Einrichtung zum Fördern eines Mediums vom einem ersten Druckbereich zu einem zweiten Druckbereich und zurueck

Abstract

 Es besteht Bedarf an einer Einrichtung zum wechselweisen Überführen eines Mediums zwischen Reservoiren (11, 12) unterschiedlichen Druckniveaus, die einen nur sehr kleinen Energiebedarf hat, insbesondere zum Überführen von Wasser zwischen der Umgebung eines getauchten Unterwasser-Arbeitsgeräts und einem Kreislauf in dessen Innerem, beispielsweise einer Abgaswaschanlage eines in einem geschlossenen Kreislauf betriebenen Dieselmotors eines U-Bootes.
Eine Einrichtung, die diesen Bedarf befriedigt, weist eine Verdrängereinheit (13; 32, 33) mit mindestens zwei Verdrängerräumen (18,19; 40,41) auf, deren Größe durch ein gemeinsames Verdrängerorgan (15; 34, 42) synchron veränderbar ist. Weiterhin sind Mittel vorhanden um beide Verdrängerräume (18, 19; 40, 41) abwechselnd an je einen der beiden Druckbereiche (11, 12) anzuschließen und um die Resultierende der von dem Medium auf das Verdrängerorgan (15; 34) ausgeübten Kräfte durch eine wenigstens annähernd gleich große Gegenkraft zu kompensieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fördern eines Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Auf verschiedenen technischen Arbeitsgebieten stellt sich das Problem, daß ein Prozeß zwischen mehreren Bereichen stattfindet, die sich auf unterschiedlichem Druckniveau

[0003] befinden. Ein Beispiel hierfür ist der Betrieb von getauchten Unterwasser-Arbeitsgeräten, beispielsweise U-Booten, auf deren Außenseite ein von der Tauchtiefe abhängiger, sehr hoher Druck herrscht, während im Inneren des U-Boots Atmosphärendruck aufrechterhalten wird. Es gibt nun verschiedene Prozesse, die im Inneren des U-Boots ablaufen und für deren Durchführung Wasser von der Außenseite des U-Boots benötigt wird, das nach Durchlaufen des Prozesses wieder zur Außenseite des U-Boots befördert werden muß. Beispiele hierfür sind der Betrieb eines Dieselmotors mit geschlossenem Kreislauf, wobei das Wasser zum Waschen des Abgases des Dieselmotors benötigt wird. Ein weiteres Beispiel ist der Betrieb eines Wärmetauschers, bei dem das Wasser zum Kühlen erforderlich ist.

[0004] Um das Wasser nun von der Hochdruck-Außenseite des U-Boots auf die Niederdruck-Innenseite zu fördern und umgekehrt, hat man sich seither hydraulisch oder elektrisch betätigter Pumpen bedient, die zum Überbrücken des jeweiligen Druckgefälles dienten.

[0005] Derartige Pumpensysteme erfordern jedoch einen erheblichen Energieaufwand, der insbesondere bei autonom arbeitenden Unterwasser-Arbeitsgeräten nicht tragbar ist, weil derartige Arbeitsgeräte auf einen sehr begrenzten Energievorrat angewiesen sind und sich jeder Energieverbrauch für Hilfsaggregate in einer deutlichen Verminderung der autonomen Arbeitszeit niederschlägt.

[0006] Das eingangs erwähnte Problem des wechselweisen Überführens eines Mediums zwischen unterschiedlichen Druckniveaus besteht auch auf anderen technischen Gebieten, beispielsweise dem der chemischen Verfahrenstechnik, wenn dort Verfahrensschritte in einem Autoklaven unter hohem Druck oder in einer Vakuumkammer unter sehr niedrigem Druck stattfinden. Wenn man auch bei diesen Anwendungsfällen Medien, also Flüssigkeiten oder Gase, wechselweise zwischen den einzelnen Druckniveaus hin und her fördern will, ist es erforderlich, zum Überwinden der Druckdifferenzen hilfskraftbetätigte Einheiten zu verwenden.

[0007] Entsprechendes gilt selbstverständlich auch, wenn mehr als zwei Bereiche, nachstehend "Reservoirs" genannt, unterschiedlichen Druckniveaus vorliegen.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß zum wechselweisen Überführen des Mediums zwischen unterschiedlichen Druckbereichen nur ein sehr geringer Energieeinsatz erforderlich ist.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.

