DE102008014152A1

DE102008014152A1 - Hydropulsvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines zeitvarianten Fluiddrucks mittels einer Hydropulsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008014152A1
Application number: DE102008014152A
Authority: DE
Inventors: Peter Lischka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-15
Also published as: DE102008014152B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Hydropulsvorrichtung (1), umfassend eine erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) und eine zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) auf einen zweiten, zum entsprechenden Zeitpunkt größeren zeitvarianten Fluiddruck (p2), einen ersten Druckraum (V1), in dem die erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) den ersten zeitvarianten Fluiddruck (p1) aufbaut, und einen zweiten Druckraum (V2), in dem die zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Druckraums (p1) den zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p2) aufbaut, wobei die erste Einrichtung (2) einen ersten Kolben (4) mit einer an den ersten Druckraum (V1) angrenzenden ersten Fläche (A1) umfasst, wobei der erste Kolben (4) in wenigstens einem ersten Zylinder (5) axial verschieblich geführt ist, wobei die zweite Einrichtung (3) einen zweiten Kolben (6) mit einem ersten Kolbenabschnitt (8) mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden zweiten Fläche (A2) und mit einem zweiten Kolbenabschnitt (9) mit einer an den zweiten Druckraum (V2) angrenzenden dritten Fläche (A3) umfasst, wobei der zweite Kolben (6) in wenigstens einem zweiten Zylinder (7) axial verschieblich geführt ist und wobei die zweite Einrichtung (3) eine Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) und/oder der Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydropulsvorrichtung, insbesondere einen Innendruckpulser, sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines zeitvarianten Fluiddrucks mittels einer Hydropulsvorrichtung.
Verschiedene Bauteile, wie z. B. Einspritzleitungen von Verbrennungsmotoren, sind hohen Innendrücken ausgesetzt. Für die Qualitätssicherung und -dokumentation ist es nötig, ihre Haltbarkeit insbesondere gegenüber einem periodisch schwankenden Druck zu prüfen. Diese pulsierenden Drücke müssen während der Prüfung deutlich höher sein als im üblichen Betriebszustand des Bauteils.
Für die Zurverfügungstellung der genannten hohen, pulsierenden Drücke (typischerweise 3.000 bis 4.000 bar, mit Frequenzen im Bereich von 5 bis 50 Hz) sind die eingangs genannten Hydropulsvorrichtungen bekannt.
Exemplarisch sei auf die DE 201 00 122 U1 hingewiesen. Dort kommt als Druckverstärker ein Kolben mit zwei unterschiedlichen Querschnittsflächen zum Einsatz (Stufenkolben), wobei die jeweiligen Kolbenabschnitte in zylinderartigen Gehäuseteilen angeordnet sind. Die Druckverstärkung erfolgt im Verhältnis der Flächen (Querschnittsflächen) der beiden Kolbenabschnitte.
Andere Lösungen, teilweise mit speziellen Ausgestaltungsdetails derartiger Hydropulsvorrichtungen, sind in der DE 100 26 616 B4 , in der DE 100 10 997 A1 , in der DE 199 61 436 A1 , in der DE 43 25 636 C2 , in der DE 10 2004 021 479 A1 und in der DE 103 08 094 A1 beschrieben.
Bei den bekannten Bauformen ist es nachteilig, dass das Zurverfügungstellen des pulsierenden Öldrucks erhebliche Energie erfordert. Typisch für derartige Anlagen ist, dass bei der Bereitstellung eines Prüfdrucks von ca. 4.000 bar und den üblichen Prüfvolumina bis zu 150 kW und mehr elektrische Leistung benötigt werden, die dann auch wieder in einem Kühlkreislauf ausgetauscht werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Hydropulsvorrichtung vorzuschlagen, bei der der gewünschte pulsierende hohe Fluiddruck mit deutlich geringerem Energieeinsatz als beim vorgenannten Stand der Technik erzeugt wird. Die Vorrichtung soll dabei möglichst einfach aufgebaut und entsprechend günstig herstellbar sein. Ferner soll ein neuartiges Verfahren zur Erzeugung eines zeitvarianten Fluiddrucks mittels einer Hydropulsvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale nach Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale nach Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Hydropulsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks und eine zweite Einrichtung zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks auf einen zweiten, zum entsprechenden Zeitpunkt größeren zeitvarianten Fluiddruck. Ferner umfasst die Hydropulsvorrichtung einen ersten Druckraum, in dem die erste Einrichtung zur Erzeugung eines zeitvarianten Fluiddrucks den ersten zeitvarianten Fluiddruck aufbaut, und einen zweiten Druckraum, in dem die zweite Einrichtung zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Druckraums den zweiten zeitvarianten Fluiddruck aufbaut.
