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KONISCHE RINGELEMENTE UND
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VON FLUID DURCHSTRCEMTE AGGREGATE
Die Erfindung betrifft
tel lerfedernaehnl iche Ringelemente mit konischen Teilen, wobei Paare der ELgrnene
sich selber zentrieren koennen Diese Elemente sind auch verwendbar, um von Fluid
durchstroemte Aggregate zu schaffen, Die Erfindung betrifft daher auch von Fluid
durchstroemte Aggregate, wie Kompressoren, Pumpen, Motoren. Hydraulik- oder Pneumatic
-Aggreate , insbesondere auch solche, die von unterschiedlichen Medien durchstroemt
werden und ausserdem Verbrennungsmotoren,
Die handelsueblichen
und genormten Tellerfedern benoetigen, soweit sie nicht Sonderausfuehrungen sind,
einen ZentrierkoerperO Sie sind daher nicht selbstzentrierendO Auch sind mehere
entgegengesetzt gerichtete Tellerfedern nicht dicht genug, um als Pumpe oder Motor
arbeiten zu koennen0 Membran -Pumpen sind im Allgemeinen fuer niedere Drucke, Andererseits
erwarte ich aber in der Zukunft neue Aggregate, Maschinen oder Motoren, in denen
Wasser von hohem Drucke die Faehigkeiten solcher Aggregate, Maschinen oder Motoren
steigern konnte. Daher strebe ich eine Art Element mit konischem Teile an, das sich
entweder auf einem anderem Elemente selber zentriert oder aber als Pump-oder Motor-
Element,gegebenenfalls zusammen mit weiteren Teilen oder Anordnungen, verwendbar
ist" Der Stand der Technik im Fachgebiete ist mir zur Zeit noch nicht bekannt, da
auf die Prioritaetsbegruendende Patentanmeldung noch kein Pruefungsbescheid ergangen
ist, Doch nehme ich an, dass der Stand der Technik die von mir erhofften Elemente,
Maschinen oder Motoren nocht nicht voll den Wuenschen entsprechend zu bieten hat0
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vermuteten Maengel des vermuteten
Standes der Technik teilweise oder ganz zu ueberwinden und ein Ringelement mit konischem
Teil oder ein Aggregat zu schaffen; das den Definitionen der Patentan = sprueche,
mindestens einem der Patentansprueohe oder einer Mehrzahl den P atentansprueche
entspricht.
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Figur 1 ist ein Laenygsschnitt durch einElement der Erfindung, Figur
2 ist ein Laengsschnitt durch ein anderes Element der Erfindung0 Figur 3 ist ein
Laenogsschnitt durch ein weiteres Element der Erfindung0 Figur 4 ist ein Laengsschnitt
durch noch ein Element der Erfindung0 Figur 5 ist ein Laengsoschnitt durch mehrere
Elemente der Erfindung0 Figur6 ist ein Laenegsschnitt durch ein Aggregat der Erfindung0
Figur 7 ist ein Laengsschnitt durch Teile der Elemente, und, Figur 8 ist ein Laenegsschnitt
durch Teile des Standes der Technik.
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BESCHREIBUNG DER AUSFUEHRUNGSBEISPIELE: Figur 1 zeigt ein Element
der Erfindung mit dem konischem Teil 1, an dessen radial innerem Ende sich der etwa
achsiale Fortsatz 21 befindet0 Das Ringelement ist innen hohl und bildet den Innenraum
22, Am radial aeusserem Ende kann die etwa zylindrische Aussenflache 59 angebracht
sein0 Der innere Achsialfortsatz kann eine innere oder aeussere zylindrische Fuehrungs-oder
Halteflaeche 28 bilden. Jedes Ringelement mit konischem Teil formt eine hohle Vorderseite
91 und eine ausgebauchte, nicht hohle Rueckseite 92 an dem betreffendem achsialem
Ende. Diese Vor- und Rueck-Seiten 91 und 92 sind jedoch nur in den Figuren 1 und
2 mit den Bezugszeichen versehen, da das fuer das Vertstaendnis der generllen konischen
Form ausreicht. Die Vorderseite des konischen Teiles eines Ringelements bildet dabei
einen innenraum 114, der nicht mit dem Raume 22 radial innerhalb ses Innendurchmessers
des Ringelementes identisch ist, in dieser Beschreibung" Denn beiden Raeumen 22
und 114 kommen zwar zusammenhaengende, aber verschieden zu berechnende Funktionen
in Aggregaten der Erfindung zu, Das Ringelement der Figur 1 entspricht dem Fatentanspruch2
und ist daher auch wie folgt definiert: dass an einem konischem Ring 1 ein etwa
zylindrischer Fortsatz 21 in achsialer Richtung an dessen radial innerem Ende ausgebildet
Ist.
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In der Figur 2 hat das konische Ringelement 2 an dessen radial aeusserem
Ende einen etwa zylindrischen Achsialfort = satz 23 in der Vorseitenrichtung 91
J Radial innen hat dieses Element eine Ausnehmung, die durch die zylindrische Flaeche
29 radial begrenzt sein kann. Man erhaelt so den Innenraum oder die Innen kammer
25 und unter dem konischem Teil 2 die Arbeitskammer oder Konuskamníer 114 Die Achsialverlaengerung
23 kann einen Innensitz zur Aufnahme eines Elementes der Figur 1 bilden.
