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Kolbenpumpe. Vorliegende Erfindung besteht darin, daß zwei oder mehrere
Kolben mit zueinander versetzten Kurbeln in Zylindern arbeiten, die dauernd mit
einer in ihrer Bewegung durch Trägheitskräfte beeinflußten Masse in Verbindung stehen.
Hierdurch wird der Zweck erreicht, den Flüssigkeitsdruck abhängig von der Tourenzahl
des Antriebsmotors oder der Größe der Masse zu machen.
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Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen in einigen Ausführungsformen
schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i und 2 je eine Ausführungsform
einer Pumpe, bei der ein Gewicht als Trägheitsmasse dient.
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Abb. ,; zeigt eine Pumpe, bei der als Trägheitsmasse eine Flüssigkeitssäule
verwendet ist, während Abb..l die Anordnung der Pumpe zum Antrieb eines Ratschenmotors
veranschaulicht. Abb.5 stellt eine Vierphasenanordnung der Pumpe dar, während Abb.6
eine veränderliche Trägheitsmasse zeigt.
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Gemäß Abb. i trägt die Antriebswelle o eine Kurbel b, die durch die
Verbindungsstangen c, d mit den entgegengesetzt angeordneten Kolben c, f verbunden
ist, welche in koachsialen Zylindern g, h arbeiten, wobei Saugventile
k, L an den Enden der Zylinder vorgesehen sind. Die Enden der Zylinder kommunizieren
mit Parallelzylindern 1t., In.' die Lieferventile o, p an ihren Enden besitzen.
Entgegengesetzt angeordnete Kolben q, r, die in diesen Zylindern vorgesehen
sind, sind mittels Stangen s, i mit einem Hebel ?s verbunden, der eine Gewichtsmasse
z,, welche im Punkt w drehbar bzw. schwingbar gelagert ist, trägt. Federn y, z sind
angeordnet, die das Bestreben haben, die Schwungmasse in ihrer Mittellage zu halten.
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Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Einrichtung ist folgende Angenommen,
daß die Saugventile k, L in dauernder Verbindung mit einem unter gegebenem konstanten
Druck befindlichen Flüssigkeitsbehälter stehen, so werden die Pumpenzylinder g,
h, in, n zugleich mit den anderen Röhren des Systems mit Flüssigkeit gefüllt.
Darauf wird bei irgendeiner auftretenden Schwingung bzw. Bewegung der Pumpenkolben
e, f die Flüssigkeit dem Hebel zs und der Schwungmasse v Bewegung übermitteln. In
Anbetracht, daß die Flüssigkeitssäulen verhältnismäßig kurz sind, wird die Flüssigkeit
in der Praxis wie eine biegsame Verbindungsstange arbeiten. Wenn die Hubzahl des
Pumpenkolbens größer wird, so wird die Trägheit der Masse v einen beträchtlichen
Widerstand bzw. einen Gegendruck der Bewegung entgegensetzen, und beträchtliche
Druckwirkungen werden in den Pumpenzylindern erzeugt werden. `'Fenn dann keine Förderung
von der Pumpe stattfindet, so werden diese Druckwirkungen größer oder geringer sein,
je nach der Geschwindigkeit der Pumpenkolben e, f,
aber die Verschiebungen
des Verbindungspunktes x zur Trägheitsmasse werden stets d;, '-
gleichen wie
die Verschiebungen der Pumpenkolben e, f bleiben. Wenn die Pumpe Flüssigkeit fördert,
werden die Druckwirkungen abnehmen, und folglich wird dann weniger Bewegung in der
Trägheitsmasse vorhanden sein. Bei jedem Saughub des Pumpenkolbens wird ein Fallen
des Druckes auf der entsprechenden Kolbenseite eintreten. Die Trägheitsmasse jedoch
wird nicht fähig sein, der Flüssigkeitssäule sofort zu folgen, und folglich wird
das Saugventil auf jener Seite sich öffnen und Flüssigkeit wird in den Zylinder
eintreten. Bei dem Druckhub des Pumpenkolbens wird der erzeugte Druck nicht fähig
sein, die Trägheitsmasse sofort zu bewegen, und etwas Flüssigkeit wird deshalb durch
das Förderventil geliefert werden, wenn der Gegendruck nicht größer ist als der
Pumpendruck.
