DE650243C - Druckkraftspeicher fuer Hoechstdrucke bei intermittierendem Betrieb - Google Patents

Description

Es ist für Stoßdämpfungs- u. dgl. Zwecke bekannt, die Kräfte auf in einem Raum eingeschlossene Gase, ζ. Β. Luft, wirken zu lassen, wobei jedoch, besonders bei hohen Drücken, erhebliche Abdichtungsschwierigkeiten entstehen und eine nachteilige Wärmeentwicklung eintritt. Soweit man Metallfedern oder andere Pufferstoffe, wie z. B. Gummi, zur Aufnahme, Speicherung, Messung usw.

von Kräften, Stoßen und sonstigen wechselnden Belastungen verwendet hat, wurde hierbei hauptsächlich die Formänderungselastizität dieser Stoffe ausgenutzt.

Man hat zwar auch schon Druckkraftspeieher vorgeschlagen, bei welchen Federringe auf dem ganzen Umfange in den Hohlzylinder einer nachgiebigen Wellenkupplung ohne Dämpfungsverlust eingekapselt werden, wobei der Druckkörper Raum- und Formelastizität hat. Erfahrungsgemäß haben aber Metalle im allgemeinen geringe Formbeständigkeit, so daß sie bei reinen Druckbeanspruchungen, zumal wenn ihre Elastizitätsgrenze überschritten wird, nicht wieder ihr ursprüngliches Volumen einnehmen.

Es ist ferner an sich bekannt, daß Flüssigkeiten nur Raumelastizität haben, während bei Gummi, das in eine allseitig geschlossene Kammer eingekapselt ist, zur Raumelastizität noch der Zähigkeitseinfluß hinzukommt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Druckluftspeicher für Höchstdrucke bei intermittierendem Betrieb, wobei der komprimierbare, federnde bzw. elastische Werkstoff in eine Druckkammer eingekapselt ist und von einem Druckglied belastet wird. Die Erfindung besteht hierbei darin, daß die federnde Füllung der Kammer aus Gummi oder flüssigem (nicht gasförmigem) Werkstoff besteht, der im wesentlichen nur Raumelastizitat hat.

Wie praktische Versuche mit dem Erfindungsgegenstand bei Anwendung von Gummi ergeben haben, treten die sonst bei Formänderungen von Gummi sich zeigenden Ermüdungs- und Wärmeerscheinungen bei der Beanspruchung von Gummi auf Druck ohne Formänderung, also nur mit Volumenverminderung, nicht auf, jedenfalls nicht in dem Maße, daß die Anwendung von Gummi gemäß der Erfindung selbst bei Einrichtungen mit hochfrequenten Schwingungen, wie z. B. bei Preßluftwerkzeugen, beeinträchtigt wird. Es ist das außer darauf, daß das Gummi keiner Formänderung unterworfen wird, auch darauf zurückzuführen, daß der Gummi- o. dgl. Stoff bei reiner Kompressionsbeanspruchung vollständig luft- und feuchtigkeitsdicht gekapselt werden kann.

Bei den praktischen Versuchen wurde der Druckkraftspeicher gemäß der Erfindung, bei welchem Gummi in der Druckkammer eingeschlossen war, in einen Preßlufthammer eingebaut, mit dem mehrere Minuten lang zwei-

tausend Schläge pro Minute ausgeführt wurden. Eine -Erwärmung des im wesentlichen nur auf Kompression ohne elastische Formänderung beanspruchten Gummis wurde hierbei nicht beobachtet.