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Dabei bildet sich, wenn gewollt, ein Aufnahmeraum 24 aus.
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Das Ringelement der Figur 2 entspricht dem Patentanspruch 3 und ist
daher auch wie folgt definiert: dass an einem konischem Ring 1 ein etwa zylindrischer
Fortsatz 23 in achsialer Richtung an dessen radial aeusserem Ende ausgebildet ist.
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Durch gemeinsame Betrachtung der Figuren 1 und 2 kann man erkennen,
dass es moeglich ist, den Achsialfortsatz 21 der Figur 1 mit einem Aussendurchmesser
zu versehen, der dem Innen = durchmesser 29 des konischen Teiles 2 des Elementes
der FigUr 2 entspricht. Dann kann man ein Element der Figur 1 mit dessen Rueckende
92 dem Rueckende eines Elelementes der Figur 2 zumon = tieren und dabei das Element
der Figur 1 in das Element der Figur 2 herein stecken. So erhaelt man dden Elementensatz
der Figur 5e Figur 5 zeigt einen Laenegsschnitt durch einen aus den Rig: ElernenLen
der Figuren 1 und 2.zusammen gesetzten Ring - E l ementen = Satz mit konischen Teilen
1,2 in den Ringelementen und mit Selbst zentri rung der Elemente ineinander. Dss
obereElment 2 der FigurS umgreift mit dem radial aeusserem Achsialfortsatz 23 die
radiale Aussenflaeche 59 des Ringelements 1.
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Das achsiale Rueckende des Ringelementes 2 zeigt daher in Vorderseite
des Ringelementes 2 der Figur 2, sodass sich zwischen den beiden Elementen 1 und
2 die beiden Konuskammern 14 ausbilden und sich zu einer gemeinsamen Konuskammer
14 vereinvigene Am unterem achsialem Ende des Ringelements 1 ist ein Ringelement
2 der Figur 2 derartig montiert, dass die radiale Innenflaeche 29 des Ringelementes
2 den Achsialfortsatz 21 des Ringelements 1
umgreift. Das Ringelement
1 greift daher teilweise in den Innenraum 25 des Ringelementes 2 hinein. Dieser
Ringelementensatz kann durch eine beliebige Anzahl von Elementenpaaren fortgesetzt
werden, indem Jeweils ein Element 1 zu einem Element 2 und ein weiteres Element
1 zu dem Element 2 montiert wird0 Der Elementensatz der Figur 5 gestatat also eine
Mehrzahl von Elementen in sinem selbst zentrierendem und selbst haltendem Elementensatze.
Er bildet dabei eine Mehrzahl von Innenkammern 22 und 25, sowie eine Mehrzahl von
Konuskammern 114 aus, die alle miteinander in Verbindung stehen. Szie bilden dann
eine gemeinsame innere Konuskammer 14 und einen gemeinsamen Innenraum 2 2,250 Der
Ringelementensatz der Figur 5 und auch der Satz der Figuren 6,7 entsprechen dem
Patent anspruch 6o Der Ringelemen = tensatz der Figur 5 ist daher auch dqdurct;
deiniert dass zwei konische Ringteile (1,2 oder 3,4) enthaltende Elemente um 180
Grad verdreht achsial hintereinander gleichachsig zum Beispiel nach den Figuren
5,6 oder 7 angeordnet sind, Durch den Ringelementensatz der Figur 5 wird in einfacher
Weise ein Nachteil des mir bekannten Standes der Technik behoben, der in Figur 8
beschrieben ist, Figur 8 zeigt einen Satz herkoemmlicher Tellerfedern.
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Diese benoetigen zu ihrer Zentrierung einen mittleren Fuehrungsstift
51, der die einzelnen Tellerfedern 52,53 achsial hintereinander halt.
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Durch die Ausfuehrung nach Figur 5 der Erfindung wird dieser mitt
= lere Fuehrungsstift 51 eingespart. Dabei wird auch Reibung der Tellerfedern 52,53
an dem Fuehrungsstifte 51 vermieden. Das Schleifen des gaehqerteten Stiftes 51 wird
gespart, Das Ausfuehrungsbeispiel der Erfindung nach Figur 5 ist einfach und billig,
da die Ringelemente gestanzt werden koennen. Beachtet muss jedoch werden, dass die
Federkraefte von den handelsueblichen und genorm = ten Tellerfedern unteeschiedlich
sind, da die Achsialfortsaetze 21 und 23 die Spannkraft der konischen Teile 1)2
der Elemente 1,2 verstaerken. Wuenscht man weiche Saetze der Figur 5, dann werden
die Dicken der Achsialfortsaetze 21,23 abgeschwaechte oder verkuerzt.