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Wenn der Gegendruck bis zu einer bestimmten Grenze ansteigt, wird
sich das Förderventil nicht öffnen, und die Trägheitsmasse wird dann einfach mit
ihrem @-laximalhub hin und her schwingen, wobei diese Bewegung ohne irgendwelchen
Kraftverbrauch aus der Kraftquelle, die die Pumpe treibt, vor sich geht, mit Ausnahme
desjenigen, um die Reibung zu überwinden. Wenn jedoch der Gegendruck abnimmt, z.
B. bei Verbrauch der Flüssigkeit, so wird sich das Förderventil wieder öffnen, und
Arbeit wird alsdann von der Kraftquelle je nach der Stärke des Flüssigkeitsstromes
geleistet werden.
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Hieraus ist ersichtlich, daß der Maximaldruck, der an den Förderventilen
für einen konstanten
Flüssigkeitsstrom erhalten wird, eine Funktion
der Frequenz der Pumpe ist, und daß durch eine beschleunigte oder durch eine verlangsamte
Tätigkeit der Kraftquelle, verschiedene Maximaldrücke für ein und denselben Flüssigkeitsstrom
erhalten werden können.
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Es ist demgemäß klar, daß diese Pumpe selbst dann Druck erzeugt, wenn
kein Flüssigkeitsstrom stattfindet. Diese besondere Eigenschaft befähigt diese Pumpe,
als Regulator oder als ein Geschwindigkeitsregler verwendet zu werden, indem man
diesen Druck auf einen Hilfsmotor einwirken läßt. Der Druck steigt an im Quadrat
der Geschwindigkeit.
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In der in der Abb. 2 gezeigten Ausführungsform ist ein doppelt wirkender
Kolben in jedem der Pumpenzylinder verwendet worden. Die Kurbel b der Kraftquelle
ist durch die Stange i mit der Kolbenstange 2, die einen doppelt wirkenden Kolben
3 trägt, verbunden. Der doppelt wirkende Kolben q. ist durch die Stange 5 mit dem
schwingenden Schwungrade 6 verbunden. Saugventile 7, 8 sind an der Saugseite und
Lieferventile 9, io sind an der Lieferseite vorgesehen. Der schmale Durchlaß oder
Kanal ii führt vom Lieferrohr 12 zu einem Kolben 13 in einem Zylinder 14., der durch
die Verbindungsstange 15 mit dem schwingenden Schwungrade 6 verbunden ist, das um
den festen Punkt 16 schwingt. Der Kolben 13 dient dazu, die Mittellage des schwingenden
Schwungrades 6 aufrechtzuerhalten, und es ist ersichtlich, daß sich, sobald der
Druck in dem Lieferkanal ansteigt, die auf die Schwungmasse einwirkende Kraft selbsttätig
erhöht, so daß Kräfte, die das Bestreben haben, das schwingende Schwungrad in der
Mittellage zu erhalten, selbsttätig mit den Kräften anwachsen, die die Schwingungen
hervorrufen.
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In der in der Abb. 3 veranschaulichten Ausführungsform ist das Gewicht
oder die Schwungmasse weggefallen, und die erforderliche Trägheitsmasse ist durch
die Verwendung eines gewöhnlichen Rohres, das mit Flüssigkeit gefüllt ist und eine
zweckdienliche Länge besitzt, herbeigeführt worden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kurbel der Kraftquelle b mit
zwei entgegengesetzt angeordneten Kolben e, f durch die Verbindungsstangen
c, d verbunden. Die Köpfe der PumpenzyIinder g, k sind mittels eines langen Rohres
21 verbunden, und die Saugventile h, 1 sowie die Liefei ventile o, p sind
an den Seiten der Zylinder angeordnet. Die Flüssigkeit wird durch den Saugkanal
23 eingezogen und bei 24 geliefert.
