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DE10212551B4 - Device for conveying fluids driven by an internal combustion engine with a free-floating stepped piston - Google Patents

Device for conveying fluids driven by an internal combustion engine with a free-floating stepped piston Download PDF

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DE10212551B4
DE10212551B4 DE10212551.1A DE10212551A DE10212551B4 DE 10212551 B4 DE10212551 B4 DE 10212551B4 DE 10212551 A DE10212551 A DE 10212551A DE 10212551 B4 DE10212551 B4 DE 10212551B4
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Abstract

Vorrichtung zum Fördern von Fluiden, umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem symmetrischen, freifliegenden Stufenkolben (14), der zwei Kolbenstufen (16, 18) aufweist, die beweglich je in einer mit Auslassschlitzen (46, 48) versehenen Brennkammer (28, 30) angeordnet sind, die jeweils durch einen Kanal (38, 40) mit einem Vorverdichterraum (34, 36) verbunden ist, bei den Kolbenstufen (16, 18) axial innen angeordnet sind, zwischen denen sich eine weitere Kammer (32) befindet, in der eine zusätzliche, auf einem Kolbenmittelstück (20) angeordnete Kolbenstufe (22) des Stufenkolbens (14) vorgesehen ist, wobei die zusätzliche Kolbenstufe (22) die weitere Kammer (32) in zwei gesonderte Vorverdichterräume (34, 36) teilt, deren zu den Brennkammern (28, 30) verlaufende Kanäle (38, 40) in die Brennkammerstirnseiten einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (14) eine durchgehende axiale Aussparung (64) aufweist, die an einem Ende des Stufenkolbens (14) koaxial ein feststehendes Rohrelement (72) umgibt, entlang dessen und gegenüber diesem abgedichtet der Stufenkolben (14, 18) hin- und herbewegbar ist, dass die axiale Aussparung (64) rohrelementseitig in einen äußeren Abschnitt (66) übergeht, der in Bezug auf sich anschließenden inneren Abschnitt (68) einen größeren Querschnitt aufweist, und dass in dem äußeren Abschnitt (66) oder im Übergang zwischen dem inneren Abschnitt (68) und dem äußeren Abschnitt des Stufenkolbens (14) ein Ventil (78) angeordnet ist.A fluid delivery apparatus comprising an internal combustion engine having a symmetrical free-floating stage piston (14) having two piston stages (16, 18) movably disposed in each combustion chamber (28, 30) provided with exhaust ports (46, 48) , which in each case by a channel (38, 40) with a Vorverdichterraum (34, 36) is arranged in the piston stages (16, 18) axially inwardly, between which there is a further chamber (32), in which an additional , on a piston center piece (20) arranged piston stage (22) of the stepped piston (14) is provided, wherein the additional piston stage (22) divides the further chamber (32) into two separate Vorverdichterräume (34, 36), whose to the combustion chambers (28 , 30) running channels (38, 40) open into the combustion chamber end faces, characterized in that the stepped piston (14) has a continuous axial recess (64) which at one end of the stepped piston (14) coaxially a fixed the tubular element (72) surrounds, along which and sealed relative to the stepped piston (14, 18) is reciprocally movable, that the axial recess (64) on the tube side in an outer portion (66) merges with respect to subsequent inner Section (68) has a larger cross-section, and in that in the outer portion (66) or in the transition between the inner portion (68) and the outer portion of the stepped piston (14) a valve (78) is arranged.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fördern von Fluiden, umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem symmetrischen, freifliegenden Stufenkolben, der zwei Kolbenstufen aufweist, die beweglich je in einer mit Auslassschlitzen versehenen Brennkammer angeordnet sind, die jeweils durch einen Kanal mit einem Vorverdichterraum verbunden ist, bei den Kolbenstufen axial innen angeordnet sind, zwischen denen sich eine weitere Kammer befindet, in der eine zusätzliche, auf einem Kolbenmittelstück angeordnete Kolbenstufe des Stufenkolbens vorgesehen ist, wobei die zusätzliche Kolbenstufe die weitere Kammer in zwei gesonderte Vorverdichterräume teilt, deren zu den Brennkammern verlaufende Kanäle in die Brennkammerstirnseiten einmünden.The invention relates to a device for conveying fluids, comprising an internal combustion engine with a symmetrical, free-floating stepped piston, which has two piston stages, which are each movably arranged in a combustion chamber provided with exhaust ports, which is in each case connected by a channel to a supercharger chamber, are arranged axially inwardly at the piston stages, between which there is a further chamber in which an additional, arranged on a piston center piece piston stage of the stepped piston is provided, wherein the additional piston stage divides the further chamber into two separate Vorverdichterräume their running to the combustion chambers channels open into the combustion chamber front sides.