[0010] Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Resultierende der auf das Verdrängerorgan ausgeübten Kräfte im Idealfall verschwindet, ist zum Betrieb der Einrichtung nur noch eine kleine Hilfskraftunterstützung erforderlich, um die im praktischen Betrieb auftretenden Verluste infolge Reibung u.dgl. zu kompensieren. Diese unvermeidlichen Verluste können jedoch durch geeignete Auswahl hochwertiger Bauelemente so minimiert werden, daß die tatsächlich benötigte Energie zum Betreiben der erfindungsgemäßen Einrichtung auf einen Wert abgesenkt werden kann, der auch bei autonomen Unterwasser-Arbeitsgeräten einen Langzeitgebrauch zuläßt, ohne die Gesamt-Arbeitszeit über Gebühr zu vermindern.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verändert das Verdrängerorgan die Größe der beiden Verdrängerräume im entgegengesetzten Sinn und es sind beide Verdrängerräume gleichzeitig jeweils an den gleichen Druckbereich angeschlossen. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die in entgegengesetzten Richtungen auf das Verdrängerorgan wirkenden Kräfte zwangsläufig genau gleich groß sind und sich daher in idealer Weise aufheben. Der Mangel, daß bei Verwendung einer Verdrängereinheit mit nur einem Verdrängerorgan eine pulsierende Förderung stattfindet, weil die jeweils in der Verdrängereinheit gespeicherte Menge des Mediums abwechselnd nur mit einem der beiden Druckbereiche ausgetauscht wird, kann leicht dadurch behoben werden, daß in weiterer Ausgestaltung die Erfindung die Verdrängereinheit aus zwei Verdrängeraggregaten mit jeweils zwei durch ein Verdrängerelement getrennten Verdrängerräumen besteht, deren Verdrängerelemente zu einem gemeinsamen Verdrängerorgan miteinander gekoppelt sind, und die Verdrängerräume des einen Verdrängeraggregates gleichzeitig jeweils mit dem einen Druckbereich und die Verdrängerräume des anderen Verdrängeraggregates gleichzeitig jeweils mit dem anderen Druckbereich verbunden sind. In diesem Fall findet ein Austausch des Mediums gleichzeitig mit beiden Druckbereichen statt, was einen gleichmäßigen Strom des Mediums zur Folge hat.

[0012] Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung vergrößert das Verdrängerorgan die Größe der beiden Verdrängerräume im gleichen Sinne. Dabei sind dann die beiden Verdrängerräume stets an verschiedene der beiden Bereiche angeschlossen, und es ist das Verdrängerorgan durch einen Kraftspeicher belastet, der auf das Verdrängerorgan eine Kraft ausübt, die der Resultierenden der Kraft entgegengesetzt gleich ist, die von dem Medium infolge der unterschiedlichen Drücke auf das Verdrängerorgan ausgeübt wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der apparative Aufwand zum Erzielen eines gleichmäßigen Mediumstromes geringer ist als beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, weil hierzu lediglich zwei druckdichte Verdrängerräume erforderlich sind.

[0013] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels ist der Energiespeicher eine mit einem Verdrängerelement eines Verdrängeraggregates gekoppelte Feder und das Verdrängerelement ist mit einem Verdrängerelement eines weiteren Verdrängeraggregates gekoppelt.

[0014] Die Verdrängeraggregate können erfindungsgemäß entweder als Kolben-Zylinder-Einheiten oder aber als Membranpumpen ausgebildet sein, je nachdem, welches Bauelement für den jeweiligen Einsatzfall günstiger ist.

[0015] Die Kopplung der Verdrängerelemente der einzelnen Verdrängeraggregate kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Verdrängerelemente über eine Stange gleichsinnig starr miteinander gekoppelt, was wiederum einen sehr einfachen und zuverlässigen Aufbau zur Folge hat.

[0016] Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Verdrängerelemente über einen Schubkurbeltrieb gegensinnig starr miteinander gekoppelt, was wiederum den Vorteil mit sich bringt, daß aufgrund der gegensinnigen Bewegung der Verdrängerelemente ein dynamischer Massenausgleich stattfindet.

[0017] Es wurde bereits erwähnt, daß die erfindungsgemäße Einrichtung Hilfsenergie nur zum Überwinden von Reibungsverlusten und ähnlichen in der Praxis auftretenden Verlusten benötigt.

[0018] Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Kopplung der Verdrängerelemente mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit hilfskraftunterstützt, es kann hierzu jedoch auch eine Membranpumpe verwendet werden, so daß ein gemeinsames Hydrauliksystem ausgenutzt wird.

[0019] Bei anderen Varianten der Erfindung wird zur Hilfskraftunterstützung ein Elektromotor verwendet, dies kann insbesondere bei den genannten Schubkurbeltrieben der Fall sein.

[0020] Schließlich kann aber die Hilfskraftunterstützung bei Ausnutzung des ohnehin vorhandenen Hydrauliksystems dazu benutzt werden, um einen Hilfsdruck auf die Verdrängerelemente auszuüben, der dem Betriebsdruck des Druckmediums überlagert wird.

[0021] Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung hat somit den Vorteil, ohne zusätzliche Stellglieder auszukommen, weil lediglich in entsprechende Leitungen ein Zusatzdruck zum Druck des Druckmediums hinzugefügt werden muß.

[0022] Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stehen die Verdrängungsräume über Leitungen mit den Reservoirs in Verbindung, wobei sich in den Leitungen Ventile befinden. Insbesondere können die Verdrängerelemente doppeltwirkend sein, und die Ventile auf der einen Seite der Verdrängerelemente sind Magnetventile, während die Ventile auf der anderen Seite der Verdrängerelemente Rückschlagventile sind.