Da es bei der Erfindung auf die sonst erwünschten und ausgenutzten formelastischen Eigenschaften des Gummis nicht ankommt, so kann auch nicht vulkanisiertes oder nur ίο teilweise vulkanisiertes Gummi Verwendung finden, der keine oder fast keine formelastischen Eigenschaften hat, wie z. B. Knetgummi. Ferner kann als einfachster und billigster Werkstoff mit Vorteil auch Wasser verwendet werden, das, ähnlich wie Gummi, eine ganz prägnante Kompressionscharakteristik hat, die sich auch bei wiederholten spezifischen Belastungen nicht ändert,

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen zunächst darin, daß man mit sehr geringen Ausmaßen der Federungs- bzw. Pufferungsanlage auskommen kann, da bei genügender Abdichtung der komprimierten Stoffe praktisch eine Überbeanspruchung nicht möglieh ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich derartige volumenbeständige flüssige, besonders aber plastische und elastische Stoffe erheblich leichter abdichten lassen als Gase, wie z. B. Luft, die außerdem bei der Kompression hohe Temperaturen annehmen und schon- aus diesem Grunde für höhere Beanspruchungen ungeeignet sind.

Bei jedem in einer Druckkammer eingeschlossenen volumenbeständigen Stoff, der durch einen Kolben zusammengedrückt wird, ist die Kolbenbewegung eine Funktion des eingeschlossenen Volumens, des angewandten Druckes und des Druckquerschnittes des Kolbens, d. h. des spezifischen Kolbendruckes. Es läßt sich daher durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Druckquerschnittes des Kolbens der Kolbenweg in weiten Grenzen belie-' big wählen, je nachdem es für den in Frage kommenden Zweck wünschenswert erscheint. ■ Mit einer Gummisorte angestellte Versuche haben beispielsweise ergeben, daß beim Zusammenpressen von ι dm³ Gummi durch einen Kolben von 16 mm Durchmesser der Kolben einen Weg von etwa 55 mm zurücklegt, wenn der spezifische Druck etwa 5 ρ kg/mm bzw. der Gesamtkolbendr.uck etwa 10 000 kg beträgt. Bei einem Kolbendurchmesser von 50 mm . würde der Kolbenweg bei einem Gesamtdruck von gS Tonnen etwa 5,5 mm betragen. Dieses Versuchsbeispiel läßt schon erkennen, welch große Kräfte durch verhältnismäßig kleine Volumina aufgenommen werden können.

Da die erwähnten volumenbeständigen Stoffe ganz prägnante Kompressionscharakteristiken haben, läßt sich nach deren Ermittlung aus dem Grade der Kompression ohne weiteres auf den Belastungsdruck schließen. Deshalb kann die Bewegung des auf den volumenbeständigen Stoff drückenden Stem- 6g pels oder Kolbens als Maß für die aufgewendete Kraft benutzt werden, indem sie beispielsweise in an sich bekannter Weise unmittelbar oder über Ubersetzungsglieder auf eine Anzeigevorrichtung übertragen wird, in deren Ausbildung bereits die Kompressionscharakteristik berücksichtigt sein kann, so daß der jeweilige Druck sofort ablesbar ist.

In älteren Patenten des Erfinders sind bereits Belastungsdruckmesser beschrieben, bei welchem die in einer Druckkammer eingeschlossene Gummimasse gewöhnlich durch eine öffnung nach außen gedrückt wird, wobei die aus der Druckkammer ausgepreßte Gummimasse auf eine Anzeigevorrichtung wirkt und die Größe der Gummiauspressung als Maß-' stab für die zu messende Kraft oder Bewegung gewertet wird.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungs- 8g beispiele einer Vorrichtung zum Messen von Drücken gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Abb. ι einen Druckmesser mit angebautem Druckanzeigeinstrument im Schnitt und

Abb. 2 in Vorderansicht,
Abb. 3 eine andere Ausführungsform des Druckmessers im Schnitt.

In Abb. ι und 2 ist α das die Druckkammer c einschließende Druckgehäuse mit dem Kolben b, der auf eine in der Druckkammer c eingeschlossene volumenbeständige, formelastische oder plastische Masse, z. B. Gummi, drückt. Um für starke Beanspruchungen des Kolbens b eine sichere Abdichtung gegenüber seiner Führung im Druckgehäuse α zu erzielen, ist zwischen ihm und der elastischen Masse ein metallischer Ring d, beispielsweise aus Bronze o. dgl., eingelegt, dessen der Druckkammer zugewandte Seite konvex ausgebildet und am Rand nach abwärts gezogen ist. An Stelle dieses Ringes d kann auch eine entsprechend ausgebildete Scheibe o. dgl. Anwendung finden.