Mit einer entsprechenden zum Beispiel der CH 640 600 zu entnehmenden Brennkraftmaschine, die auch als Stelzer-Motor bekannt ist, können Pumpen zum Fördern von Wasser angetrieben werden. Da eine unmittelbare Förderung von Wasser nicht erfolgt, treten unerwünschte Energieverluste auf.With a corresponding for example the CH 640 600 To be taken internal combustion engine, which is also known as Stelzer engine pumps can be driven to deliver water. Since direct delivery of water does not occur, undesirable energy losses occur.

Der DE 199 48 442 A1 ist ein Plungerpumpemaggregat zu entnehmen, das zwei einander koaxial gegenüberliegende Pumpeneinheiten aufweist, zwischen denen ein als Zweitakt-Brennkraftmaschine ausgebildeter Freikolbenmotor angeordnet ist.Of the DE 199 48 442 A1 is to be taken from a Plungerpumpemaggregat having two coaxially opposed pump units, between which a designed as a two-stroke internal combustion engine free-piston engine is arranged.

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine nach der DE 33 27 334 A1 ist deren freifliegener Stufenkolben mit den Arbeitskolben einer Hydraulikpumpe verbunden, um bei der Bewegung des Stufenkolbens Hydraulikflüssigkeit aus einer Niederdruckleitung zu einer Hochdruckleitung zu pumpen.In a two-stroke internal combustion engine after the DE 33 27 334 A1 whose free-flowing stepped piston is connected to the working piston of a hydraulic pump in order to pump hydraulic fluid from a low-pressure line to a high-pressure line during the movement of the stepped piston.

Der DE 16 53 553 C3 ist eine Induktionspumpe mit einem einseitigen mit einem Saugstutzen und auf der anderen Seite mit einem Druckstutzen verbundenen axial durchströmten Mantelrohr zu entnehmen, in dem ein rohrartig ausgebildeter und mit mindestens einem Ventil versehener axial durchströmter Hohlkolben hin und her bewegbar ist.Of the DE 16 53 553 C3 is an induction pump with a one-sided with a suction nozzle and on the other side connected to a discharge nozzle axially flowed casing tube can be seen in which a tubular-shaped and provided with at least one valve axially flowed hollow piston is movable back and forth.

Eine elektromagnetisch angetriebene Kolbenpumpe nach der DE 1 290 820 weist einen Stator als Erregerteil und einen als Hohlzylinder ausgebildeten Kolben auf.An electromagnetically driven piston pump after the DE 1 290 820 has a stator as exciter part and a piston designed as a hollow cylinder.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Maßnahmen energiegünstig Fluide nahezu beliebiger Konsistenz förderbar sind.The present invention is based on the problem, a device of the type mentioned in such a way that with structurally simple measures energiegünstig fluids of almost any consistency can be conveyed.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass der Stufenkolben eine durchgehende axial verlaufende Aussparung aufweist und dass die Aussparung an einem Ende des Stufenkolbens koaxial ein feststehendes Rohrelement umgibt, entlang dessen und gegenüber diesem abgedichtet der Stufenkolben hin- und herbewegbar ist, dass die axiale Aussparung rohrelementseitig in einen äußeren Abschnitt übergeht, der in Bezug auf sich anschließenden inneren Abschnitt einen größeren Querschnitt aufweist und dass in dem äußeren Abschnitt oder im Übergang zwischen dem inneren Abschnitt und dem äußeren Abschnitt des Stufenkolbens ein Ventil angeordnet ist.To solve the problem, the invention provides that the stepped piston has a continuous axially extending recess and that the recess coaxially surrounds at one end of the stepped piston a fixed tubular element, along which and sealed against this the stepped piston is reciprocable that the axial Recess tube side changes into an outer portion which has a larger cross section with respect to subsequent inner portion and in that in the outer portion or in the transition between the inner portion and the outer portion of the stepped piston, a valve is arranged.