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Figur 3 zeigt ein der Figur 1 aehnliches Ringelement der Erfindung
im Laengsschnitt0 Dabei ist das konische Teil 3, das die Konuskammer 27 bildet,
am radial innerem Ende mit einer radial einwaerts erstreckten Radialabflachung mit
den Lager- oder Halte- oder Trag - Flaechen 38,41 versehen und an dem radial innerem
Ende der Abflachung zwischen den Achsialflaechen 38,41 befindet sich der Achsialfortsatz
42 mit der etwa zylindrischen Au = ssenflaeche 41 und der Bohrung 39o Am radial
aeusserem Ende befindet sich der auswaerts gerichtete Achsialfortsatz 24, der an
dessen aeusserem achsialem Ende in einen radial auswaerts gerich = teten Radialfortsatz
33 uebergeht, an dessen radial aeusserem Ende sich der einwaerts gerichtete Achsialfortsatz
32 befindet Die Fortsaetze 34,33,32 bilden so eine Ringkammer 31, die der Ausnahme
eines plastischen Dichtringes 75 dienen kanne Dieser kann zum Bei = spiel ein O-Ring
sein. Einwaerts gerichtet bedeutet in dieser Beschrei bung, dass die Richtung auf
die Vorderseite des konischen Teiles 1,2,3, 4,5,6 zuzeigt, waehrend auswaerts gerichtet
bedeutet, dass die Richtung dem rueckwaertigem Ende des konischen Teiles 1,2,3,4,5,6
zu zeigte Auswaerts bedeutet also in Richtung 92 der Figur 1 und einwaerts bedeutet
in Richtung 91 der Figur 2e Ansonsten bedeutet einwaerts und Auswaerts die betreffende
Radialrichtung senkrecht zur Achse des betreffenden konischen Teiles 1,2,3,4,5 oder
6e Figur 4 ist ein Laenegsschnitt durch das zum Element der Figur 3 komplementaere
Element mit dem konischem Teil 4 9 Das konische Teil 4 geht am radial aeusserem
Ende in den radial planen Fortsatz 47 ueber, an dessen radial aeusserem Ende der
achsial einwaerts gerichtete Achsialfortsatz 48 ausgebildet ist. Er kann einen radial
inneren Sitz bilden und innerhalb des Achsialfor = satzes 48 kann sich der Raum
49 ausbilden, der als Aufnahmeraum und als Zentrierung fuer das Element 3 der Figur
3 dienen kann, Innerhalb des konischen Teiles 4 bildet sich der Konusraum 50 aus,
waehrend sich im koni chem Teile der Figur 3 der Konusraum 37 ause bildete, Amradial
innerem Ende geht der konische Teil 4 in den radial planen und radial nach innen
gerichteten Radialfortsatz mit der der Lagerflaeche 45 ueber. Am radial innerem
Ende des inneren Radi = alfortsatzes befindet sich der Achsialfortsatz 43, ist nach
auswaerts gerichtet und mag innen die Sitzflaeche 44 zylindrisch ausbilden.
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Der Aussensitz 41 der Figur 3 kann so bemessen sein, dass er in den
Innensitz 44 der Figur 4 passtO Und der Aussendurch = messer des Fortsatzes 32 der
Figur 3 kann so bemessen sein, dass er in den Innendurchmesser des Fortsatzes 48
der Figur 4 paste Dann kann man einen Elementensatz zusammen montieren, wie er in
Figur 6 eingezeichnet ist, Dabei ist Jeweils ein Element 3 der Figur 3 innen in
den Sitz 44 des Elementes 4 der Figur 4 eingebaut, waehrend jeweils ein Aussenfortsatz
48 einen Aussenfortsatz eines Elementes der Figur 3 umgreift. Dadurch laesst sich,
aehnlich, wie in Figur 5, ein Satz aus einer beliebigen Anzahl von zueinander komplementaeren
Elementen 3 und 4 der Figuren 3 und 4 in Achsialrichtung zusammen montieren, In
solchen Elementensaetzen nach den Figuren 5 oder 6 liegen sich Jeweils auswaerts
gerichtete Enden zweier Elemente gegenueber und entsprechend jeweils einwaerts gerichtete
Enden von Elementen gegenueber.
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Von Bedeutung ist noch , dass man die Achsialfortsaetze 42 und 43
so lang ausdehnen kann, dass zwischen die inneren radial planen Teile ein Zwischenring
64 nach der Figur 6 eingelegt wereen kann, der dann einen Dichtring 75 aufzunehmen
geeignet ist, in einem Sitze zwischen den Flaechen 38,45 und dem Fortsatz 43 der
Figuren 3 bzw. 4. Solcher Zwischenring 64 ist dann radial so stark ausgedehnt, dass
er Innenkraefte aus Fluiddruck innerhalb der Elemente aushalten kann0 Figur 7 zeigt
Aussenteile eines Elementensatzes, der Figuren 3 und 4 aehnliche Elemente zueinander
montiert9 Die konischen Teile sind im Satz der Figur 7 mit 5 und 6 bezeichnet und
haben an ihren radial inneren Enden gleiche Teile, wie die Ringelemente der Fi guren
3 und 4, Radial nach aussen ist das radial plane Aussenteil, das sich dem konischem
Teile 5 anschliesst, Jedoch radial weiter ausgedehnt, als in Figur 3, sodass am
radial aeusserem Teil des Achsialfortsatzes des Elementes mit konischem Teil 6 und
aus Figur 4 bekannten Teilen 34, 33, 32, 31 noch eine weitere Radialausdehnung 55
angeordnet werden kann, die dann noch mit einem aeusserem Achsialfortsatz 56 versehen
werden mag, sodass das Element mit Konusteil 6 im Fortsatz 57 und 58 des Elementes
mit
dem konischem Teil 5 montierbar ist0 Bei der praktischen Verwendung
der Ringelemente mit den konisc hen Teilen der Figuren 3,4,6 und 7 ist zu beachten,