Die erste Einrichtung umfasst einen ersten Kolben mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden ersten Fläche. Der erste Kolben ist in wenigstens einem ersten Zylinder axial verschieblich geführt.
Die zweite Einrichtung umfasst einen zweiten Kolben mit einem ersten Kolbenabschnitt mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden zweiten Fläche und mit einem zweiten Kolbenabschnitt mit einer an den zweiten Druckraum angrenzenden dritten Fläche. Der zweite Kolben ist in wenigstens einem zweiten Zylinder axial verschieblich geführt.
Schließlich umfasst die zweite Einrichtung eine Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks und/oder der Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck.
Durch die Rückentspannung der Druckfluide im ersten und zweiten Druckraum ist es möglich, die bei jedem Rückhub der Kolben freiwerdende Energie zu speichern und für den erneuten Vorhub einzusetzen. Im laufenden Betrieb, nach dem Start der Hydropulsvorrichtung, ist somit ein energiesparender Betrieb möglich, es muss lediglich die durch Reibung und Leckage verloren gegangene Energie ersetzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Hydroplusvorrichtungen kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung somit mit lediglich etwa 5% bis 10% der Energie und mit entsprechend geringerer Antriebsleistung aus, bei gleicher Pulsamplitude. Herkömmliche Anlagen benötigen bei 0–4.000 bar und den üblichen Prüfvolumina eine Leistung von etwa 150 kW, die dann an den Kühlkreis abgegeben wird und damit verloren ist. Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit die Energieeinsparung und die geringere erforderliche Leistung.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Hydraulikbereich um den ersten Druckraum nur eine Hilfshydraulik darstellt, da hier nur ein mittlerer Druck zu erzeugen ist, der dann in einer weiteren Stufe auf den erforderlichen Hochdruck verstärkt wird. Es sind in diesem Bereich somit keine Servoventile wie bei herkömmlichen Hydropulsvorrichtungen erforderlich, mithin ist die Hydraulikanlage hier nur zur Leckagenachförderung zu konzipieren, damit einfach aufgebaut und wesentlich kostengünstiger als herkömmliche Anlagen herstellbar.
Von Vorteil ist ferner die vorgesehene Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks und/oder der Verstär kung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck. Der Einsatz der Hydropulsvorrichtung für die Erzeugung eines zeitvariablen Prüfhochdrucks zum Test von Prüfteilen, wobei die Prüfteile 37 mit dem Prüfhochdruck als Innendruck beaufschlagt werden, stellt hohe Anforderungen an die Konstanz der Druckamplitude (Konstanz ihres Minimal- und Maximalwertes) des zeitvarianten Fluiddrucks (Prüfhochdrucks). Mittels der Einstelleinrichtung können Amplitudenschwankungen, die im laufenden Betrieb auftreten können, beispielsweise durch eine starr arbeitende erste Einrichtung, bei der sich beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen Auswirkungen auf den ersten Fluiddruck ergeben können (beispielsweise bei Einsatz eines starren Kurbeltriebs in der ersten Einrichtung), ausgeglichen oder kompensiert werden. Hierbei ist die Hydropulsvorrichtung jedoch so konzipiert, dass nur eine geringfügige Nachregelung erfolgen muss, um beispielsweise Materialdehnungen bei Temperaturerhöhung zu kompensieren. Insgesamt ist der Regelungsaufwand gering, so dass die Vorrichtung auch diesbezüglich einfach aufgebaut und preiswert herstellbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung weist die erste Einrichtung Antriebsmittel auf, die einen vorgegebenen festen Antriebshub des ersten Kolbens im ersten Zylinder erzeugen. Die Antriebsmittel können einen Kurbeltrieb, insbesondere