Kolben - Motorpumpenaggregat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kolben-Motorpumpenaggregat mit wenigstens einem Motorkolben und wenigstens einem Pumpkolben, welche Kolben im Gleichtakt in bezug auf zugeordnete Zylinder bewegbar sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des vorgeschlagenen Aggregates.
Bei solchen Aggregaten ist in der Regel der Motorkolben direkt oder über ein Gestänge bzw. ein Gelenkgetriebe mit dem Pumpkolben verbunden. Diese Bauweise bedarf eines erheblichen Platzbedarfes, müssen doch die beiden Zylinder räumlich voneinander getrennt angeordnet werden. Ausserdem macht das Verbindungsgestänge zwischen den beiden Kolben eine regelmässige Wartung erforderlich, ganz abgesehen davon, dass, im Falle eines Gelenkgetriebes, die Leistungsübertragung Reibungsverluste hervorruft, die den Gesamtwirkungsgrad vermindern.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun diese Nachteile weitgehend zu vermeiden.
Zu diesem Zweck ist das vorgeschlagene Aggregat erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des einen Kolbens als Zylinder des anderen, ortsfest angeordneten Kolbens ausgebildet ist, über den dieser Zylinder speisbar und entleerbar ist.
Ausserdem wird erfindungsgemäss eine Verwendung dieses Aggregates zum Herstellen einer Druckdifferenz zwischen zwei, einen Überdruck aufweisenden Behälter vorgeschlagen, welche Verwendung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Betriebsdruck für den Motorkolben dem Behälter entnommen wird, dessen Druck zu vermindern ist, und dass die Saugseite der Pumpe an denselben Behälter angeschlossen wird.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher beschrieben, welche Figur einen Axialschnitt durch ein Aggregat darstellt.
Das in der Figur dargestellte Aggregat 1 besitzt einen Aussenzylinder 2 mit einer Zylinderbüchse 3, die beiderends mittels Flanschen 4, 5 abgeschlossen ist. Im Innern der Zylinderbüchse 3 ist ein Kolben 6 hin und her verschiebbar gelagert. Der Kolben 6 weist seinerseits eine Büchse 7 auf, die beiderends durch Flansche 8 und 9 abgeschlossen ist. Die Innenwand 11 der Büchse 7 dient als Zylinder für einen ortsfesten Kolben 10, der über eine Kolbenstange 12, die verschiebbar durch den Flansch 9 ragt, im Flansch 4 befestigt ist.
Im vorliegenden Beispiel dient die Anordnung Aussenzylinder 2 - Kolben 6 als Pumpe, die Anordnung Kolben 6 (d.h. Zylinder 11) - Kolben 10 als Motor.
In den Flanschen 4 und 5 sind die Ventile der Pumpe untergebracht, die ihrerseits je mit einer Saugleitung
13 bzw. einer Druckleitung 14 verbunden sind.
Im besonderen endet der eine Zweig 15 der gegabelten Saugleitung 13 in einem mit einem Durchgang 17 versehenen Anschlussnippel 16, der im Flansch 4 befestigt ist. Der Durchgang 17 setzt sich als Kanal 18 im Flansch 4 fort und endet in einem Saugventil 19, das einen durch eine Feder 21 auf seinen Sitz vorgespannten Ventilteller 20 aufweist, wobei das andere Ende der Feder 21 gegen eine mit einem Durch last 23 versehene Scheibe 22 aufliegt, die auf nicht näher dargestellte Weise an der Innenseite des Flansches 4 befestigt ist.
An den Kanal 18 schliesst ein weiterer Durchlass 24 an, dessen Zweck nachstehend noch beschrieben ist.
Auf ähnliche Weise endet der andere Zweig 25 der gegabelten Saugleitung 13 in einem mit einem Durchgang 27 versehenen Anschlussnippel 26, der im Flansch 5 befestigt ist. Der Durchgang 27 setzt sich als Kanal 28 im Flansch 5 fort und endet in einem zweiten Saugventil 29, das einen durch eine Feder 31 auf seinen Sitz vorgespannten Ventilteller 30 aufweist, wobei das andere Ende der Feder 31 gegen eine mit einem Durchlass 33 versehene Scheibe 32 aufliegt, die auf nicht näher dargestellte Weise an der Innenseite des Flansches 5 befestigt ist.
Andererseits endet der eine Zweig 34 der gegabelten Druckleitung 14 der Pumpe in einem mit einem Durchgang 36 versehenen Anschlussnippel 35, der im Flansch 4 (Figur rechts unten) befestigt ist. Der Durchgang 36 setzt sich als Kanal 37 im Flansch 4 fort und endet in einem Druckventil 38, das einen durch eine Feder 40 auf seinen Sitz vorgespannten Ventilteller 30 aufweist, wobei das andere Ende der Feder 40 gegen einen Gewindestopfen 40' aufliegt, welcher in den Flansch 4 eingeschraubt ist u. eine Sechskantbohrung 41 aufweist, das sein Her ausschrauben und mithin die Wartung des Druckventils 38 ermöglicht. Das Druckventil 38 steht über ein Auslass 42 mit dem Inneren der Büchse 3 in Verbindung.