[0023] Auf diese Weise ist es mit minimalem Aufwand bei höchstmöglicher Sicherheit möglich, die Arbeitszyklen der Verdrängeraggregate zentral zu steuern, wodurch auch Zyklendauern eingestellt werden können, die variabel den jeweiligen Einsatzanforderungen entsprechen.

[0024] Hierzu kann insbesondere zur Betätigung der Magnetventile ein elektronisches Steuergerät vorgesehen sein, das mit Sensoren zum Erfassen der Endlage der Verdrängerelemente zusammenwirkt, wobei die Sensoren bevorzugt berührungslose-Näherungssensoren sind, insbesondere solche, die induktiv, kapazitiv oder mit Reed-Kontakten arbeiten.

[0025] Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß mittels des elektronischen Steuergerätes auf einfache Weise eine präzise Betätigung der Ventile und damit der gesamten Einrichtung möglich ist, wobei die Näherungssensoren wartungsfrei die Endlage der Verdrängerelemente erfassen, so daß stets der größtmögliche Hub der Verdrängeraggregate ausgenutzt wird.

[0026] Statt der berührungslos wirkenden Sensoren können in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung auch Drucksensoren mit Schwellwertcharakteristik verwendet werden.

[0027] Diese Sensoren können an geeigneter Stelle in das Hydrauliksystem integriert werden, sie können die Endlage der Verdrängerelemente zuverlässig erfassen, weil bei Annäherung des Verdrängerelementes an die Endlage der Druck vor dem Verdrängerelement zunimmt, so daß durch geeignete Einstellung des Schwellwerts beliebige Endlagen des Verdrängerelementes ausgenutzt werden können. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, im Teillastbetrieb die Zyklen bereits bei einer Lage der Verdrängerelemente in einem gewissen Abstand vor deren Endlage umkehren zu lassen.

[0028] Schließlich ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bevorzugt, bei dem die Magnetventile Proportionalventile sind.

[0029] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein besonders weiches Umsteuern der Zyklen möglich ist, so daß Druckschläge in den Leitungen vermieden werden.

[0030] Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

[0031] Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und auch in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0032] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 a

und 1b eine schematische Dargstellung zur Erläuterung der Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung in zwei Betriebsphasen;

Fig. 2 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1a, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 einen detaillierten Druckmittel- und Stromlaufplan zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Kolben-Zylinder-Einheiten;

Fig. 4 ein vereinfachtes Schaubild, ähnlich Fig. 3, jedoch für ein Ausführungsbeispiel mit Membranpumpen;

Fig. 5 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich den Fig. 3 und 6, für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Kolben-Zylinder-Einheiten und einem Schubkurbeltrieb;

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich den Fig. 4 und 5 für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier Kolben-Zylinder-Einheiten.

[0033] In den Fig. 1a und 1b bezeichnet 10 als Ganzes eine Überführeinrichtung, mit dem ein unter Druck stehendes Medium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von einem ersten Reservoir 11, in dem ein hoher Druck P₄ herrscht, zu einem zweiten Reservoir 12, in dem ein niedrigerer Druck P_N herrscht, überführt werden kann und umgekehrt.

[0034] Zum wechselweisen Überführen des Mediums zwischen den beiden Reservoiren 11, 12 sind ein erstes Verdrängeraggregat 13 sowie ein zweites Verdrängeraggregat 14 vorgesehen. Das erste Verdrängeraggregat 13 ist mit einem ersten Verdrängerelement 15 versehen, während das zweite Verdrängeraggregat 14 ein zweites Verdrängerelement 16 aufweist. Die Verdrängerelemente 15, 16 sind, wie bei 17 angedeutet, miteinander mechanisch, hydraulisch oder sonstwie direkt oder indirekt gekoppelt.

[0035] Das erste Verdrängerelement 15 definiert im ersten Verdrängeraggregat 13 einen linken Verdrängungsraum 18 und einen rechten Verdrängungsraum 19. In entsprechender Weise sind im zweiten Verdrängeraggregat 14 ein linker Verdrängungsraum 20 und ein rechte Verdrängungsraum 21 beidseits des zweiten Verdrängerelementes 16 definiert.

[0036] Eine erste Leitung 22 führt vom linken Verdrängungsraum 18 zum ersten Reservoir 11. Eine zweite Leitung 23 führt vom rechten Verdrängungsraum 19 ebenfalls zum ersten Reservoir 11. Eine dritte Leitung 24 führt vom linken Verdrängungsraum 20 zum zweiten Reservoir 20 und dorthin führt ebenfalls eine vierte Leitung 25, die vom rechten Verdrängungsraum 21 her kommt.

[0037] Bei der in Fig. 1a gezeigten Phase der Einrichtung 10 sind die Leitungen 22 bis 25 durchgängig geschaltet. Dies bedeutet, daß Medium aus dem linken Verdrängungsraum 18 über die erste Leitung 22 in das erste Reservoir 11 fließen kann, während gleichzeitig über die zweite Leitung 23 Medium aus dem ersten Reservoir 11 in den rechten Verdrängungsraum 19 nachströmt. Auf beiden Seiten des Verdrängerelementes 15 herrscht wenigstens näherungsweise der gleiche Druck, nämlich der hohe Druck P_H des ersten Reservoirs 11.