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Hier ist ersichtlich, daß bei einer solchen Anordnung der Druck bei
Punkt 25 im Rohre 21 im wesentlichen ein konstanter ist. Bei einer Vielphasenanordnung,
die aus einer Anzahl von Einheiten - ähnlich der in der Zeichnung dargestellten
- gebildet worden ist, können all diese konstanten Druckpunkte untereinander verbunden
werden.
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Wenn die Lieferventile entfallen, kann der Apparat direkt als eine
Quelle von alternierend auftretenden Druckwirkungen verwendet werden, die zum Betrieb
verschiedener Maschinentypen, wie z. B. von Ratschenmotoren o. dgl., gebraucht werden
kann.
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In der in der Abb. 4. veranschaulichten Ausführungsform des Apparates
ist die Antriebskurbel b durch die Verbindungsstangen c, d mit den entgegengesetzt
angeordneten Kolben e, f verbunden, wobei die Trägheitsmasse durch die im
Rohre 21 befindliche Flüssigkeit gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die
Saugventile k, 1, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen,
vorgesehen, aber die Lieferventile sind weggefallen, während die Pumpenzylinder
g, h in direkter Verbindung mit den Zylindern 31, 32 stehen, in welchen entgegengesetzt
angeordnete Kolben 33, 34 arbeiten, die mit einem um den festen Drehpunkt schwingenden
und ein Paar Gesperre- oder Ratschenvorrichtungen 37, 38 betätigenden Hebel 35 verbunden
sind, welche Ratschenvorrichtungen auf den angetriebenen, um den festen Punkt 4.o
drehbaren Rotor 39 einwirken.
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Diese Anordnung ist besonders zweckdienlich in solchen Fällen, in
denen die Kraftquelle eine Maschine darstellt, die wohl ein konstantes Drehmoment
aber Veränderungen in der Geschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzen aufweist.
Eine Veränderung der Geschwindigkeit innerhalb dieser Grenzen wird aber eine beträchtliche
Veränderung des Druckes bei der Förderung der Pumpe hervorrufen. Der Apparat ist
infolgedessen äußerst zweckdienlich für Antriebszwecke von Fahrzeugen. Z. B. kann
als Antriebsmaschine eine Maschine mit innerer Verbrennung dazu verwendet werden,
um die Pumpe zu treiben, während die beiden Pum@enzylinder mit zwei entgegengesetzt
angeordneten Kolben oder aber mit einem doppelt wirkenden Kolben verbunden sind,
die einen Ratschenmotor der vorbeschriebenen Art antreiben.
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An Stelle eines Ratschenmotors kann ein gewöhnlicher hydraulischer
Rotationsmotor verwendet werden, und in solchem Falle wird die Pumpe mit zwei der
vorerwähnten Lieferventile versehen, um einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom
zu sichern. Der Ausfluß von den hydraulischen Motoren wird dann durch die Saugventile
wieder eingeführt.
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Die Erfindung bietet ferner eine Verwendungsmöglichkeit für hydraulische
Installationen, bei denen es erforderlich ist, ständig einen bestimmten Flüssigkeitsdruck
aufrechtzuerhalten. Vermittels der Erfindung wird dies erreicht, ohne die Anwendung
irgendeines Fördersicherheitsventils oder einer anderen Art von Sperrvorrichtung.
Die von dieser Pumpe geleistete
Arbeit wird selbsttätig bei der
Lieferung durch den Windkessel und das Lieferreservoir reguliert, und wenn höhere
Druckwirkungen erforderlich werden, ist es nur nötig, die Kraftquelle bzw. die Kraftwelle
zu beschleunigen bzw. in schnellere Umdrehungen zu versetzen oder aber die Trägheitsmasse
zu vergrößern.