dass die Fortsaetze erhebliche Kraefte haben und der Zusammendrueckbarkeit der konischen
Teile 3,4,5,6 hindernd entgegenstehen, Man darf daher diese Elemente nicht wie Tellerfedern
kalkulieren, Gibt man ihnen zu grosse Achsialhuebe, dann konennen sie brechen, Doch
haben sie hohe Bedeutung bei der Scßlaffung von Hochdruck = Aggregaten, in denen
hohe Achsialkraefte der konischen Teile benoetigt werden0 Wie meine spaetere Prioritaetsbegruendende
Patent anmeldung vom 14,Juli 1981 in den USA, Nummer 282,990 zeigen wird, gibt es
einen subkritischen und einen superkritischen Bereich der Arbeitsweise von Ringelementen
in HochdruckpumpenO Der Vorteil der Ausbildung mit den Fortsaetzen der Figuren 4,4,6
und 7 liegt bezueglich der Ringelemente darin, dass sie den kritischen Punkt des
Ueberganges vom subkritischem zum superkritischem Bereiche in hoehere Druckbereiche
verlagern0 Das hat einen wichtigen positiven Einfluss auf die Aggregate fuer hoehere
Drucke, zum Beispiel das der Figur 6o Denn es spart aeussere Zusammenhaltemittel
zwischen benachbarten Ringelementen 3 und 4o Doch ist die Praxis eine delikate ErfahrurrgssacheO
Ohne Beachtung der Deformationen und im Material auftretenden Kraefte kann man leicht
Brueche erhalten oder das Ringelement so starr werden, dass es nicht mehr in der
gewuenschten Weise den konischen Teil achsial zusammendrueckt.
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Die inzwischen beschriebenen Ringelemente entsprechen den oder weniger
einem oder mehreren der Patentansprueche 5 und 7 bis 12 und sind folglich dadurch
definiert, dass am konischem Ring 1 Sitze 3 ,45 zur Aufnahme einer plastisch verformbdren
Dichtung (bum Beispiel O-Ring) 75 ausgebildet sind.
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oder dass die Fortsaetze 42,43 an den radial inneren Enden zweier
kons4er Ringelemente 3,4 unterschiedliche Durchmesser mit ineinander passenden etwa
zylindrischen Sitzen 41,44 bilden.
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oder, dass die konischen Ebenen 3 3,4 mit den genannten Sitzen 41,44
aneinander geleg sind,sodass die radial nach aussen konischen Teile 3 4 voneinander
fortzeigen, also achsial nach sussen gerichtet sind.
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oder, dass die genannten achsialen Fortsaetze 42,43 so lang ausgebildet
sind und ausserdem zwiwchen den genannten Fortsaetzen 42,43 und den konischen Tei
len 3,4 radial plane Auflage o.der Sitzflaechen 40,45 ausgebildet sind, sodoss zwischen
die genannten Flaechen 40,45 ein Ring 64 eingelegt werden kann und ist0 oder, dass
der Innendurchmesser des Ringes 64 so gross ausgebildet ist,dass zwischen seinem
Innendurchmesser und einer der genannten achsialen Fortsaetze 42,43 ein plastisch
verformbarer DiChtring 75 eingelegt werden kann, waehrend der Innendurchmesser des
Ringes 64 klein genug bleibt, um noch eine Auflage der genannten Flaechen 40,45
auf dem innerem Teile des genannten Ringes 64 zu gewaehr = leisten.
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oder, daß die achsialen Fortsaetze 56,57 an den radial aeusseren
Enden zweier konischer Ringe mente 5,6 unterschiedliche Durchmesser haben und ineinanderpassende
Aussen- und Innenflaechen zum Beispiel nach Figuren 6 oder 7 bilden.
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oder, dass zwischen den konischen Elementteilen 5,6 und den achsialen
Fortsaet ren 56,57 an den radial auesseren Enden der Elemente 5,6 radial plane Rirrg
gflaechenstuecke 55,58 angeordnet sind, die aneinander liegen und eine Ausfoermung
34 zur Annahme einer plasti.scnen Dichtung 31,75 bilden koennen0 Soweit die praktisch
- technische und wirtschaftliche Bedeutung der Ringelemente der Erfindung bisher
noch nicht voll beschrieben sein sollten, mag diese verstaendlicher werden durch
das Beispiel eines Aggregates, das mit Hilfe der Ringelemente verwirklicht werden
kann. Ein solches Aggregat ist teilweise in Figur 6 dargestellt.
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Figur 6 zeigt einen LanegsscS;nitt in radialer Richtung durch PuMpteile
oder Motorteile eines Aggregates, soweit diese die Kammern oder benachbarte Teile
betreffen und dabei ist die Figur 6 gleichzeitig ein Querschnitt durch die Welle
mit einem Exzenterkoerper des Aggregates. Der Quezrschnitt durch die Welle 11 ist
also ein Radialschnitt und dadurch gleichzeit ein Laengsschnitt durch die Ringelemente,
da diese radial zur Wellenachse eingebaut sind0 Das Aggregat der Figur 6 kann als
Pumpe, insbesondere auch als Hochdruck Wasserpumpe oder Pumpe fuer Gase und nicht
schmierende Medien verwendet werden0 Doch kann man das Aggregat auch durch entsprechende
Medien treiben und als Motor bnutzen, wenn man die Einlass- und Auslass- Mittel,
zum Beispiel, die Ven = tile 11,12 entsprechend steuert und einen Drockstrom aus
entsprechen den Medien zur Verfuegung hat.