[0038] Infolge der mit 17 angedeuteten Kopplung zwischen den Verdrängerelementen 15 und 16 fließt gleichzeitig Medium aus dem linken Verdrängungsraum 20 über die dritte Leitung 24 in das zweite Reservoir 12, während gleichzeitig Medium über die vierte Leitung 25 aus dem zweiten Reservoir 12 in den rechten Verdrängungsraum 21 eintritt. Auch auf beiden Seiten des zweiten Verdrängerelementes 16 herrscht wenigstens näherungsweise derselbe Druck, nämlich der niedrige Druck P_N des zweiten Reservoirs 12.

[0039] Man erkennt aus dieser Darstellung leicht, daß die Verdrängerelemente 15, 16 theoretisch kräftefrei axial bewegt werden können, weil jeweils auf beiden Seiten der Verdrängerelemente 15, 16 derselbe Druck P_H bzw. P_N herrscht und sich infolgedessen die auf die beiden Seiten jedes Verdrängerelementes ausgeübten Kräfte gegenseitig aufheben.

[0040] Es sei angenommen, daß im ersten Arbeitszyklus der Einrichtung 10 sich die Verdrängerelemente 15, 16 aus ihrer rechten Endlage in die linke Endlage bewegen. Dies bedeutet, daß am Ende des ersten Zyklus' das erste Verdrängeraggregat 13 einen maximalen rechten Verdrängungsraum 19 hat, in dem sich "frisches" Medium aus dem ersten Reservoir 11 befindet, während das zweite Verdrängeraggregat 14 in der linken Endstellung des zweiten Verdrängerelementes 16 einen maximalen rechten Verdrängungsraum 21 aufweist, in dem sich "verbrauchtes" Medium aus dem zweiten Reservoir 12 befindet.

[0041] Es werden nun durch weiter unten noch näher erläuterte Maßnahmen die Anschlüsse der Verdrängeraggregate 13, 14 umgeschaltet, wie dies im Endergebnis in Fig. 1b dargestellt ist.

[0042] Man erkennt dort, daß anstelle der ersten Leitung 22 und der zweiten Leitung 23 nun eine fünfte Leitung 26 und eine sechste Leitung 27 an das erste Verdrängeraggregat 13 angeschlossen sind, um dies zu beiden Seiten des ersten Verdrängerelementes 15 mit dem zweiten Reservoir 12 zu verbinden. In entsprechend gegensinniger Weise ist nun das zweite Verdrängeraggregat 14 mit einer siebten Leitung 28 und einer achten Leitung 29 zu beiden Seiten des zweiten Verdrängerelementes 16 an das erste Reservoir 11 angeschlossen.

[0043] Wie leicht aus Fig. 1b folgt, herrscht auch in diesem zweiten Zyklus auf beiden Seiten der Verdrängerelemente 15, 16 wenigstens näherungsweise wieder derselbe Druck, jedoch entgegengesetzt, als dies während des ersten Zyklus' gemäß Fig. 1a der Fall war, weil jetzt beide Seiten des ersten Verdrängerelementes 15 mit dem niedrigeren Druck P_N des zweiten Reservoirs 12 beaufschlagt sind, während auf beide Seiten des zweiten Verdrängerelementes 16 nunmehr der höhere Druck P_H des ersten Reservoirs 11 wirkt.

[0044] Es können jedoch auch jetzt die Verdrängerelemente 15, 16 theoretisch kräftefrei verschoben werden, und zwar beispielsweise von der am Ende des ersten Zyklus' eingenommenen linken Endstellung wiederum zurück in die rechte Endstellung. Dies bedeutet, daß das "frische" Medium aus dem rechten Verdrängungsraum 19 über die sechste Leitung 27 in das zweite Reservoir 12 fließt, während gleichzeitig über die fünfte Leitung 26 "verbrauchtes" Medium aus dem zweiten Reservoir 12 in den sich vergrößernden linken Verdrängungsraum 18 eingesaugt wird. Auf der Hochdruckseite des zweiten Verdrängeraggregates 14 wird hingegen das "verbrauchte" Medium durch Verkleinern des rechten Verdrängungsraumes 21 über die achte Leitung 29 in das erste Reservoir 11 gefördert, während gleichzeitig über die siebte Leitung 28 "frisches" Medium aus dem ersten Reservoir 11 in den sich vergrößernden rechten Verdrängungsraum 20 eingesaugt wird.

[0045] Selbstverständlich sind im praktischen Betrieb der Überführeinrichtung 10 endliche Reibungswiderstände zu überwinden, so daß die Bewegung der Verdrängerlemente 15, 16 nicht kräftefrei erfolgen kann. Zum Überwinden der in der Praxis auftretenden Reibungswiderstände sind die Verdrängerelemente 15, 16 beispielsweise über eine Stange 30 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit 31 verbunden, die gerade die auftretenden Reibungskräfte kompensiert. Auf die Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 31 wird weiter unten zu Fig. 3 noch eingegangen werden.