Erfindungsgemäß wird mittels des hin- und herschwingenden Stufenkolbens ein Unterdruck in unmittelbarer Nähe des feststehenden Rohrelementes erzeugt, mittels dessen das zu fördernde Fluid durch den Stufenkolben hindurch angesaugt wird. Gleichzeitig wird jedoch das Fluid durch das Rohrelement hindurch gedrückt, so dass energetisch optimal bei konstruktiv einfachem Aufbau der Vorrichtung Fluide gefördert werden können.According to the invention, by means of the reciprocating, stepped piston, a negative pressure is generated in the immediate vicinity of the stationary tube element, by means of which the fluid to be delivered is sucked through the stepped piston. At the same time, however, the fluid is forced through the tubular element, so that fluids can be conveyed optimally in terms of energy with a structurally simple construction of the device.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die axiale Aussparung rohrelementseitig in einen äußeren Abschnitt übergeht, der in Bezug auf anschließenden inneren Abschnitt einen größeren Querschnitt aufweist. Unabhängig hiervon ist die axiale Aussparung rotationssymmetrisch zur Längsachse des Stufenkolbens ausgebildet.In particular, it is provided that the axial recess on the tube element side merges into an outer section, which has a larger cross-section with respect to the subsequent inner section. Regardless of this, the axial recess is rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the stepped piston.

In dem äußeren Abschnitt oder dem Übergang zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt ist ein Ventil angeordnet, das bei in Richtung des Rohrelementes erfolgender Bewegung des Stufenkolbens den äußeren Abschnitt gegenüber dem inneren Abschnitt des Rohrelementes absperrt. Hierdurch wird zusätzlich gewährleistet, dass beim Fördern des Fluides durch das Rohrelement in dem äußeren Abschnitt vorhandenes Fluid aus diesem nicht in Richtung des inneren Abschnittes verdrängt werden kann. Allerdings ist darauf hinzuweisen, dass bei hoher Frequenz des Stufenkolbens ein diesbezügliches Ventil grundsätzlich nicht notwendig erscheint.In the outer portion or the transition between the inner and the outer portion, a valve is arranged, which shuts off in the direction of the tubular element movement of the stepped piston, the outer portion relative to the inner portion of the tubular element. This additionally ensures that when conveying the fluid through the tubular element in the outer portion existing fluid can not be displaced from this in the direction of the inner portion. However, it should be noted that at high frequency of the stepped piston a relevant valve does not appear necessary in principle.

Das Ventil kann z. B. ein Flatterventil oder ein Elektroventil bzw. Magnetventil sein. Im Falle eines Flatterventils kann dieses einen von der Längsachse des Stufenkolbens durchsetzten Ventilsitz aufweisen. Der Ventilsitz selbst sollte eine Kegelgeometrie als Abdichtfläche für membranartig ausgebildetes Ventilelement des Flatterventils aufweisen.The valve can z. B. be a flutter valve or an electrovalve or solenoid valve. In the case of a flutter valve, this may have a valve seat penetrated by the longitudinal axis of the stepped piston. The valve seat itself should have a conical geometry as a sealing surface for membrane-like designed valve element of the flutter valve.

Der zum Ansaugen des Fluids erforderliche Unterdruck wird nicht nur durch die Volumenvergrößerung des äußeren Abschnitts beim Zurückbewegen des Stufenkolbens erzeugt, sondern gleichzeitig dadurch, dass unabhängig von der Bewegung des Kolbens das in dem Rohrelement vorhandene Fluid sich weiter in Richtung dessen Austrittsöffnung bewegt, wodurch wiederum eine kolbenseitig verlaufende Volumenvergrößerung des in den äußeren Abschnitt des Stufenkolbens übergehenden endseitigen Abschnitts des Rohrelementes erfolgt und somit auch eine Unterdruckerhöhung bewirkt wird.The negative pressure required for the suction of the fluid is generated not only by the increase in volume of the outer portion when moving back the stepped piston, but at the same time that regardless of the movement of the piston, the fluid present in the tubular element continues towards its outlet opening moves, which in turn takes place on the piston side extending volume increase of the merging into the outer portion of the stepped piston end side portion of the tubular element and thus a negative pressure increase is effected.

Um in Abhängigkeit von den zu fördernden Fluiden optimale Wirkungsgrade zu erzielen, ist vorgesehen, dass Querschnitt des Rohrelements in Abhängig von Viskosität des zu fördernden Fluids derart ausgebildet ist, dass bei geringer Viskosität ein großer Querschnitt und bei hoher Viskosität ein geringer Querschnitt gewählt ist. Dabei ist Öl oder ölhaltiges Fluid als das Fluid geringer Viskosität und Gas als das Fluid hoher Viskosität förderbar. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass als Fluid Wasser gefordert wird.In order to achieve optimum efficiencies as a function of the fluids to be delivered, it is provided that the cross-section of the tubular element is designed in dependence on the viscosity of the fluid to be delivered such that a low cross section is selected for low viscosity and a small cross section for high viscosity. Here, oil or oily fluid is conveyable as the low viscosity fluid and gas as the high viscosity fluid. In particular, however, it is provided that water is required as the fluid.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.For more details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of the drawing to be taken preferred embodiments.