Der Kolben δ trägt eine Ringschulter e, über die eine in das Druckgehäuse ο eingeschraubte verstellbare Überwurfmutter / greift. Durch diese Anordnung läßt sich die Vorspannung des in der Druckkammer c eingeschlossenen komprimierbaren Werkstoffes einstellen und dabei das Volumen desselben bei den verschiedenen Außentemperaturen berücksichtigen. Aus diesem Grunde ist die Überwurfmutter zweckmäßig mit einer den Ausdehnungskoeffizienten des eingeschlossenen Stoffes berücksichtigenden Gradeinteilung versehen, welche die Vorspannung entsprechend

der herrschenden Temperatur mit wenigen Handgriffen einzustellen und gleichzuhalten gestattet.

Da sfch bei hohen Drücken auch eine gewisse Reibung des Kolbens b und des Dichtungsringes d an der Fünrungswand des Druckgehäuses α nicht vermeiden läßt, ist es außerdem zweckmäßig, der eingeschlossenen Masse von vornherein eine gewisse Vorspannung zu geben, um zu erreichen, daß beim Nachlassen des Druckes auf den Kolben b dieser sofort in die dem noch herrschenden Druck entsprechende Stellung zurückgedrückt wird.

Um eine Drehung des Kolbens b zu verhindern,=kann an ihm ein Stift h angebracht sein, der in einer ausgefräßten Führung g im Druckgehäuse α verschiebbar ist.

In dem Kolben b ist außerdem ein weiterer Stift i befestigt, der durch eine Öffnung k mit der Meßuhr m in Verbindung steht. Auf diese Weise wird das Meßwerk synchron mit der Kolbenbewegung angetrieben, und es läßt sich der jeweilig herrschende Druck sofort ablesen. Die Meßuhr m kann sowohl, wie dargestellt, in das Druckgehäuse α eingebaut und mit diesem baulich vereinigt sein. Sie kann aber auch an jeder beliebig entfernten Stelle angeordnet sein, wenn die Bewegungsübertragung des Stiftes i bzw. des Kolbens b durch Fernübertragungsmittel, z. B. auf elektrischem Wege mit Hilfe von Widerständen u. dgl., erfolgt.

In Abb. ι und 2 ist der Querschnitt der Druckkammer c gleich dem Kolbenquerschnitt. Sollen kleinere Drücke aufgenommen und gegebenenfalls gemessen werden, so kann entweder die Druckkammer c vergrößert oder der Druckquerschnitt des Kolbens b verringert werden, so daß dem hydraulischen Prinzip entsprechend eine größere Kolbenbewegung notwendig ist, um denselben spezifischen Druck zu erzeugen wie mit der Anordnung nach Abb. 1 und 2. Umgekehrt kann bei der Pufferung und Messung von großen Lasten die Druckfläche des Kolbens im Verhältnis zum Druckraum bzw. zum Volumen des in ihm eingeschlossenen Stoffes auch entsprechend vergrößert werden.

Eine Anordnung, bei der die wirksame Druckfläche des Kolbens im Verhältnis zum Volumen des zu komprimierenden Stoffes klein ist, ist in Abb. 3 dargestellt. Bei dieser ist der Druckraum c unterhalb des Kolbens b erweitert.