[0046] Wenn zur Erläuterung der Überführeinrichtung 10 gemäß Fig. 1a und 1b vorstehend von "frischem" und "verbrauchtem" Medium die Rede war, so wird dies anhand eines Ausführungsbeispiels verständlich, bei dem das erste Reservoir 11 die

[0047] Umgebung eines getauchten Unterwasserfahrzeugs darstellt, d.h. den mit Meerwasser ausgefüllten Außenraum. Das zweite Reservoir 12 kann in diesem Falle einen Kreislauf im Inneren des Unter.wasserfahrzeugs darstellen, beispielsweise eine Abgaswaschanlage für einen im geschlossenen Kreislauf betriebenen Dieselmotor, ,einen Wärmetauscher oder dergleichen. Im erstgenannten Fall wird frisches Meerwasser aus dem Außenraum dazu benutzt, um Schadstoffe aus dem Abgas des Dieselmotors herauszuwaschen, und das mit Schadstoffen belastete Meerwasser wird dann wieder nach außen gefördert. Beim Einsatz mit einem Wärmetauscher wird hingegen kaltes Meerwasser aus dem Außenraum in den Innenraum überführt und dort unter normalem Druck dazu verwendet, um ein Aggregat zu kühlen, wonach das erwärmte Meerwasser wieder nach außen in den Bereich hohen Drucks überführt wird.

[0048] Es sei betont, daß dies jedoch nur beispielhafte Anwendungsfälle sind und daß auch andere Anwendungen der erfindungsgemäßen Überführeinrichtung denkbar sind, wie dies weiter vorne bereits erläutert wurde.

[0049] Während die Verdrängerelemente bei der Ausführungsform nach den Fig. 1a und 1b stets von beiden Seiten mit dem gleichen Druck belastet sind, um einen Kräfteausgleich zu erzielen, zeigt Fig. 2 eine Variante, die zwei Verdrängeraggregate 32, 33 aufweist, deren Verdrängerelemente 34, 42 wiederum miteinander gekoppelt sind, bei der jedoch das Verdrängerelement 34 des Verdrängeraggregates 32 mit einem Kraftspeicher 35 in Verbindung steht. Die Verbindungsleitungen der Verdrängeraggregate 32, 33 mit den Reservoiren 11, 12 sind mit Magnetventilen 36, 37, 38, 39 beschaltet.

[0050] Es sei nun der Fall betrachtet, daß die Magnetventile die in Fig. 2 eingezeichnete Stellung einnehmen. Über das geöffnete Magnetventil 36 kann nun Medium unter hohem Druck in einen Verdrängungsraum 40 neben dem Verdrängerelement 34 einströmen, womit dieses gegen die Kraft des Kraftspeichers 35 ausgelenkt wird. Synchron hierzu bewegt sich das Verdrängerelement 42 in Fig. 2 nach links und durch das ebenfalls geöffnete Magnetventil 39 kann nun Medium aus dem zweiten Reservoir 12 in einen Verdrängungsraum 41 rechts vom Verdrängerelement 42 einströmen.

[0051] Es werden nun alle vier Magnetventile in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet. Dies bedeutet, daß der Verdrängungsraum 40 schlagartig entlastet wird, weil er nun über das geöffnete Magnetventil 37 mit dem zweiten Reservoir 12 und dessen niedrigerem Druck in Verbindung steht. Das Verdrängerelement 34 bewegt sich jedoch trotzdem nicht nach rechts in Fig. 2, weil gleichzeitig der Verdrängungsraum 41 rechts vom Verdrängerelement 42 über das geöffnete Magnetventil 38 mit dem ersten Reservoir 11 und dessen höherem Druck verbunden wurde, so daß die aus den Verdrängerelementen 34, 42 gebildete Einheit wiederum im Gleichgewicht ist.

[0052] Vorausgesetzt, daß die Rückstellkraft des Kraftspeichers 35 unabhängig von der Auslenkung des Verdrängerelementes 34 ist, kann nun die aus den Verdrängerelementen 34 und 42 gebildete Einheit kräftefrei nach rechts verschoben werden, wobei das Medium aus dem Verdrängungsraum 40 drucklos in das zweite Reservoir 12 übertritt, während gleichzeitig aus dem Verdrängungsraum 41 Medium unter hohem Druck über das geöffnete Magnetventil 38 in das erste Reservoir 11 übertritt.

[0053] Fig. 3 zeigt einen detaillierteren Druckmittel- und Stromlaufplan eines Ausführungsbeispieles, wie dies bereits zu den Fig. 1a und 1b erläutert wurde.

[0054] Als Verdrängeraggregate dienen bei diesem Ausführungsbeispiel Zylinder 43, 44 mit Kolben 45, 46, wobei die Zylinder 43, 44 über eine Stange 47 gleichsinnig starr miteinander verbunden sind.

[0055] Der erste Kolben 45 unterteilt im ersten Zylinder 43 zwei Räume 48, 49, während der zweite Kolben 46 im zweiten Zylinder 44 entsprechend Räume 50, 51 unterteilt.