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Ein dem Beispiel der Figur 6 entsprechendes Erprobungsagç gregat
ist 1981 erprobt worden. Es benutzte Ringelemente mit Zusammenspannen nach der bereits
erwaehnten Patentanmeldung vom Juli 1981. Dieses Aggregate erreichte am Jahresende
ueber 1000 Bar Druck im vom Aggregat gefoerdertem Wasser bei 75 Prozent volumetrischem
Wirkungsgrade. Es ist zu erhoffen, dass diese tech = nischen Daten noch weiter verbessert
werden koennen.
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Die konstruktiben Einzelheiten des Aggregates der Figur 6 sind in
den Patentanspruechen 43 67% 23 ziemlich genau im Detail beschrieben und daher aus
den Patentanspruechen « s 23 verstaendlich und auch dadurch definiert, dass mindestens
einem der konischen Ringelemente 1 o2.3.4.
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an an dessen achsialem Ende ein mindestens ein Einlassmittel 11 oder
ein Auslassmittel 12 enthaltender Koerper 7 zugeordnet ist und dem anderem achsialem
Ende des Ringelements direkt oder ueber Zwiaichenlegung mindestens eines weiteren
Ringelementes 1,2,3,4,5,6 ein Antriebs organ 8 zur Zusammendrueckung mindestens
eines der Ring elemente 1,2,3,4,5,6 zugelagert ist, das auch die Entspannung des
Ringelements gestattet und und steuert oder, dass mindestens ein Einlassventil 11
und mindestens ein Auslassventil der in dem genanntemRingelemnt 1,2,3,4,5 oder in
den genannten Ringelementen 1,2,3,4,5,6 gebil = deten Kammer 14 zugeordnet und vernunden
sind.
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oder , dass das Aggregat als Pumpe ausge ildet ist, die Anordnung
nach Anspruch 14 ein =hliesst und die mindestens eine Ringelement 1,2,3,4,5,6 nach
seiner Zusammendrueckung die Arbeitskammer 14 etwa voll auf das Volumen nulP drueckt,
um volumetrische Pumpverluste durch Zusammendrueckbarkeit des Fluids in der Kammer
14 zu vermeiden oder zu reduzieren.
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oder, dass das Aggregat zum Beispiel nach Figur 6 als Pumpe, Motor,
Kompressor, Entspanner oder Verbrennungsmotor ausgebildet ist oder, dass die Innerhalb
des betreffenden Konus des konischen Elenententeiles 7,2,3,4,5,6 ausgebildete Kammer
14 mit einem nicht schmierendem Fluid gefuellt ist, waehrend die Aussenseiten des
Elements 1,2,3,4,5,6 von Schmier: mittel umgeben sind.
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oder, dass das Aggregat einen Kammernkopf 7 enthaelt, in dem sich
Einlassmittel 11 und Auslassmittel 12 befinden, die zu der Kammer. 14 innerhalb
mindesztens eines konischen Ringelemententeiles 1 ,2,3,4,5,6 ausgebildet ist, mindestens
einem der Ringelemnente 1,2,3,4,5,6 an dem dem Koerper 7 abgekehrtem achsialem Ende
ein Antriebskoerper 8 zugeordnet ist und alle der eingebauten konische Teile 1,2,3,4,5,6
ent= haltenden Ringel emente (das Ringelement) bei Zusammen drueckung auf der der
Kammer 14 abgekehrten Seite eine volle Stutzauflage 7,8 auf mindestens dem groesstem
Teil der radialen Ausdehnung des betreffenden konischen Elemententeiles haben oder,
dass das Aggregat als Hochdruckpumpe ausgebildet ist, eine rotierende Welle 11 in
einem Gehaeuse 7 lagert, der genannte Antriebskoerper 8 mit einer rueckwoertigen
durch einen Radius um eine Mitte definierten Schwenkflaeche 83 versehen ist, die
in einer Lagerflaeche 84 etwa gleicher aber da.u komplementaerer Form eines Zwischenkoerpers
9 schwenkbar lagert, der Zwischenkoerper an der angekehrtem Ende eine Laufflaeche
87 bildet, die auf einer zu einem
Teile des Aggregates exzentrischen
Treibflaeche 88 gleitet und bei Bewegung der Gleitflaeche 88 infolge ihrer genannten
Exzent rizitaet die Spannung (Zusammendrueckung) und Entspannung des minde stens
einem oder der mehreren konischen Teile 1,2,3,4,5,6 des konischen Ringelementes
(der konischen Ringelemente) treibt oder steuert0 oder, dass die Kammer(n) 14 unter
dem betreffendem konischem Teile des betreffenden Elementes (der betreffenden Elemente)
1,2,3,4,5,6 dem genannten Einlassventil 11 und Auslassventil 12 verbunden ist (sind),
ein nicht schmierdendes Medium, zum Beispiel Wasser, in sich aufnimmt und aus sich
abgibt (in sich aufnehmen und aus sich abgeDer,), der genannte Antriebskoerper ein
Hubkolben 8 mirt radialer Auflage-und Stuetzflaeche fuer die mindestens eine konische
Teil des mindestens einen Elementes ist, der Zwischenkoerper 9 ein Kolbenschuh ist,
in dem der Hubkolben kolben 8 schwenkbar lagert, die Treibflaeche 88 eine zylindrische
Flaeche an einem um eine zentrische Achse 85 rotierendem Exzenterkoerper 10 mit
der Gleitflaeche 88 um die exzentrische Achse 86 ist, dem genanntem Kolbenschuh
9 Schmier- und Druck-Fluid durch LeiAlng 73 zugefuehrt und in Druckfluidtaschen
68,69 70a71 zwischen dem Hubkolben, dem Kolbenschuh und dem Exzenterkoerper 8,9z10
geleitet wird, sodass die genannten Druckfluidtaschen und die sie umgebenden Dichtflaechen
(sealing lands) die Kraefte der konischen Eelemente 1,2,3,4,5,6 und die auf sie
ausgeuebten Kraefte zum groesstem Teile tragen und die Rotation des Exzenterkoerpers
10 um die zentrische Achse 85 das genannte mindestens eine oder die mehreren Elemente
mit konischen Teilen 1,2,3,4,5,6 pro Umdrehung einmal zusammendrueckt und auseinander
entspannen laesst.