In AbB. 3 ist gleichzeitig aber auch eine Anordnung veranschaulicht, wie sie Verwendung finden kann, wenn als Werkstoff im Gegensatz zu der Anordnung nach Abb. 1 und 2 nicht eine formelastische oder weniger plastische Masse, sondern ein flüssiger oder hochplastischer Stoff, d. h. ,allgemein ein Stoff geringer Viskosität, z. B. Wasser, in den Druckraum c eingeschlossen ist. Während die Ausbildung des Kolbens b mit der Überwurfmutter / und der Steuerung der Meßvorrichtung m die gleiche ist wie bei Abb. 1 und'2, ist hier an Stelle des dort verwendeten Dichtungsringes d unter dem Kolben ein Pfropfen η aus einer formelastischen Masse, z. B. Gummi, oder aus einem sonstigen plastischen Werkstoff verhältnismäßig hoher Viskosität angeordnet. Unmittelbar unter diesem Dichtungspfropfen η erweitert sich der Druckraum. Beim Niederdrücken des Kolbens kann daher der Pfropfen η teilweise in diesen erweiterten Druckraum c austreten, wodurch seine Reibung an den Wänden der Kolbenführung verringert und damit die Meßgenauigkeit, insbesondere an den Belastungsspitzen, vergrößert wird. Der Pfropfen η wird dabei ebenso wie die Flüssigkeit oder Masse geringer Viskosität in der Druckkammer c komprimiert, und es findet eine Überlagerung der Kompressionscharakteristiken - der beiden Werkstoffe statt. Die Überlagerung der Kompressionscharakteristik ist dabei an sich vernachlässigbar und für das Anzeigeinstrument ohne praktischen Einfluß, wenn das Volumen des Pfropfens η im Verhältnis zum Druckraum c gering ist. Eine derartige Überlagerung kann aber gegebenenfalls auch vorteilhaft ■ sein, wenn eine bestimmte Gesamtcharakteristik der dem Druck ausgesetzten Stoffe erwünscht ist, um beispielsweise ein bestimmtes Meßwerk verwenden zu können oder aus sonstigen Gründen der Charakteristik eine zweckmäßige Form zu geben.

Die Erfindung ist auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So können Kolben b, Druckgehäuse α und Druckraum c jede beliebige Form und Größe haben und auch ohne die Meßvorrichtung i, k, m zur Aufnahme und Pufferung von Drücken und Stoßen Anwendung finden. Auch kann der mit dem komprimierbaren volumenbeständigen Stoff gefüllte Druckraum seitlich angeordnet werden und mit dem Kolbenraum durch einen Kanal in Verbindung stehen. Bei der Anwendung zur Abfederung von schweren Lasten, beispielsweise im Eisenbahnwaggonbau u. dgl., kann die Anordnung zweckmäßig auch direkt mit dem übrigen Aufbau der Maschine u. dgl. baulich vereinigt sein.

Wird zur Komprimierung Wasser verweildet, so ist es zweckmäßig, dasselbe mit rost- und/oder frostschützenden Mitteln zu versetzen oder die von ihm bespülten Wände der Druckkammer durch sonstige bekannte Mittel vor Korrosion zu schützen.

Auch läßt sich die. Erfindung ohne'weiteres als Indikator, vorzugsweise für hohe GaJ-

ο. dgl. Drücke, verwenden, beispielsweise zum Messen der Energie von Explosionsgasen bej Verbrennungskraftmaschinen oder bei Gewehren, Geschützen und sonstigen Schußwaffen. Hierzu kann der Druckkolben b entweder in geeigneter Weise mit einem weiteren, dem zu messenden Gasdruck ausgesetzten Kolben oder mit einer Membrane o. dgl. in Verbindung stehen, oder der Druckkolben b kann mit dem

ίο dem Gasdruck ausgesetzten Kolben p aus einem Stück bestehen, wie es in Abb. 2 gestrichelt schematisch angedeutet ist. Bei schnell oder explosionsartig auftretenden Beanspruchungen können an Stelle eines normalen, mit dem Druckkolben £> direkt gekuppelten Zeigerwerkes Schieberelemente o. dgl. bewegt werden, die in der Endlage des Kolbens durch Reibung o. dgl. festgehalten werden, so daß sich aus deren Stellung der aufgewendete Druck ermitteln läßt. Aber auch Fixierung durch Schreibgeräte o. dgl. ist möglich.