Es zeigen:Show it:

1 in Prinzipdarstellung und im Ausschnitt eine Brennkraftmaschine mit freifliegenden Stufenkolben mit feststehendem Rohr und 1 in schematic representation and in the section of an internal combustion engine with free-floating step piston with fixed pipe and

2 eine Prinzipdarstellung eines Abschnitts des Stufenkolbens gemäß 1 mit feststehendem Rohr. 2 a schematic representation of a portion of the stepped piston according to 1 with fixed pipe.

In 1 ist im Ausschnitt ein erfindungsgemäß weitergebildeter sogenannter Stelzer-Motor zum Fördern von Fluiden dargestellt. Der Motor bzw. die Zweitakt-Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 10 mit Zylinderwand 12 auf, in dem freifliegend ein Stufenkolben 14 hin- und herschwingbar ist. Der Stufenkolben 14 weist im Ausführungsbeispiel Kolbenstufen 16, 18, ein Kolbenmittelstück 20, eine weitere Kolbenstufe 22 sowie zwei Kolbenabschnitte 24, 26 auf. Die äußeren Kolbenstufen 16, 18 haben gleich große Durchmesser, wohingegen das Kolbenmittelstück 20 einen bedeutenden kleineren Durchmesser aufweist. Der Durchmesser der zusätzlichen Kolbenstufe 22. die in der Mitte zwischen den Kolbenstufen 16, 18 auf dem Kolbenmittelstück 20 verläuft, kann genauso groß wie oder größer als der Durchmesser der Kolbenstufen 16, 18 sein. Die beiden Kolbenabschnitte 24, 26 haben gleichgroße Durchmesser, die etwas größer als der Durchmesser des Kolbenmittelstücks 20 sind. Ferner weisen die Kolbenabschnitte 24, 26 ringförmige Stirnflächen 21 auf.In 1 is shown in the neckline according to the invention further developed so-called Stelzer engine for conveying fluids. The engine or the two-stroke internal combustion engine has a cylinder 10 with cylinder wall 12 on, in the free-floating a stepped piston 14 is swinging back and forth. The stepped piston 14 has in the exemplary embodiment piston stages 16 . 18 , a piston center piece 20 , another piston stage 22 as well as two piston sections 24 . 26 on. The outer piston stages 16 . 18 have the same diameter, whereas the piston center piece 20 has a significant smaller diameter. The diameter of the additional piston stage 22 , in the middle between the piston steps 16 . 18 on the piston middle piece 20 runs can be equal to or greater than the diameter of the piston stages 16 . 18 be. The two piston sections 24 . 26 have the same diameter, which is slightly larger than the diameter of the piston center piece 20 are. Furthermore, the piston sections 24 . 26 annular end faces 21 on.

Der Zylinder 10 ist mit zwei Brennkammern 28, 30 ausgestattet, die je axial innen bei den Kolbenstufen 16, 18 angeordnet sind. Eine weitere Kammer 32 befindet sich zwischen den beiden Brennkammern 28, 30. In der weiteren Kammer 32 ist die zusätzliche Kolbenstufe 22 beweglich angeordnet. Die mit dem Kolbenmittelstück 20 eine Einheit bildende zusätzliche Kolbenstufe 22 teilt die weitere Kammer 32 in zwei Vorverdichterräume 34, 36, die je über einen Kanal 38, 40 mit einer der Brennkammern 28, 30 verbunden sind. Die weitere Kammer 32 ist in der Mitte zwischen den beiden Brennkammern 28, 30 angeordnet und von diesen jeweils durch eine Wand 42, 44 getrennt. In den Wänden 42, 44 verlaufen jeweils die Kanäle 38, 40, die hohlzylindrisch ausgebildet sind. Die nicht näher bezeichneten Zylinderwände der Kanäle 38, 40 umgeben konzentrisch je einen Anteil des Kolbenmittelstücks 20. Zwischen der zylindrischen Außenwand des Kolbenmittelstücks 20 und der Zylinderwand des jeweiligen Kanals 38, 40 ist ein freier Raum vorhanden, in dem ein gasförmiges Medium vom entsprechenden Vorverdichtungsraum 34 bzw. 36 zu der benachbarten Brennkammer 28 bzw. 30 strömen kann, in der in einem Arbeitstakt der Maschine durch Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches die Kolbenstufe 16 bzw. 18 angetrieben wird, wobei Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt wird.The cylinder 10 is with two combustion chambers 28 . 30 equipped, each axially inside the piston stages 16 . 18 are arranged. Another chamber 32 is located between the two combustion chambers 28 . 30 , In the other chamber 32 is the additional piston level 22 movably arranged. The with the piston middle piece 20 a unit forming additional piston stage 22 divide the other chamber 32 in two booster rooms 34 . 36 that ever have a channel 38 . 40 with one of the combustion chambers 28 . 30 are connected. The further chamber 32 is in the middle between the two combustion chambers 28 . 30 arranged and of these in each case by a wall 42 . 44 separated. In the walls 42 . 44 each run the channels 38 . 40 , which are formed hollow cylindrical. The unspecified cylinder walls of the channels 38 . 40 concentrically surround each a portion of the piston center piece 20 , Between the cylindrical outer wall of the piston center piece 20 and the cylinder wall of the respective channel 38 . 40 There is a free space in which a gaseous medium from the corresponding precompression space 34 respectively. 36 to the adjacent combustion chamber 28 respectively. 30 can flow in the in one stroke of the engine by combustion of a fuel-air mixture, the piston stage 16 respectively. 18 is driven, wherein heat energy is converted into mechanical work.