Der andere Zweig 43 der gegabelten Druckleitung 14 der Pumpe endet in einem mit einem Durchgang 45 versehenen Anschlussnippel 44, der im Flansch 5 befestigt ist. Der Durchgang 45 setzt sich im Flansch 5 als Kanal 46 fort. der in ein Druckventil 47 mündet. Das Druckventil 47 besitzt einen mit einer Feder 49 auf seinen Sitz vorgespannten Ventilteller 48, wobei das andere Ende der Feder 49 gegen einen Gewindestopfen 50 aufliegt, der im Flansch 5 eingeschraubt ist u. eine Sechskantbohrung 51 zum Einsetzen eines Schlüssels besitzt. Das Druckventil 47 steht über einen Durchlasss 52 mit dem Inneren der Büchse 3 in Verbindung.
Im Inneren der Büchse 3 ist, wie erwähnt, der Kolben 6 hin und her verschiebbar gelagert. Dieser Kolben 6 weist seinerseits eine Büchse 7 auf, die beiderends je durch die aufgeschraubten Flanschen 8, 9 dicht verschlossen ist.
Im Aussenumfang des Flansches 8 ist eine Nute 53 eingearbeitet, in der eine Dichtung 54 in der Art eines Kolbenringes untergebracht ist, welche dichtend an der Innenseite der Büchse 3 anliegt. Auf der der Innenseite der Büchse 11 zugekehrten Seite des Flansches 8 ist ein Ansatz 55 angeformt, an welchem ein Schwenkhebel 57 mit einem Schwenkzapfen 56 angelenkt ist. Der Schwenkhebel 57 weist eine Ausnehmung 58 mit einer unteren Kante 66 auf, deren Zweck noch zu beschreiben sein wird. Im Bereich seines freien Endes 60 trägt der Schwenkhebel einen Knopf 59 und hintergreift den Kopf 61 eines Anschlagbolzens 63, gegen den der Schwenkhebel 57 durch eine Feder 62 vorgespannt ist. Der Anschlagbolzen 63 trägt an seinem anderen Ende ein Gewindeteil 64 und ist mit diesem fest in eine Gewindebohrung 65 im Flansch 6 eingeschraubt.
An der Innenseite des Flansches 8 ist ferner eine Erhebung 66' angeformt, in welcher eine kegelstumpfförmige Vertiefung 67 ausgebildet ist, deren Mantelfläche, wie noch zu erläutern sein wird, als Auflauffläche für eine Auslöseklinke dient.
Analog ist der Aussenumfang und die der Innenseite der Büchse 7 zugekehrte Seite des Flansches 9 ausgebildet. Man erkennt am Aussenumfang eine Nute 68, in der eine kolbenringartige Dichtung 69 sitzt.
Man erkennt ferner am Flansch 9 eine Erhebung 70, in dem ein Schwenkzapfen 71 für einen an der Erhebung angelenkten Schwenkhebel 72 sitzt.
Der Schwenkhebel besitzt eine Ausnehmung 73 mit einer unteren Kante 74, während sein freies Ende 75 mit dem Knopf 76 unter der Wirkung einer Druckfeder 77 steht und den Kopf 78 eines Anschlagbolzens 79 hintergreift, der seinerseits in eine Gewindebohrung 80 im Flansch 9 eingeschraubt ist.
In der Mitte des Flansches 9 erkennt man weiter eine Erhebung 81, in der eine kegelstumpfförmige Vertiefung 82 ausgebildet ist.
Am Grund der Vertiefung 82 weist der Flansch 9 eine durchgehende Bohrung 83 mit einem Ansatz 84 grösseren Durchmessers auf. Im Ansatz 84 sind zwei Manschettendichtungen 85 Rücken an Rücken untergebracht, die durch einen Ringflansch 86 an Ort gehalten sind, wobei der Ringflansch 86 an der Aussenseite des Flansches 9 angeschraubt ist. Durch diese Bohrung 83 und die Manschettendichtung 85 greift die Kolbenstange 12, an der der innere, ortsfeste Kolben 10 befestigt ist.