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oder, dass der Exzenterkoerper 10 mit einer zentrischen Welle 11 oder
als Teil der zentrischen Welle 11 umlaeuft, der genannte Kammernkopf 7 dm Gehaeuse
des Aggregates angeordnet ist, das Aggregat einen Raum 80 mit einer Fuehrungsflaeche
81 zur Sicherung des Kolbenschu 8 hes 9 gegen He.-ausfallen aus dem Raum 80 bildet,
mindestens ein Element mit konischem Teil 1,2,3,4,5,6 auf dem genanntem Hubkolben
8 zentriert ist, der Hubkolben 8 im genanntem Kolbenschuh 9 zentriert ist, mindestens
zwei plastiche Dich = tungen 75 dem mindestens einen die Kammer 14 bildendem Ringelement
1,2,3,4,5,6 zugeordnet sind, und die Federkraft des (der) konischen Teils (der Teile)
des Ringelements (der Ringelemente) 1 2,3,4,5,6 den Kolbenschuh 9 gegen den Exzenterkoerper
10 drueckt)druecken) und die dichte Auflage der KolbenschuhLaufflaeche 87 an der
Gleitflaeche 88 des Exzenterkoerpers 10 bewirkt (bewirken) oder, dass der genannte
Raum 80 mit Schmieroel insbesondere mit Hydraulikoel gefuellt ist, gegebenenfalls
unter Druck, dass das genannte Schmieroel die Elemente 1,2,3,4,5,6, den Hubkolben
8, den Kolbenschuh 9, den Exzenterkoerper 10 und die Welle 11 umgibt, aber die Pumpkgmmer(n)
oder die Motorkammer(n) 14 innerhalb des mindestens einen(oder der mehrerer3 Ringelemhtes
(Ringelemente) mit Wasser oder einem nicht schmierendem Medium gefuellt sind, dieses
pumpen oder von diesem getrieben werden und die Auflage(n) des (der) Ringelements
(Ringelemente) 1,2,3,4,5,6 mit 31,33,32, 40,41 ,42,43,44,45,55,58 usw. oder die
genannten Dichtringe 75 dQs Schmieroel und das Wasser oder die beiden betreffenden
Medien innerhalb und ausserhalb des Ringelementes (der Ringelemente) voneinander
trennen und die mindestens eine Arbeitskammer 14 abdichten.
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oder, : dass mei mehreren Elementen achsial hintereinander eine Bohrung
(mehrere Bohrungen) 65 die mehreren achsial hintereinander befindlichen Teile 14
der Kammer 14 miteinander verbindet" Es ist also so, dass das Aggregat der figur
6 ein Motor oder eine Pumpe sein kann. Da Pumpen weiter bekannt sind, als Motoren,
wird es im Folgendem noch einmal als Pumpe beschrieben und zwar als Wasserpumpe,
Dabei soll Jedoch gemeint sein, dass anstatt von Wasser (Water in der Figur 6) auch
Jedes andere nicht schmierdende Medium gepumpt oder als Motor-Treibfluid verwendet
werden kann.
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Das umgebende Schmiermittel ist in der Figur 6 mit "Oil" bezeichnet,
Verstanden sein soLL auch, dass dann, wenn im Folgenden die Pumpe beschrieben wird,
das Aggregat ein Motor ist und sein kann, wenn man ein Druckmedium unter zeitlicher
Steuerung in Verhaeltnis zum Abwaertshub des Hubkolbens 8 durch das Einlassmittel
11 den Kammern 14 oder der Kammer 14 zufuehrtO Beim Motor muss die Steuerung natuerlich
so sein, dass beim Aufwaertshub des Hubkolbens 8 kein hoher Druck hinter dem Auslassmittel
12 herrscht, Beim Motor benoetigt man also eine vom Drehwinkel des Exzenterkoerpers
10 abhaengige periodische Steuerung des Fluids ausserhalb der Einlass und Ausluss-Mittel
11,12, waehrend diese bein der Pumpe automatisch arbeiten koenneno In der weiteren
Beschreibung werden diejenigen Merkmale fortgelassen, die bereits beschrieben oder
definiert sind und die Moeg= lichkeiten in der Figur 6 darstellen0 Die Folgebeschreibung
beschreibt also also lediglich die Wirkungsweise anhand der Hochdruckwasserpumpen
= A usfuehrung.