Die Brennkammern 28, 30 sind jeweils mit in Auspuffkanäle übergehenden Auslassschlitzen 46, 48 versehen, die sich vor der unteren Totpunktlage der jeweiligen Kolbenstufe 16, 18 befinden.The combustion chambers 28 . 30 are each with exhaust ports passing into exhaust ports 46 . 48 provided, which is before the bottom dead center of the respective piston stage 16 . 18 are located.

Laufen in der Prinzipdarstellung die Auspuffkanäle senkrecht zur Längsachse des Stufenkolbens 14, so ist ein anderer Geometrieverlauf gleichfalls möglich.Running in the schematic representation of the exhaust ducts perpendicular to the longitudinal axis of the stepped piston 14 , so another geometry is also possible.

Die zusätzliche Kammer 32 enthält eine Ansaugöffnung 50, die in der Zylinderwand 12 in der Mitte zwischen den beiden Stirnwänden der Kammer 32 verläuft. Die Durchmesser der Abschnitte 24, 26 sind an die Querschnitte der Kanäle 38, 40 angepasst. Die Durchmesser sind so gewählt, dass die Abschnitte 24, 26 die Kanäle 38, 40 möglichst dicht verschliessen, jedoch eine axiale Bewegung der Abschnitte 24, 26 in den Kanälen 38, 40 ermöglichen. Die Abschnitte 24, 26 springen jeweils von den nicht näher bezeichneten Stirnflächen der Kolbenstufen 16, 18 vor. Die Länge der Abschnitte 24, 26 hängt von der unteren Totpunktlage der Kolbenstufe 16, 18 ab. In der jeweiligen Totpunktlage der Kolbenstufe 16 bzw. 18 gibt der jeweilige Abschnitt 24, 26 den zugeordneten Kanal 38 bzw. 40 für die Zufuhr des Mediums zur Brennkammer 28, 30 frei. Bei dem Aufwärtsgang der Kolbenstufe 16 bzw. 18 dichtet der entsprechende Abschnitt 24, 26 nach dem Verschliessen der Auslassschlitze 46, 48 den jeweiligen Kanal 38 bzw. 40 an.The additional chamber 32 contains a suction port 50 in the cylinder wall 12 in the middle between the two end walls of the chamber 32 runs. The diameters of the sections 24 . 26 are at the cross sections of the channels 38 . 40 customized. The diameters are chosen so that the sections 24 . 26 the channels 38 . 40 Close as close as possible, but an axial movement of the sections 24 . 26 in the channels 38 . 40 enable. The sections 24 . 26 each jump from the unspecified end faces of the piston stages 16 . 18 in front. The length of the sections 24 . 26 depends on the bottom dead center of the piston stage 16 . 18 from. In the respective dead center of the piston stage 16 respectively. 18 gives the respective section 24 . 26 the assigned channel 38 respectively. 40 for the supply of the medium to the combustion chamber 28 . 30 free. At the upstroke of the piston stage 16 respectively. 18 seals the appropriate section 24 . 26 after closing the outlet slots 46 . 48 the respective channel 38 respectively. 40 at.