einen Schubkurbelantrieb, mit einem mit dem ersten Kolben verbundenen starren Pleuel umfassen. Der Pleuel kann hierbei mit einer von einem Antriebsmotor angetrieben Kurbelwelle verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung umfasst die Einstelleinrichtung einen Fluidbehälter, der über eine Druckfluid-Versorgungsleitung fluidisch mit dem ersten Druckraum in Verbindung steht, wobei über eine in der Druckfluid-Versorgungsleitung angeordnete Förderpumpe Druckfluid in den ersten Druckraum leitbar ist. Zweckmäßigerweise ist in der Druckfluid-Versorgungsleitung zwischen Förderpumpe und erstem Druckraum ein Rückflussverhinderer, insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen oder eingebaut. In einer Weiterbildung umfasst die Einstelleinrichtung eine mit dem ersten Druckraum verbundene weiteren Druckfluid-Leitung, in der ein Drosselventil, insbesondere eine Drossel-Stellventil, vorgesehen oder eingebaut ist und die in einen Ablaufbehälter mündet, wobei über das Drossel ventil ein kontinuierlicher Durchfluss des Druckfluids vom Fuidbehälter durch den ersten Druckraum in den Ablaufbehälter einstellbar oder regelbar ist. Hierbei kann ferner der Ablaufbehälter über eine Rückfluss-Fluidverbindung mit dem Fluidbehälter verbunden sein, oder der Fluidbehälter ist gleichzeitig auch der Ablaufbehälter, d. h. es ist nur ein Behälter für beide Aufgaben vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Einstelleinrichtung additiv oder alternativ einen vorzugsweise einstellbaren Druckspeicher, der fluidisch mit dem erste Druckraum in Verbindung steht. Bei dem Druckspeicher kann es sich um einen an sich bekannten Blasen- oder Membranspeicher handeln, in dem eine Blase oder eine Membran das Druckfluid von einen Gas, typischerweise Stickstoff, trennt. Als Druckspeicher kommen auch Kolbenspeicher mit Feder in Betracht. Der Druckspeicher speichert den Druck beim Rückentspannen des Druckfluids im ersten Druckraum, d. h. er speichert die beim Kolbenrückhub freiwerdende Energie. Beim Vorhub der Kolben gibt er den gespeicherten Druck wieder an das Druckfluid ab und trägt somit erheblich zur bereits angesprochenen Energieeinsparung der erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Hydropulsvorrichtungen bei.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein dritter Druckraum zwischen einem Gehäuse und/oder dem zweien Zylinder einerseits und dem zweiten Kolben andererseits und/oder zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum angeordnet ist, und/oder dass ein vierter Druckraum zwischen einem Gehäuse und/oder dem ersten Zylinder einerseits und dem ersten Kolben andererseits angeordnet ist. In einer Ausgestaltung umfasst die Einstelleinrichtung hierbei alternativ oder additiv zu den vorgenannten Elementen der Einstelleinrichtung eine Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung, die fluidisch mit dem dritten Druckraum in Verbindung steht, wobei über eine in der Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung angeordnete Förderpumpe Druckfluid oder Gas in den dritten Druckraum leitbar ist. Der Druck im dritten Druckraum ist hierbei zweckmäßigerweise niedriger als im ersten und im zweiten Druckraum gewählt, dementsprechend kommt alternativ zu einem flüssigen Druckfluid (Öl), wie es im ersten und zweiten Druckraum zweckmäßigerweise eingesetzt wird, hier auch ein Gas als Fluid in betracht. Die Einstelleinrichtung kann hier ferner ebenfalls einen vorzugsweise einstellbaren Druckspeicher umfassen, der fluidisch mit dem dritten Druckraum in Verbindung steht.
Gemäß einer Weiterbildung ist der dritte Druckraum fluidisch mit dem vierten Druckraum verbunden, insbesondere über mindestens ein fluidisches Verbindungsglied.