[0056] Über Leitungen 52, 53 sind die Räume 48, 49 an einen Bereich hohen Drucks anschließbar, beispielsweise an einen Außenraum 66 jenseits einer U-Boot-Außenhülle 65.

[0057] In entsprechender Weise sind die Räume 50, 51 über Leitungen 54, 55 an-einen Meerwassereingang 63 bzw. einen Meerwasserausgang 64 einer Abgaswaschanlage 60 oder eines Wärmetauschers o.dgl. anchließbar.

[0058] Entsprechendes gilt für Leitungen 56, 57, über die die Räume 48, 49 mit der Abgaswaschanlage 60 verbindbar sind, während Leitungen 58, 59 von den Räumen 50, 51 zum Außenraum 66 führen.

[0059] Mit 61 und 62 sind ein Abgaseingang und ein Abgasausgang der Abgaswaschanlage 60 angedeutet. Die Abgaswaschanlage 60 bildet einen Teil eines geschlossenen Kreislaufs zum Betreiben eines Dieselmotors während der Tauchfahrt des U-Boots. Rückschlagventile 70, 71 sind in den Leitungen 52, 55 angeordnet und Rückschlage 72, 73 befinden sich entsprechend in den Leitungen 56 und 59. Hingegen sind 2/2 Magnetventile 74, 75 in den Leitungen 53 und 54 angeordnet, während die Leitungen 57, 58 mit 2/2 Magnetventilen 76, 77 versehen sind.

[0060] An der linken bzw. rechten Stirnseite der Zylinder 43 bzw. 44 sind Endlagensensoren 80 bzw. 81 angeordnet. Die Sensoren 80, 81 reagieren entweder berührungslos auf Annäherung der Kolben 45 bzw. 46, sie können aber auch als Druckschalter mit Schwellwertcharakteristik ausgebildet sein, um mittelbar aus der Druckerhöhung bei Annäherung der Kolben 45, 46 auf deren Erreichen einer Endlage schließen zu können.

[0061] Die Sensoren 80, 81 sind an Eingänge eines elektronischen Steuergerätes 82 angeschlossen, das außerdem Steuersignale für die Magnetventile74 bis 77 liefert.

[0062] An der Stange 47 ist ein Kolben 84 angeordnet, der, beidseitig wirkend, in einem Zylinder 85 läuft. Der Zylinder 85 ist beidseits des Kolbens 84 mit einem 4/2 Magnetventil 89 verbunden, das ebenfalls Steuersignale vom elektronischen Steuergerät 82 empfängt und druckmittelseitig mit einer Druckquelle 90 in Verbindung steht.

[0063] Die Wirkungsweise der Überführeinrichtung gemäß Fig. 3 ist wie folgt:

[0064] Bei der in Fig. 3 eingezeichneten Stellung der Magnetventile befinden sich diese in der Ruhestellung und die Kolben 45, 46 sind nicht mit Druck beaufschlagt. Das elektronische Steuergerät 82 betätigt nun die Magnetventile 74 und 75. Über die Leitung 53 strömt nun Meerwasser unter hohem Druck in den Raum 49 rechts vom Kolben 45 und schiebt diesen nach links unter gleichzeitiger Verkleinerung des Raumes 48 auf der linken Seite des Kolbens 45. Das in diesem Raum 48 noch enthaltene Meerwasser wird\über die Leitung 52 und das Rückschlagventil 70 in den Außenraum 66 ausgeschoben. Der Kolben 46 bewegt sich synchron mit dem Kolben 45 nach links, wodurch über die Leitung 55 und das Rückschlagventil 71 Meerwasser vom entsprechenden Ausgang 64 der Abgaswaschanlage 60 in den Raum 51 eingesaugt wird. Gleichzeitig wird das im Raum 50 enthaltene Meerwasser über die Zeitung 54 und das jetzt geöffnete Magnetventil 75 dem Meerwassereingang 63 der Abgaswaschanlage 60 zugeführt.

[0065] Die dabei auftretenden Reibungswiderstände werden mittels der Kolben-Zylinder-Einheit 84, 85 überwunden, indem der rechten Stirnseite des Kolbens 84 Druckmittel von der Druckquelle 90 zugeführt, wie dies durch die eingezeichnete Stellung des 4/2 Magnetventils 89 angedeutet ist.

[0066] Wenn sich am Ende des vorstehend beschriebenen Zyklus' der Kolben 45 des linken Zylinders 43 an den Sensor 80 annähert, wird dies dem elektronischen Steuergerät 82 mitgeteilt, das nun sämtliche Magnetventile 74 bis 76 und 8-5 umschaltet. Es wiederholt sich nun das bereits in den Fig. 1a und 1b geschilderte gegenläufige Spiel unter Unterstützung durch die Kolben-Zylinder-Einheit 84, 85, indem das linke Verdrängeraggregat 42/45, das zuvor mit frischem, unter Hochdruck stehendem Meerwasser beladen wurde, jetzt auf den Niederdruckkreislauf der Abgaswaschanlage 60 arbeitet, während das aus dieser abgesaugte verbrauchte Meerwasser, das zuvor in das rechte Verdrängeraggregat 44, 46 eingesaugt wurde, nunmehr unter Hochdruck in den Außenraum 66 ausgestoßen wird.