Zwischen den Stirnflächen der Brennkammern 28, 30 und den zylindrischen Außenwänden der Kanäle 38, 40 sind Aussparungen 60 vorhanden, die dreieckförmige Querschnittsgeometrien aufweisen können. Die Aussparungen 60 sind paarweise einander gegenüberliegend angeordnet und bilden Kammern, die sich gegen die Brennkammern 28, 30 hin vergrößern. In die Aussparung 60 können bei einer Ausbildung der Brennkraftmaschine als Ottomotor die Enden von Zündkerzen 62 hineinragen.Between the faces of the combustion chambers 28 . 30 and the cylindrical outer walls of the channels 38 . 40 are recesses 60 present, which may have triangular cross-sectional geometries. The recesses 60 are arranged in pairs opposite one another and form chambers that oppose the combustion chambers 28 . 30 zoom in. In the recess 60 can in a configuration of the internal combustion engine as a gasoline engine, the ends of spark plugs 62 protrude.

Erfindungsgemäß weist der Stufenkolben 14 eine axial verlaufende Aussparung 64 auf, die an einem Ende – und zwar in der Kolbenstufe 18 – einen äußeren Abschnitt 66 und einen inneren Abschnitt 68 umfasst, die voneinander abweichende Durchmesser aufweisen. Dabei ist der äußere Abschnitt 66 in seinem Durchmesser größer als der innere Abschnitt 68. Der innere Abschnitt 68 geht sodann in einen mittleren Abschnitt 70 über, der sich entlang des Kolbenmittelstücks, der zusätzlichen Kolbenstufe 22 und den Kolbenabschnitten 24, 26 erstreckt, um die Kolbenstufe 16 zu durchsetzen und in einen Anschluss für anzusaugendes Fluid überzugehen, der von der weiteren Kolbenstufe 16 ausgeht. Dabei kann der Anschluss selbst die Kolbenstufe 16 sein, die in ein zu förderndes Fluid hineinragt.According to the invention, the stepped piston 14 an axially extending recess 64 on, at one end - in the piston stage 18 - an outer section 66 and an inner section 68 includes, which have different diameter from each other. Here is the outer section 66 larger in diameter than the inner section 68 , The inner section 68 then goes into a middle section 70 over, extending along the piston center piece, the additional piston stage 22 and the piston sections 24 . 26 extends to the piston stage 16 to pass through and pass into a connection for to be sucked fluid, which of the further piston stage 16 emanates. The connection itself can be the piston stage 16 be, which protrudes into a fluid to be pumped.

Die Kolbenstufe 18 umgibt mit seinem äußeren Abschnitt 66 ein feststehendes Rohr 72 und ist gegenüber dieses abgedichtet (Dichtungen 74, 76).The piston stage 18 surrounds with its outer section 66 a fixed pipe 72 and is sealed against this (seals 74 . 76 ).

Des Weiteren befindet sich im Übergangsbereich zwischen innerem Abschnitt 68 und äußerem Abschnitt 66 ein Ventil vorzugsweise in Form eines Flatterventils 78, das einen von Längsachse 80 des Stufenkolbens 14 durchsetzten Ventilsitz 82 in Form eines Doppelkegels aufweist. An dem Rohr 72 zugewandter Kegelfläche 84 des Ventilsitzes 82 können sich sodann eine oder mehrere das Ventil 78 öffnende bzw. verschließende Ventilelemente 86 anlegen. Verschlossen ist das Ventil 78, wenn sich der Kolben 10 in Richtung des Rohrs 72 (Pfeil 88) bewegt wird. In entgegengesetzter Bewegungsrichtung (Pfeil 90) ist dagegen das Ventil 78 geöffnet.Furthermore, it is located in the transition area between the inner section 68 and outer section 66 a valve, preferably in the form of a flutter valve 78 , one of longitudinal axis 80 of the stepped piston 14 enforced valve seat 82 has in the form of a double cone. On the pipe 72 facing conical surface 84 of the valve seat 82 can then one or more the valve 78 opening or closing valve elements 86 invest. Locked is the valve 78 when the piston 10 in the direction of the pipe 72 (Arrow 88 ) is moved. In opposite direction of movement (arrow 90 ) is the valve 78 open.