Am Aussenumfang dieses Kolbens 10 sind zwei Nuten 87 eingearbeitet, in welcher zwei kolbenringartige Dichtungen 88 eingelegt sind, die dichtend an die Innenseite 11 der Büchse 7 anliegen. Der Kolben 10 ist in seinem im Bild unten erscheinenden Bereich als Ventilgehäuse für ein Schieberventil 89 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist im Kolben eine Büchse 90 eingelassen, in welcher ein Ventilschieber 91 verschiebbar gelagert ist. Der Ventilschieber 91 weist zwei Durchlässe 92 und 93 auf und steht beiderends über die Büchse 90 vor, wobei an den Enden je ein Anschlagknopf 94 befestigt ist.
In der Büchse 90 sind zwei Auslässe 95, 96 ausgebildet, von denen der rechts erscheinende Auslass 95 über einen nur schematisch angegebenen Durchlass 97 auf die links vom Kolben 10 erscheinende Seite der Innenseite der Büchse 7 führt, während der links erscheinende Auslass 96 über einem schematisch dargestellten Durchlass 98 mit der rechts vom Kolben 10 befindlichen Innenseite der Büchse 7 kommuniziert.
In der Ventilbüchse 90 sind ferner drei Einlassöffnungen 99, 100, 101 vorhanden. Die beiden äusseren Einlassöffnungen 99, 100 sind über einen schematisch angegebenen Verbindungsdurchlass 102 mit dem Innenraum 103 eines Rohres 104 verbunden, welches Rohr 104 die Aussenseite der Kolbenstange 12 bildet.
Der mittlere Ventileinlass 101 steht über einen Durchlass 105 mit dem Inneren 106 eines Auspuffrohres 107 in Verbindung, das seinerseits koaxial in dem Rohr 104 angeordnet ist und mittels Dichtstopfen 108 (rechts) und 109 (links) darin gehalten ist.
Wie erwähnt durchragt das Rohr 104 (Kolbenstange 12) den Flansch 4 u. ist dort mittels einer Manschettendichtung 110 u. einem Ringflansch 111 festgeklemmt.
In dem den Flansch 4 durchragenden Teil ist in der Wand des Rohres 104 eine Bohrung 112 vorhanden, die das Innere 103 dieses Rohres 104, d.h. den Mantelraum zwischen Rohr 104 und Rohr 107, mit einem Ringkanal 113 verbindet, in den seinerseits der bereits erwähnte Durchlass 24 mündet, welcher über eine Drosselstelle 114 mit dem Kanal 18 in Flansch 4 in Verbindung steht.
Sowohl auf der links wie auch auf der rechts erscheinenden Seite des Kolbens 10 ist je ein gleich ausgebildeter Klinkenmechanismus vorgesehen. Es genügt somit wenn dieser Mechanismus nur für die eine Seite beschrieben wird.
An einem Schwenkzapfen 115, der ortsfest mit dem Kolben 10 verbunden ist, ist eine Klinke 116 angelenkt.
Der Schwenkbereich der Klinke 116 ist, wie aus der Figur hervorgeht, beschränkt. Sie besitzt einen Klinkenzahn 117 mit einer Frontfläche 119 sowie ein über den Klinkenzapfen 117 vorkragendes, verrundetes freies Ende 118. Die Anordnung ist so getroffen, dass wenn die Klinke 116 in Ruhestellung ist, die Frontfläche 119 etwa auf der Höhe der unteren Kante 66 der Ausnehmung 58 des Schwenkhebels 57 ist, und das freie Ende 118 etwa auf der Höhe des grösseren Durchmessers der Vertiefung 67 im Flansch 8. Dasselbe gilt für die rechts erscheinende Klinke (nicht bezeichnet) jedoch in bezug auf den Schwenkhebel 72 und die Vertiefung 82.
Im Betrieb arbeitet das dargestellte Aggregat wie folgt:
Es sei angenommen, dass sowohl die Saugleitung 13 als auch die Druckleitung 14 an je einen nicht dargestellten Behälter angeschlossen sei, wobei in jedem der Behälter ein Überdruck gegen Atmosphäre herrsche.
Von der Druckleitung 14 aus kann dieser Überdruck wegen der Druckventile 38, 47 nicht auf das Aggregat wirksam werden, zu beiden Aussenseiten P1, P des Kolbens 6 herrscht zunächst derselbe Überdruck.
Dagegen wirkt der Überdruck aus der Saugleitung 13 zunächst dahingehend, dass einerseits beiden Seiten des Kolbens 6 über die Saugventile 21, 29 derselbe Über- druck zugeführt wird, so dass von aussen her der Kolben 6 praktisch keiner Krafteinwirkung ausgesetzt ist. Andererseits steht die unter Überdruck stehende Saugleitung 13 über Drosselstelle 114, Kanal 24, Ringraum 113, Boh rung 112, Mantelraum 103, Verbindungsdurchlass 102, Ventileinlass 99, Schieberdurchlass 92, Ventilauslass 95 und Durchlass 97, mit der links vom Kolben 10 befindlichen Innenseite des Kolbens 6 (Zylinderraum M1) in Verbindung, während die rechts vom Kolben 10 befind- liche Innenseite des Kolbens 6 (Zylinderraum M2) über Durchlass 98, Ventilauslass 96, Schieberdurchlass 93, Ventileinlass 101, Durchlass 105, Auspuffrohr 107 mit der Aussenluft kommuniziert.