Ebenso wie die Kompressionselastizität von volumenbeständigen Stoffen zur Abfederung von Kräften und Stoßen, z. B. bei Eisenbahnwagen, und zum Messen derselben anwendbar ist, kann sie auch zur Kraftspeicherung ausgenutzt werden, da die aufgewendete Energie wieder voll zurückgeliefert wird. Auch hierbei macht sich der Vorteil geltend, daß bei^ spielsweise im Vergleich zu Kraftspeichern mit Metallfedern nur eine äußerst kleine und hoch beanspruchbare Apparatur erforderlich ist.

Die Erfindung kann auch zu Abfederungs- und/oder Kraft- und Energiemeß- u. dgl. Zwecken bei Werkzeug- und sonstigen Maschinen, wie Fall-, Preßluft- und Dampfhämmern, Walzwerken, Pressen usw., benutzt werden. Bei ihrer Anwendung zu Pufferungsund Federungszwecken bei Eisenbahnwagen, "* Lokomotiven, Triebwagen u. dgl. kann der Grad der Kompression des volumenbeständigen Stoffes ebenfalls gleichzeitig zur Messung der auftretenden Kräfte, z. B. der Schienenstöße, verwendet werden.

Um eine in vielen Fällen zweckmäßige, besonders weiche Pufferung zu erreichen, kann gegebenenfalls auch eine vereinigte Ausnutzung der Formänderungselastizität und der Kompressionselastizität der erwähnten Werkstoffe vorgenommen werden, indem zunächst bis zu einem bestimmten Druck in bekannter Weise eine Formänderung, z. B. durch seitliches Ausweichen des Werkstoffes, angestrebt und dann beim Ansteigen des Druckes eine reine Kompression vorgenommen wird. Die praktische Ausführung einer derartigen kombinierten Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß in einer Druckkammer Gummi eingeschlossen ist, das bis zu einem gewissen Druck aus der Kammer entweichen kann, bei Überschreiten eines kritischen Punktes jedoch am weiteren Austritt gehindert wird, so daß nunmehr eine reine Kompression möglich ist. In diesem Falle muß jedoch das Gummi sowohl formelastisch als auch kompressionsfähig sein.·

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Druckkraftspeicher für Höchstdrucke bei intermittierendem Betrieb, wobei die komprirfiierbare Druckfeder in eine Druckkammer eingekapselt ist und von einem Druckglied belastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Füllung der Kammer aus Gummi oder flüssigem (nicht gasförmigem) Werkstoff besteht, der im wesentlichen nur Raumelastizität hat.

2. Druckkraftspeicher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung flüssiger oder hochplastischer Stoffe die Abdichtung durch einen dem Druckkolben vorgelagerten Pfropfen aus einer weniger plastischen oder elastischen, vorzugsweise ebenfalls komprimierbaren Masse, z. B. Gummi, erfolgt.

3. Druckkraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckglied in bekannter Weise aus einem KoI-ben (£>) besteht, der unter regelbarer Vorspannung steht und eine Ringschulter (e) aufweist, auf die eine am Druckkammergehäuse verschraubbare Überwurfmutter (/) drückt.

4. Druckkraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (b) unmittelbar oder über Übersetzungsmittel in bekannter Weise ein Druckanzeigeinstrument (w) steuert, das mit dem die Druckkammer einschließenden Gehäuse baulich vereinigt sein kann.

5. Druckkraftspeicher nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der in bekannter Weise auf den eingeschlossenen volumenbeständigen Stoff wirkende Druckkolben (b) am anderen Ende zu einem weiteren Kolben (p) ausgebildet ist, auf den aufzunehmende Flüssigkeit-, Gas- u. dgl. Drücke unmittelbar einwirken können. no

Hierzu ι Blatt Zeichnungen