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Im Pumpengehauese befindet sich eine rotierende Welle 11 mit einem
Exzenterkoerper 10, der eine Aussenflaeche 88 als Kolben hubfuehrungsflaeche ausbildet«,
An ihr laeuft die Gleitflaeche 87 des Kolbenschuhes 9. Im Pumpengehaeuse oder dem
Kammerndeckel 7 befinden sich die Einlass-und Auslass-Ventile 11 und 12 mit ent=
sprechenden Federbalsungsmitteln und Kanael en, sowei Haltern, oder Sitzen, naemlich
60,61,62,63,13. Dabei ist 13 die Fluid: drucklieferleitung der Hochdruckpumpe fuer
Wasser.
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Das Einlassventil 11 hat einen Ventilkopf mit Sitz 60, der so ausgebildet
ist, dass Totarum in der Foerderkammer 14 vermieden wird. Der Ventilkopf ist daher
vorne flach und sitzt in einem schraegem Sitze 60, Das Auslassventil 12 sitzt entsprechend
nahe an der Arbeitskammer 14 damit sich kein grosser toter Raum in der Lei= tung
zum Auslassventil 12 bilden kann. Toter Raum ist in der Kammer 14 vermieden, da
toter Raum innere Kompression im Fluid bei hohem Drucke bewirkt und dann das Aggregat
nicht mehr wirkung guenstig mit vielen hundert oder einigen tausend Bar arbeiten
kann, wenn toter Raum in der Pumpkammer 14 verbleibt. Die Ausbildung der Ringelemente
der Erfindung und der ihr zugeordneten Teile geschieht daher so, dass Totarum vermieden
oder auf ein unvermeidliches Minimum an Volumen beschraenkt wird0 Im Gehaeuse bildet
ein entsprechendes Gehaeuseteil den Raum 80 zur mindestens teilweisen Aufnahme der
Pumpteile aus.
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Vorgezogen wird, eine Fuehrungs- oder Halte oder Sicherungsflaeche
81 anzubringen, die den Einzeiraum 80 begrenzt, Die Figur 6 zeigt nur einen der
Raeume 80 mit nur einer Pumpanlage darin. Doch hat die Pumpe in der Praxis mehrere
Raeume oder Pumpanlagen, zum Beispiel5,7 usw.
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Der Kolbenschuh 9 ist im Ausfuehrungsbeispiel mit den Fuehrungsfingern
67 versehen, die immer innerhalb der Sicherungs= wand 81 der Ausnehmung 80 verbleiben,
damit der Kolbenschuh nicht aus dem Raume 80 herausdfallen kann. Durch diese Anordnung
ist eine Zwangsverbindung zwischen Exzenterkoerper 10,Kolbenschuh 9 und Hubkolben
8, sowie den Ringelementen vermeidbar. Das macht das Aggregat einfach, bi II ifg
und betriebssicher.
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Beim Umlauf der Welle 11 um die Achse 85, die zentrsiche Achse, wird
der Kolbenschuh auf einer halben Umdrehung nach oben, radial noch aussen, getrieben,
da der Exzenterkoerper 10 die Fuehrungsfl aeche, Kol benhubfuehrungsfl aeche 88
exzentrisch zur zentrischen Achse 85 ausbildet, also die Flaeche 88 eine zylindrische
Flaeche um die exzentrische Achse 86 ist. Auf der anderen Haelfte der Wellenumdrehung
druecken die Ringelemente bei ihrer Entspannung unter der Spannkraft ihrer konischen
Teile 1,2,3,4,5,6 den Kolben= schuh 9 radial einwaerts, sodass die Laufflaeche 87
des Kolben schuhes 9 zu allen Zeiten fest auf der Kolbenhubfuehrungsflaeche 88 aufl
iegt.