Fluid wird wie folgt gefördert:
Wir der Kolben 14 in Richtung des Pfeils 88 bewegt, so verringert sich das Volumen des äußeren Abschnitts 66. Bei der Zurückbewegung (Pfeil 90) vergrössert sich das Volumen mit der Folge, dass ein Unterdruck entsteht, so dass bei geöffnetem Ventil 78 Fluid durch die axiale Aussparung 70 in Richtung des feststehenden Rohrs 76 strömen kann. Dabei wird das wirksame den Unterdruck erzeugende Volumen bereits in dem Rohr 72 von dem Fluid dadurch vergrössert, dass dann, wenn der Stufenkolben 14 in Richtung des Pfeils 90 bewegt wird, nicht nur das Volumen des äußeren Abschnitts 66 sondern auch das freie Volumen im Rohr 72 vergrößert wird, da das in dem Rohr 72 vorhandene Fluid in Richtung Austrittsöffnung des Rohrs 72 strömt. Die hierdurch bedingte Volumenvergrößerung (Bereich 88 im Rohr 72) verursacht eine Unterdruckerhöhung mit der Folge, dass beschleunigt Fluid angesaugt werden kann.Fluid is delivered as follows:
We the piston 14 in the direction of the arrow 88 moves, it reduces the volume of the outer section 66 , During the return movement (arrow 90 ) increases the volume with the result that a negative pressure is created, so that when the valve is open 78 Fluid through the axial recess 70 in the direction of the stationary pipe 76 can flow. In this case, the effective volume generating the negative pressure already in the tube 72 of the fluid increased by that, when the stepped piston 14 in the direction of the arrow 90 is moved, not just the volume of the outer section 66 but also the free volume in the pipe 72 is enlarged, since that in the pipe 72 existing fluid in the direction of the outlet opening of the tube 72 flows. The resulting increase in volume (area 88 in the pipe 72 ) causes a vacuum increase with the result that accelerated fluid can be sucked.

Um das Schließen des Ventils 78 zu beschleunigen, geht dessen Verschlußelement 86 von einer umlaufenden Hinterschneidung 92 des äußeren Abschnitts 66 der Kolbenstufe 18 aus. Die Geometrie der Hinterschneidung 92 ist v- bzw. rinnenförmig. Hierdurch bedingt wird dann, wenn der Kolben in Richtung des Pfeils 88 schwingt, Fluid, das sich in dem äußeren Abschnitt 66 befindet, zwischen dem Verschlusselement 86 und Innenfläche des äußeren Abschnitts 66 gedrückt, wodurch das Verschlusselement 86 beschleunigt an den Ventilsitz 82 bzw. die Fläche 84 anlegbar ist.To close the valve 78 to accelerate, goes to its closure element 86 from a circumferential undercut 92 of the outer section 66 the piston stage 18 out. The geometry of the undercut 92 is v-shaped or gutter-shaped. This is caused when the piston in the direction of the arrow 88 vibrates, fluid that is in the outer section 66 located between the closure element 86 and inner surface of the outer portion 66 pressed, causing the closure element 86 accelerates to the valve seat 82 or the area 84 can be applied.

Der Förderquerschnitt des feststehenden Rohrs 72 hängt von der Viskosität des zu fördernden Fluids ab. Soll ein Fluid geringer Viskosität wie z. B. Öl oder ölhaltiges Wasser gefördert werden, ist der Querschnitt des Rohrs 72 relativ groß. Wird dagegen ein gasförmiges Fluid gefördert, ist der Querschnitt relativ gering.The delivery section of the fixed pipe 72 depends on the viscosity of the fluid to be delivered. If a low viscosity fluid such. As oil or oily water are promoted, is the cross section of the tube 72 relatively large. If, on the other hand, a gaseous fluid is conveyed, the cross section is relatively small.

Typische Schwingungsfrequenzen des Stufenkolbens 14 liegen ohne Weiteres im Bereich von 1000 und 20000 Schwingungen pro Minute.Typical vibration frequencies of the stepped piston 14 are readily in the range of 1000 and 20,000 vibrations per minute.

Claims (12)

