in ein Zahnrad 19 eingreift, das über die Welle 28 mit dem Einlaßdrehschicbcr 23 und dem Auslaßdrehschieber 24 der Wärmekraftmaschine in Drehverbindung steht und gleichzeitig über Zwischengetriebe 26 α und 26 b die Nebenantriebe 25 a, 25 b und 27 α, 27 b antreibt.

In der gezeigten Darstellung ist der Zellenverdrängcr mit in dem Rotor axial beweglichen Sperrschiebern 31 a, 31 b ausgebildet, die an den kurvenförmigen, seitlichen Begrenzungswänden 32 a und 32 0 entlanggleiten, so daß die verdrängte oder angc-

saugte Druckflüssigkeit üln:r Di'ehsehiebeibohnmjieii 30« und 30/) in die Zylindciiiiumc (Ich SHifenkol· bcns (Teile Sa, 5/), Sr) ge1ati|?l. Die kiit/eii Kiniiilwcgc im Drehschieber K vermindern die Slriimtiiifti»- vetiustc, die überlagerte rotierende und os/.ylirrcmlc Bewegung im Rotor senkt die RcibungsveriuMi¹, (lic Abdichtung ist nur am Aiiltemlurdimesser <Ιι··. Rotors erforderlich, so diili günstige Voiriiusscl/iiiijiun für rationelle Fertigung und sitorungsfrcicn UcIrieh

ίο gegeben sind.

Dabei ist das in F i g, 3 a und .1 h gezeigte
ren mit gemeinsamem Arbeits- und Sk
auch auf die konstruktive Gestaltung der in Fig.4 gezeigten Ausführung übertragbar und schafft so die Voraussetzungen für eine Wärmekraftmaschine hoher Leistung und guicn Wirkungsgrade».

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

I 2 eüiein der AasprüsheX bis 8, dadurch gekenn- Patentansnriiche· zeichnet, da» mehrere Krafünaschräeozylmder Patentansprüche. zeicnn ^ *m gemeinsame steueremnchtung auf-

1. Hubkolben-Wärmekraftmaschine ohne Ab- weisen.

^iebswelle zur Erzeugung hydraulischer Energie, 5

vorzugsweise zum Antrieb von Hydranlikmotoren, bei der die den Kraftmaschinenkolben beaufschlagenden Gas- oder Dampfkräfte über einen . . . , . .
mit letzteren verbundenen, doppeltwirkenden Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenkolben auf Druckflüssigkeit einwirken, *o Hubkolbeii-Wärmekraftmaschme ohne AbtnebsweUe mit einer die Hubbewegung der Kraftmaschinen- zur Erzeugung hydraulischer Energie nut hohem kolben vorgebenden Steuereinrichtung, da- Wirkungsgrad .and hoher Leistungsdichte bei der die durch gekennzeichnet, daß die Steuer- den Kraftmaschinenkolben beaufschlagenden Gaseinrichtung aus einem als Zuteüer wirkendem oder Dampfkrifte über einen mit letzteren verbunde-Verdränger für Druckflüssigkeit besteht, dessen i_S nen, doppeltwirkenden Pumpenkolben auf Druck-Druckflüssigkeit unmittelbar mit den Pumpenkol- flüssigkeit einwirken, mit einer die Hubbewegung der ben (5, 5 a, Sb) zusammenwirkt und funktions- Kraftmaschinenkolben vorgebenden Steuereinnchmäßig vom Strom der die hydraulische Nutzlei- rung. . , stung übertragenden Druckflüssigkeit unabhängig Dabei soll mit geringem Steuerungsaufwandder ist. 20 für einen optimalen Betneb erforderliche Bewe-

2. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach Ali- gungsablauf der Hubkolben auch bei schwankender sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsabgabe sichergestellt sein. Dabei kann die Druckflüssigkeitsstrom des Verdrängers vom Wärmekraftmaschine eine Dampfmaschine, eine Strom der die Nutzleistung übertragenden Druck- Heißgasmaschine, oder eine nach dem Otto- oder flüssigkeit getrennt ist. 25 Dieselverfahren wirkende Hubkolben-Verbrennungs-

3. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach An- kraftmaschine sein. Die erzeugte hydraulische Enerspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß der gie kann zum Antrieb von vornehmlich Hydraulik-Druckflüssigkeitsstrom des Verdrängers vom motoren oder aber zur Betätigung von Arbeitszyhn-Strom der die Nutzleistung übertragenden Druck- dem und anderen, hydraulisch betriebenen Geraten flüssigkeit abgezweigt ist, wobei im letzteren eiin 30 dienen.

mit dem Verdränger mechanisch verbundenes Der Vorteil solcher bisher bekanntgewordener

Umsteuerorgan angeordnet ist, welches den Ver- Wärmekraftmaschinen liegt darin, daß bei der un-

dränger entsprechend der Hubbewegung jeweils mittelbaren Energieübertragung der Verbrennungs-

mit dem im Rücklauf befindlichen, druckentlaste- energie auf die Druckflüssigkeit vielgliednge Bauteile

ten Druckflüssigkeitsstrom verbindet 35 und leistungsverzehrende Umlenkungen vermieden

4. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach werden. Solche Wärmekraftmaschinen mußten also einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- mit gutem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte zeichnet, daß zwei Kraftmaschinenkolben (3 α, arbeiten. Da aber der Arbeitsprozeß des Otto- und 3 b) zusammen mit mindestens einem Pumpen- Dieselmotors oder der Arbeitsprozeß der Dampfmakolben (5, Sa, Sb, Sc) eine Tandemeinheit bil- 40 schine und des Heißgasmotors an einen bestimmten den. Arbeitszyklus gebunden ist, ergibt sich auch bei der

5. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach Wärmekraftmaschine ohne Abtriebswelle die Noteinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- wendigkeit, Einrichtungen vorzusehen, die den erforzeichnet, daß der Verdränger eine Rotationskol- derlichen Bewegungsablauf der Hubkolben vorgebenmaschine ist. 45 ben.

6. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach An- Die bekannten Maschinen dieser Art bedienen sich sprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver- daher noch eines zusätzlichen Kurbeltriebes (dänidränger so ausgebildet ist, daß bei einer Umdre- sehe Patentschrift 79 219), einer Kurvenscheibe hung des Verdrängers die Hubkolben mindestens (deutsches Gebrauchsmuster 1 705 488), einer Tauzwei Doppelhübe ausführen. 50 melscheibe oder anderer mechanischer Vorrichtun-

7. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach An- gen, die einen mehr oder weniger sinusförmigen Versprach 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lauf der Hubkolbenbewegung vorgeben.
Verdränger den Pumpenkolben koaxial um- Diese mechanischen Vorrichtungen für den Beweschließt und daß der Rotor des Verdrängers zu- gungszwang bauen aber recht groß, da in den gegleich als Drehschieber (8) für die Druckflüssig- 55 nannten Wärmekraftmaschinen die Energieabgabe keit ausgebildet ist. nicht gleichmäßig erfolgt, die Verbraucher der hy-

8. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach draulischen Energie aber pulsationsarme und druckeinem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn- schwankungsfrei Energiezufuhr benötigen und somit zeichnet, daß der Antrieb der Steuereinrichtung Energiespeicher notwendig werden.

für die Wärmekraftmaschine vom Verdränger ab- 60 Daher wurden Ausführungen vorgeschlagen, die genommen wird. Wärmekraftmaschinen ohne Bewegungszwang und

9. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach Totpunktfestlegung der Hubkolben betreffen, wie einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekenn- z.B. einen einfachwirkenden Freikolbenmotor nach zeichnet, daß mehrere Kraftmaschinenzylinder der USA.-Patentschrift 3 132 593, ein doppelwirken-(1 a, 1 b) mit ihren jeweiligen Steuereinrichtungen 65 der Freikolbenmotor nach der britischen Patentüber Verzahnungen untereinander verbunden schrift 1 132975 und ein Freikolbenmotor in Tandemsind, anordnung mit wegabhängiger Steuerung der Hüb-

10. Hubkolben-Wärmekraftmaschine nach kolben nach der britischen Patentschrift 1 106 141.