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Da der Kolbenschuh beim Wellenumlauf und damit beim radialem Einwaertshub
und Auswaertshub eine Schwenkbewegung ausfuehrt, ist zwischen dem Kolbenschuh 9
und den Ringelementen ein Hubkol = ben 8 angeordnet, der seinerseits mit einer Schwingflaeche
83 in einem Schwingbette 84 am anderen Ende des Kolbenschuhes 9 schwenk= bar gelagert
ist0 Am den Ringelementen zugekehrten Ende ist der Hubkolben mit einer radial erstreckten
Lagerflaeche versehen, die bei voller Zusammendrueckung des benachbarten Ringelementes
das betreffende Ringelement voll achsial unterstuetzt, damit es bei hohem Drucke
in denKammer 14 nicht durchbiegen kann0 Doch ist auch eine Zentrierung zum Beispiel
als Ausnehmung vorgesehen, mit der einer der Achsialfortsaetze eines der Ringelemente
im Hubkolben oder an ihm gelagert und zentriert werden kann0 Dabei ist wichtig,
wie 66 zeigt, dass die Kammer 14 vom Hubkolben oder zum Hubkolben 8 verschlossen
sein muss0 Der Gelwaeuse- oder Kammernkopf der Kammer 80, der auch ein Deckel sein
kann, hat eine entsprechende Flaeche zur sicheren Lagerung des dem Kopfe 7 benachbarten
Ringelementes0 Dabei ist die Kammer 14 auch gegenueber dem Kopfe 7 abgedichtet,
zum Beispiel durch eine Dichtung 77 und die der benachbarten Dichtelement zugekehrte
Flaeche so ausgebil = det, dass sie bei voller Zusammendrueckung der Ringelemente
das benachbarte Ringelement achsial voellig stuetztO Wiederum, damit sich das Ringelement
unter hohem Druck in Kammer 14 nicht durchbiegen kann. Die Zwischenringe 64 bewirken
in gleicher Weise eine Verhinerung des Durchbiegens benachbarter Ringele = mente
unter hohem Druck in der Kammer 14, indem sie die benachbarten Ringelemente 1,2,3,4,5,6
stuezten, wenn diese voll zusammengedrtreckt sind0 Eingebaut sind in Figur 6 in
den Raum 80 drei Ring elemente der Figur 3 and zwei Ringelemnte der Figur 4o Sie
sind zu Paaren aus Elementen der Figuren 3 und 4 zusammengesetzt, wie bereits beschrieben
anhand der Figuren 1 bis 4. In die entsprechen= den Sitze sind die Dichtungen 75
eingelegt0 Das obere Ringelement bildet kein Paar, da es als Einzelringelemnt am
Deckel 7 anliegt0 Beim Saughub laeuft also der Hubkolben mit dem Kolbenschuh (8,9)
nach unter unter der Entspannungsfederung der konischen Elementen teile, die im
Raum 80 angeordnet sind. Die Elemententeile haben in
Figur 6 keine
Bezugszeichen, da sie bereits anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben wurden. In
Figur 6 ist die unterste Stellung des Hubkolbens und des Kolbenschuhes, also der
Teile 8 und 9 gezeichnet, bei der die Kammer(n) 14 das groesste Volumen hat (haben)0
Nach vollendetem Pump-Druckhub nach oben liegen die achsialen Innenseiten der Ringelementenpaare
direkt ohne Zwischnraum aneinander an, dqf untere Ringelement mit der Rueckseite
auf der Supportflaeche des Hubkolbens 8 und die Innenflaeche des oberen Ringelements
liegt dann eng und ohne Zwischenraum an der Stirnflaeche des Kopfes 7 an.
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In den Raum 80 und ins Gehaeuseinnere wird normalerweise Schmieroel
geleitet, damit die Treibteile und die Ringelemente aussen nicht rostet. Innen koennen
sie mit nichtrostenden Schichten oder Auflagen ueberzogen sein0 Wegen der oft sehr
hohen Drucke in den Kammern 14, die wie bereits berichtet um oder ueber 1000 Atmospheren
liegen koennen, ist der Kolbenschuh mit hydrostatischen Druckfluidtaschen 70,72,71,
68,69 versehen, die durch eine Druckfluidzuleitung, zum Beispiel 73, zum Beispiel
vom Achsialende des Kolbenschuhes 9 her gespeist werden und die die Radialkraefte
auf den Kolbenschuh, den Exzenterkoerper und den Hubkolben, also auf 8,9,10 zusammen
mit den sie umgebenden Dichtflaechen (sealing lands) und Tragflaechen tragen und
Reibung zwischen diesen Teilen sparen Dabei ist der Fluiddruck im Hydraulik.
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oel in den Taschen 68 bis 72 oft aehnlich hoch, wie der in den Kammern
14. Die Schmierdruckpumpe folgt daher oft den Konstruktionsteilen der Hauptpumpe,
Jedoch in kleineren Abmessungen. Engt: spricht die Abmessung der Pumpe der Figur
6 im Masstab 1:1, dann koennen Kraefte von vielen Tonnen am Kolbenschuh auftreten,
die dann oft zu 98 oder meli r Prozent von den Drucktaschen aufgenors,men werden,
zusammen mit den genannten Dicehtflaechen und Tragflaechen, Das Aggregat der Figur
6 hat viele praktischen Anwendungen.
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Zum Beispiel wird es als Wasserdruckpumpe fuer Water-Jet Schneidanlagen
verwendet. Ausserdem zum Spuelen der Beissgeraete in Tunnel-Stei nbohraggregat en,
bei denen 1000 Bar Druck im Wasserstrahl die Standzeit der Schnetdzaehne verf;elfachen.
Auch wird es fuer das Abspritzen von Asphaltbeschriftungen verwendet, sowie zum
Hochdrwckeinspritzen von Brennstoffen in Motoren0
Auch die Verwendung
zum Einspritzen von Wasser in Verbrennungsmotoren ist vorgesehen0 Das Aggregat ersetzt
auch tonnenschwere bisherige Druckwasseranlagen von Water-Jet Schneidanlagen indem
es ein kleines Radialkolbenaggregat von etwas unter 400 mm Durchmesser messer baut.
Die Erprobung und Anwendung des Aggregates und der Ringelemente hat erst beg nnen
und daher sind noch weitere Ausbioldungen und Anwendungen nicht ausgeschlossen0
Die Figur 6 ist eines der Aggregate von vielen, die durch die Erfindung ermoeglicht
werden.
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