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In der in der Abb. 5 verkörperten Ausführungsform sind vier Kolben
4i, 42, 43, 44 angeordnet worden, die mit einer einzigen Antriebskurbel 45 verbunden
sind. Diese Kolben arbeiten in radial angeordneten Zylindern 46, 47, 48, 49, welche
durch Saugventile 50, 51 mit Saugkanälen 52, 53 sowie durch Lieferventile 54, 55
mit Lieferkanälen 56, 57 kommunizieren. Alle diese Zylinder sind in direkter Verbindung
mit dem Rohr 58, wobei die darin befindliche Flüssigkeitssäule als Trägheitsmasse
dient. Das Rohr ist in der Abb. 5 an den Punkten abgebrochen bzw. abgesetzt, wo
eine lange Flüssigkeitssäule vorgesehen wird, um die notwendige Flüssigkeitssäulenlänge
für die Trägheitsmasse zu erhalten.
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Der Apparat arbeitet in ähnlicher Weise wie die vorbeschriebene Zweiphasenanordnung.
In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, eine veränderliche Trägheitsmasse vorzusehen.
Dieses kann dadurch erreicht werden, daß man die Trägheitsmasse als Pendel ausbildet,
wobei die Kolben, die das Pendel in Schwingungen versetzen, an einem Punkte auf
dem Pendelstabe angeordnet sind. Um das Trägheitsmoment zu ändern, kann dieser Punkt
mit Bezug auf den Aufhängungspunkt des Pendels bewegbar eingerichtet sein.
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Wenn es erwünscht ist, eine veränderliche Trägheitsmasse vorzusehen,
kann dies auch in der in der Abb. 6 gezeigten Art und Weise bewirkt werden. Der
in dieser Abbildung verkörperte Apparat ist beispielsweise für die Anordnung an
den Punkten 59 des in der Abb. 5 gezeigten Apparates geeignet, wobei dann
die dort abgesetzten oder abgebrochenen Enden des Rohres mit dem Gußstück, das durch
die Punkte 6o, 61 angedeutet ist, verbunden werden. Dieses Gußstück besitzt zwei
Zweigleitungen 62, 63, welche mittels eines gleitbaren U-förmigen Rohres 64 in Verbindung
stehen, während Stopfbüchsen oder Dichtungen 65, 66 vorgesehen sind, um die Verbindungsstücke
an den Stoßstellen flüssigkeitsdicht zu machen. Das Rohr 64 wird von einem Haltesockel
67 umfaßt, der mit einer Stange 68 verbunden ist, welche durch Drehen der Schraubenmutter
69 mittels des Handgriffes 7o hoch- oder niedergestellt werden kann. Durch
diese Vorrichtung kann das Trägheitsmoment der Flüssigkeitssäule vergrößert oder
verringert werden, und zwar durch einfaches Drehen des Handgriffes 7o, um die U-förmige
Röhre 64 höher oder niedriger einzustellen.
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Ein Pendel oder ein Schwungrad, das durch eine Kurbel von veränderlicher
oder justierbarer Länge in Schwingungen versetzt wird, kann ebenfalls Verwendung
finden, wobei die beiden Kolben, die mit der Trägheitsmasse zusammen arbeiten, in
entgegengesetzt liegenden Richtungen äuf diese Kurbel einwirken.
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Eine weitere, veränderliche Trägheitsmasse in Form eines Rohres kann
endlich auch dadurch geschaffen werden, daß man teleskopische Rohre verwendet, die
eine Einstellung der Flüssigkeitssäule auf eine größere oder geringere Länge ermöglichen.
Wenn man veränderliche Trägheitsmassen der vorbeschriebenen Art gebraucht, können
die Maximaldrücke im System geändert werden, ohne die Geschwindigkeit der Kraftquelle
zu ändern.
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Es ist selbstverständlich, daß die vorbeschriebenen Einrichtungen
sowohl an den Pumpenkonstruktionen als auch an den Trägheitsmassen nur beispielsweise
gegeben sind, daß Abänderungen in der Formgebung, in der Ausbildung der Teile sowie
in deren Abmessungen vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.