Vorrichtung zum Fördern von Fluiden, umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem symmetrischen, freifliegenden Stufenkolben (14), der zwei Kolbenstufen (16, 18) aufweist, die beweglich je in einer mit Auslassschlitzen (46, 48) versehenen Brennkammer (28, 30) angeordnet sind, die jeweils durch einen Kanal (38, 40) mit einem Vorverdichterraum (34, 36) verbunden ist, bei den Kolbenstufen (16, 18) axial innen angeordnet sind, zwischen denen sich eine weitere Kammer (32) befindet, in der eine zusätzliche, auf einem Kolbenmittelstück (20) angeordnete Kolbenstufe (22) des Stufenkolbens (14) vorgesehen ist, wobei die zusätzliche Kolbenstufe (22) die weitere Kammer (32) in zwei gesonderte Vorverdichterräume (34, 36) teilt, deren zu den Brennkammern (28, 30) verlaufende Kanäle (38, 40) in die Brennkammerstirnseiten einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (14) eine durchgehende axiale Aussparung (64) aufweist, die an einem Ende des Stufenkolbens (14) koaxial ein feststehendes Rohrelement (72) umgibt, entlang dessen und gegenüber diesem abgedichtet der Stufenkolben (14, 18) hin- und herbewegbar ist, dass die axiale Aussparung (64) rohrelementseitig in einen äußeren Abschnitt (66) übergeht, der in Bezug auf sich anschließenden inneren Abschnitt (68) einen größeren Querschnitt aufweist, und dass in dem äußeren Abschnitt (66) oder im Übergang zwischen dem inneren Abschnitt (68) und dem äußeren Abschnitt des Stufenkolbens (14) ein Ventil (78) angeordnet ist.Device for conveying fluids, comprising an internal combustion engine with a symmetrical, free-floating stepped piston ( 14 ), the two piston stages ( 16 . 18 ), which are each movable in one with outlet slots ( 46 . 48 ) provided combustion chamber ( 28 . 30 ), each through a channel ( 38 . 40 ) with a Vorverdichterraum ( 34 . 36 ) is connected to the piston stages ( 16 . 18 ) are arranged axially inwardly, between which a further chamber ( 32 ), in which an additional, on a piston centerpiece ( 20 ) arranged piston stage ( 22 ) of the stepped piston ( 14 ), wherein the additional piston stage ( 22 ) the further chamber ( 32 ) into two separate pre-compression chambers ( 34 . 36 ) to which the combustion chambers ( 28 . 30 ) running channels ( 38 . 40 ) open into the combustion chamber end faces, characterized in that the stepped piston ( 14 ) a continuous axial recess ( 64 ), which at one end of the stepped piston ( 14 ) coaxially a fixed tubular element ( 72 ), along which and sealed against this the stepped piston ( 14 . 18 ) is reciprocable that the axial recess ( 64 ) tube side in an outer portion ( 66 ), which, in relation to the subsequent inner section ( 68 ) has a larger cross-section, and that in the outer portion ( 66 ) or in the transition between the inner section ( 68 ) and the outer portion of the stepped piston ( 14 ) a valve ( 78 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Aussparung (64) rotationssymmetrisch zur Längsachse (80) des Stufenkolbens (14) verläuft. Device according to claim 1, characterized in that the axial recess ( 64 ) rotationally symmetrical to the longitudinal axis ( 80 ) of the stepped piston ( 14 ) runs. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Aussparung (64) gestuft (70, 68, 66) ausgebildet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the axial recess ( 64 ) ( 70 . 68 . 66 ) is trained. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei in Richtung des Rohrelements (72) erfolgender Bewegung des Stufenkolbens (14) der äußere Abschnitt (66) gegenüber dem inneren Abschnitt (68) abgesperrt ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the direction of the tubular element ( 72 ) Successful movement of the stepped piston ( 14 ) the outer section ( 66 ) opposite the inner section ( 68 ) is locked. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (78) ein Flatterventil, ein Elektro- oder ein Magnetventil ist.Device according to claim 1, characterized in that the valve ( 78 ) is a flutter valve, an electric or a solenoid valve. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flatterventil (78) einen von der Längsachse (80) des Stufenkolbens (14) durchsetzten Ventilsitz (82) aufweist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the flutter valve ( 78 ) one from the longitudinal axis ( 80 ) of the stepped piston ( 14 ) penetrated the valve seat ( 82 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (82) eine Kegelgeometrie als Abdichtfläche (84) für zumindest ein membranartig ausgebildetes Verschlusselement (86) aufweist.Device according to claim 6, characterized in that the valve seat ( 82 ) a cone geometry as a sealing surface ( 84 ) for at least one membrane-like closure element ( 86 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (86) von einer im Schnitt v-förmigen Hinterschneidung des äußeren Abschnitts (66) des Stufenkolbens (14) ausgeht.Apparatus according to claim 7, characterized in that the closure element ( 86 ) of a section V-shaped undercut of the outer portion ( 66 ) of the stepped piston ( 14 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrelementes (72) in Abhängigkeit von Viskosität des zu fördernden Fluids derart ausgebildet ist, dass bei geringer Viskosität ein größerer Querschnitt und bei hoher Viskosität ein geringerer Querschnitt gewählt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the cross section of the tubular element ( 72 ) is formed in dependence on viscosity of the fluid to be delivered in such a way that at low viscosity, a larger cross-section and at high viscosity, a smaller cross-section is selected. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Öl oder ölhaltiges Fluid als das Fluid geringer Viskosität förderbar ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that oil or oil-containing fluid is conveyed as the fluid of low viscosity. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gas als das Fluid hoher Viskosität förderbar ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that gas is conveyed as the high viscosity fluid. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser als das Fluid förderbar ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that water is conveyed as the fluid.
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