[0067] Fig. 4 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung eine Variante zur Einrichtung gemäß Fig. 3, bei der als Verdrängeraggregate keine Kolben-Zylinder-Einheiten, sondern vielmehr Membranpumpen 95, 96 verwendet werden, deren Membranen wiederum über eine Stange 99 starr gleichsinnig miteinander gekoppelt sind, wobei die Stange 99 wiederum in einer Kolben-Zylinder-Einheit 98 läuft, um verbleibende Reibungswiderstände zu überwinden. Im übrigen ist die Funktionsweise der Einrichtung gemäß Fig. 4 identisch zu den ausführlich erläuterten Einrichtungen gemäß den Fig. 1a, 1b und 3.

[0068] Eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 nur dadurch, daß anstelle der Kolben-Zylinder-Einheit zum Kompensieren mechanischer Reibungswiderstände eine weitere Membranpumpe 100 vorgesehen ist, durch die die Stange 99 läuft.

[0069] Auch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist im übrigen in einer Funktionsweise mit denjenigen der Fig. 1a, 1b, 3 und 4 identisch.

[0070] Eine hiervon etwas abweichende Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt.

[0071] Vom Grundkonzept her stimmt die Einrichtung gemäß Fig. 6 mit derjenigen gemäß den Fig. 4 und 5 insofern überein, als wiederum Membranpumpen 95, 96 als Verdrängeraggregate verwendet werden.

[0072] Man erkennt jedoch, daß die Stange 99, mit der die beiden Membranen starr gleichsinnig gekoppelt sind, ohne zusätzliche Hilfskrafteinrichtung in einer geeigneten Führung läuft.

[0073] Zum Überwinden der verbleibenden mechanischen Reibungswiderstände ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 in einer gemeinsamen Leitung 101, die von den Magnetventilen 74, 77 zum Außenraum 66 führt, eine Druckmittelpumpe 102 angeordnet, die von einem Elektromotor 103 oder einem sonstige Motor angetrieben wird.

[0074] Mittels der Pumpe 102 wird das aus dem Außenraum 66 einströmende Meerwasser in seinem Druck erhöht und dem sich jeweils vergrößernden Raum der Membranpumpen 95, 96 zugeführt. Da im jeweils anderen Raum der Membranpumpen 95, 96 der-Außendruck herrscht, bedeutet dies, daß die Bewegung der Membranen um so viel unterstützt wird, wie die Pumpe 102 den Druck des zuströmenden Meerwassers erhöht.

[0075] Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das vom Grundkonzept her mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 übereinstimmt, jedoch mit der Abweichung, daß die Kolben 45, 46 nicht starr gleichsinnig, sondern vielmehr starr gegensinnig miteinander verbunden sind. Hierzu sind die Kolben 45, 46 mit je einer Stange 107 bzw. 108 verbunden, die zu einem Schubkurbeltrieb 109 führen. Der Schubkurbeltrieb 109 kann in seiner Wirkungsweise von einem Elektromotor 110 oder einem sonstigen Motor unterstützt werden, um wiederum mechanische Reibungswiderstände zu kompensieren.

[0076] Bei gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 3 im übrigen unveränderten Schaltlelementen müssen beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die Räume 50, 51 beidseits des rechten Kolbens 46 natürlich "überkreuz" an die Leitungen 54, 55, 58,, 59 angeschlossen sein, um der gegensinnigen Bewegung der Kolben 45, 46 Rechnung zu tragen.

[0077] Schließlich zeigt Fig. 8 noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwischen dem ersten Reservoir 11 und dem zweiten Reservoir 12 eine Überführeinrichtung mit insgesamt vier einfach wirkenden Kolben angeordnet ist.

[0078] Hierzu sind vier Kolben-Zylinder-Einheiten 115/116, 117/118, 119/120 und 121/122 vorgesehen. Die Kolben 115 und 117 sind über eine Stange 123 miteinander verbunden, während die Kolben 119, 121 über eine weitere Stange 124 miteinander verbunden sind. Die Stangen 123, 124 sind ebenfalls mit einer Stange 125 starr miteinander verbunden. Dies bedeutet, daß sich alle vier Kolben 115, 117, 119, 121 in Fig. 8 synchron hin- und herbewegen.

[0079] Während des einen Zyklus' der Einrichtung gemäß Fig. 8 sind die in Fig. 8 durchgezogen eingetragenen Leitungen durchgehend geschaltet, während eines zweiten Zyklus' diese Leitungen gesperrt sind und die gestrichelt eingezeichneten Leitungen durchgehend geschaltet sind.