Im Zylinderraum M1 baut sich somit gegenüber M2 ein Überdruck auf, der - da der Kolben 10 ortsfest ist - den Kolben nach links verschiebt. Dies hat zur Folge, dass der Überdruck in P1 sich erhöht und das Druckven- til 47 zum Ansprechen bringt, während der Überdruck in P2 sich vermindert und das Saugventil 19 zum Ansprechen bringt. Die Aussenseite des Kolbens 6 arbeitet somit mit dem Zylinder 2 wie eine doppeltwirkende Pumpe und vermindert den Überdruck des an die Leitung 13 angeschlossenen Behälters, während der Überdruck des an die Leitung 14 angeschlossenen Behälters erhöht wird.
Bei einer weiteren Verschiebung des Kolbens 6 nach links trifft die Unterkante 74 der Ausnehmung 73 des Schwenkhebels 72 auf die Frontfläche des Klinkenzahns der Klinke rechts, so dass der Schwenkhebel 72 gegen die Wirkung der Feder 77 im Gegenuhrzeigersinne verschwenkt wird. Nach einer noch weiteren Verschiebung des Kolbens 6 nach links läuft die Mantelfläche der Vertiefung 82 auf das freie Ende der Klinke rechts auf, die dadurch gehoben wird. Dies hat zur Folge, dass der Klinkenzahn den Schwenkhebel 72 plötzlich freigibt, der dann unter der Wirkung der Feder 77 zurückschnellt.
Dabei trifft der Knopf 76 auf den Kopf 94 rechts des Ventilschiebers 91, und verschiebt diesen plötzlich nach links. Dadurch gelangt der Zylinderraum Mfl über Durchlass 98, Durchlass 96, Ventildurchlass 93, Einlass 100, Verbindungsdurchlass 102 in Verbindung mit dem immer noch einen (wenn auch geringeren) Überdruck gegen Atmosphäre aufweisenden Mantelraum 103, während der Zylinderraum M2 mit dem Auspuffrohr 106 verbunden wird. Dadurch erhöht sich der Druck in M2, der Kolben 6 wird als Ganzes nach rechts verschoben, und die Vorgänge in den Zylinderräumen P1 und P2 wiederholen sich, aber mit umgekehrten Vorzeichen.
In der beschriebenen Anwendung des dargestellten Aggregates wird dieses praktisch so lange arbeiten, als der Überdruck in der Leitung 13 gegenüber Atmosphäre multipliziert mal den inneren Querschnitt der Büchse 7 grösser ist als die Druckdifferenz zwischen Leitung 14 und Leitung 13 multipliziert mal die innere Querschnittsfläche der Büchse 3. Sobald diese Bedingung nicht mehr erfüllt ist, steht das dargestellte Motorpumpen-Aggregat selbsttätig still.
In diesem Zusammenhang soll auf das bevorzugte Gebiet der erfindungsgemässen Verwendung des Aggregates hingewiesen werden.
Zweckmässig ist der eine Behälter (angeschlossen an der Leitung 13) ein leerer Flüssiggasbehälter, in dem entweder ein sog. Restdruck oder im Falle eines fabrikneuen Behälters, gar kein Überdruck herrscht. Der andere Behälter (angeschlossen an der Leitung 14) ist ein grösserer Vorratstank, in welchem ein Gleichgewichtsdruck zwischen der Gasphase und der Flüssigphase herrscht. Wenn der zu füllende Flüssiggasbehälter über eine Flüssigphasenleitung an den Vorratstank angeschlossen ist und die Absperrventile geöffnet werden, erfolgt schlagartig ein Druckausgleich zwischen beiden Behältern. Das Aggregat erhält über die Gasphasenleitung aus dem zu füllenden Behälter den Betriebsdruck und beginnt sofort zu arbeiten, womit die zum weiteren Füllen der Behälter erforderliche Druckdifferenz erzeugt wird.
Die mit dem dargestellten Aggregat herzustellende Druckdifferenz soll dazu dienen, Abfüllen des leeren Flüssiggasbehälters mit Flüssiggas aus dem Vorratsbehälter zu ermöglichen, ohne das Flüssiggas selbst zu pumpen. Dies erfolgt zweckmässig auf die in der Schweizer Patentschrift Nr. 492 164 beschriebene Art. Das hier dargestellte Aggregat würde also der in der erwähnten Patentschrift in Fig. 3 mit 73 bezeichneten Motorpumpe entsprechen.