[0080] Bei einem in Fig. 8 eingezeichneten Zyklus bewegen sich beispielsweise alle Kolben 115, 117, 119, 121 nach links und es wird über eine Leitung 126 aus dem Hochdruck-Reservoir 11 Medium in den Zylinder 116 eingelassen, während gleichzeitig aus dem Zylinder 118 Medium über eine Leitung 127 in das Hochdruck-Reservoir 11 ausgestoßen wird. Synchron hierzu wird über eine Leitung 128 Medium aus dem Niederdruck--Reservoir 12 in den Zylinder 120 eingesaugt und ebenfalls Medium über eine Leitung 129 aus dem Zylinder 122 in das Niederdruck-Reservoir 12 eingeleitet.

[0081] Während des nächsten Zyklus' bewegen sich alle vier Zylinder 115, 117, 119, 121 wieder nach rechts und ein gegensinnig verlaufendes Spiel schließt sich über die gestrichelt eingezeichneten Leitungen 130, 131, 132, 133 an, wie dies sinngemäß zu den Fig. 1a, 1b und 3 bereits erläutert wurde.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Fördern eines Mediums von einem ersteh Druckbereich zu einem zweiten Druckbereich und wieder zurück zu dem ersten Druckbereich, insbesondere zum Hindurchleiten von Wasser aus der unter hohem Druck stehenden Umgebung eines getauchten Unterwasser-Arbeitsgerätes durch eine in dessen Innerem angeordnete, unter niedrigerem Druck stehende Zone, mit einer zur Förderung des Mediums dienenden Verdrängereinheit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrängereinheit (13; 32, 33) mindestens zwei Verdrängerräume (18, 19; 40, 41) aufweist, deren Größe durch ein gemeinsames Verdrängerorgan (15; 34, 42) synchron veränderbar ist, und daß Mittel vorhanden sind, um beide Verdrängerräume (18, 19; 40, 41) abwechselnd an je einen der beiden Druckbereiche (11, 12) anzuschließen und um die Resultierende der von dem Medium auf das Verdrängerorgan (15; 34) ausgeübten Kräfte durch eine wenigstens annähernd gleich große Gegenkraft zu kompensieren.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerorgan (15) die Größe der beiden Verdrängerräume (18, 19) im entgegengesetzten Sinn verändert und beide Verdrängerräume gleichzeitig jeweils an den gleichen Druckbereich (11,12) angeschlossen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängereinheit aus zwei Verdrängeraggregaten mit jeweils zwei durch ein Verdrängerelement (15, 16) getrennten Verdrängerräumen (18, 19, 20, 21) besteht, deren Verdrängerelemente (15, 16) zu einem gemeinsamen Verdrängerorgan miteinander gekoppelt sind, und daß die Verdrängerräume (18, 19) des einen Verdrängeraggregates gleichzeitig jeweils mit dem einen Druckbereich (11 oder 12) und die Verdrängerräume (20, 21) des anderen Verdrängeraggregates gleichzeitig jeweils mit dem anderen Druckbereich (12 bzw. 11) verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerorgan (34, 42) die Größe der beiden Verdrängerräume (40, 41) im gleichen Sinne verändert, die beiden Verdrängerräume (40, 41) stets an verschiedene der beiden Bereiche (11, 12) angeschlossen sind und das Verdrängerorgan (34, 42) durch einen Kraftspeicher (35) belastet ist, der auf das Verdrängerorgan eine Kraft ausübt, die der Resultierenden der Kraft entgegengesetzt gleich ist, die von dem Medium infolge der unterschiedlichen Drücke auf das Verdrängerorgan ausgeübt wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängeraggregate Kolben-Zylinder-Einheiten (43/45, 44/46; 115/116, 117/118, 119/120, 122/121) sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängeraggregate Membranpumpen (95, 96) sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerelemente über eine Stange (47; 99; 123, 124, 125) gleichsinnig starr miteinander gekoppelt sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerelemente über einen Schubkurbeltrieb (109) gegensinnig starr miteinander gekoppelt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Verdrängerelemente mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit (85/86; 98) hilfskraftunterstützt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Verdrängerelemente mittels einer Membranpumpe (100) hilfskraftunterstützt ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Verdrängerelemente mittels eines Elektromotors (110) hilfskraftunterstützt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Verdrängerelemente mittels Einleitung eines Hilfsdrucks auf die Verdrängerelemente hilfskraftunterstützt ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsräume (48, 49, 50, 51) über Leitungen (52, 52, 54, 55, 56, 57, 58, 59) mit den Reservoirs in Verbindung stehen, wobei sich in den Leitungen (52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59) Ventile (70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) befinden.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerelemente doppelwirkend sind und daß die Ventile auf der einen Seite der Verdrängerelemente Magnetventile (74, 75, 76, 77) und die Ventile auf der anderen Seite der Verdrängerelemente Rückschlagventile (70, 71, 72, 73) sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Magnetventile (74, 75, 76, 77) ein elektronisches Steuergerät (83) vorgesehen ist, das mit Sensoren (80, 81) zum Erfassen der Endlage der Verdrängerelemente zusammenwirkt.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (80, 819 berührungslose Näherungssensoren, insbesondere induktiv, kapazitiv oder mit Reed-Kontakten wirkende Sensoren sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (80, 81) Drucksensoren mit Schwellwertcharakteristik sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventile Proportionalventile sind.

Zeichnung