In einer weiteren Ausbildungsvariante ist vorgesehen, dass die Einstelleinrichtung additiv oder alternativ zu den bereits beschriebenen Elementen eine fluidische Verbindung zwischen dem dritten Druckraum und/oder dem vierten Druckraum einerseits und dem ersten Druckraum andererseits umfasst, wobei in der fluidische Verbindung (i. d. R. eine Fluidleitung) eine Verstelleinrichtung, insbesondere ein Hubstellglied, vorzugsweise eine Drossel oder ein Ventil, vorgesehen ist. Vorteilhaft ist ferner, wenn hierbei in der fluidischen Verbindung ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sind, die die entstehende Wärme beim Drosselvorgang abführen und gegebenenfalls einer Verwertung zuführen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der zweite Kolben gegenüber dem Gehäuse und/oder dem zweiten Zylinder mit einem federelastischen Element abgestützt ist, das den zweiten Kolben mit einer auf den ersten Druckraum zu gerichteten Federkraft beaufschlagen kann. Dieses federelastische Element kann in dem dritten Druckraum angeordnet sein.
Die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung können in einer Baueinheit, insbesondere innerhalb eines Gesamtgehäuses, ausgebildet sein, und/oder der erste Druckraum kann als ein zusammenhängender Hohlraum und nicht aus mehreren Teilräumen mit Fluidverbindung ausgebildet sein, und/oder die erste Fläche und die zweite Fläche bilden einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen des ersten Druckraums aus. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung in zwei getrennten Baueinheiten, die über eine oder mehrere hydraulische Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, ausgebildet sind, und/oder dass der erste Druckraum mindestens zwei getrennte Teilräume, insbesondere in verschiedenen Baueinheiten angeordnete Teilräume, umfasst, die über mindestens ein Verbindungsglied (z. B. eine Fluidleitung) fluidisch miteinander verbunden sind. Die erste Baueinheit kann hierbei den ersten Kolben und den ersten Zylinder und die zweite Baueinheit den zweiten Kolben und den zweiten Zylinder umfassen.
Bei der erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung ist die zweite Fläche zweckmäßigerweise größer als die dritte Fläche. Die erste Fläche kann sich von der zweiten Fläche hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden, insbesondere kann sie kleiner oder größer als die zweite Fläche sein. Alternativ kann die erste Fläche jedoch zumindest im Wesentlichen auch die gleiche Größe wie die zweite Fläche aufweisen.
Wie bereits angesprochen, ergibt sich in vorteilhafter Weise durch die Rückentspannung der Druckfluide bzw. Ölsäulen in dem ersten und zweiten Druckraum die Möglichkeit zur Wiederverwendung der Energie aus den Druckspeichern. Bei jedem Rückhub des Kurbeltriebs ist nach dem Start der Vorrichtung nur die Energie zu ersetzen, die durch Reibung und Leckage verloren geht, so dass mit etwa 5 bis 10% der bisherigen Antriebsleistung bekannter Vorrichtungen bei gleicher Pulsamplitude gefahren werden kann. Entsprechend geringer fällt auch die Leistungsfähigkeit aus, die die Kühleinrichtung haben muss.
Die Hydraulikanlage ist in vorteilhafter Weise nur als Hilfshydraulik konzipierbar, die einen Mitteldruck im ersten Druckraum erzeugt. Es sind keine Servoventile wie bei bisherigen Pulsanlagen erforderlich, mithin ist die Vorrichtung nur zur Leckagennachförderung konzipiert und somit wesentlich kostengünstiger als eine servohydraulische Anlage.
Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, muss nach einer erstmaligen Einregelung der Pulsamplitude nur eine geringfügige Nachregelung erfolgen, um Dehnungen etc. zu kompensieren, so dass der Regelungsaufwand insgesamt gering ist, insbesondere geringer als bei bekannten Hydropulsvorrichtungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines zeitvarianten Fluiddrucks bedient sich einer Hydropulsvorrichtung, die eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks und eine zweite Ein richtung zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks auf einen zweiten, zum entsprechenden Zeitpunkt größeren zeitvarianten Fluiddruck umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Druckraum, in dem die erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks den ersten zeitvarianten Fluiddruck aufbaut, und einen zweiten Druckraum, in dem die zweite Einrichtung zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Druckraums den zweiten zeitvarianten Fluiddruck aufbaut. Hierbei umfasst die erste Einrichtung einen ersten Kolben mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden ersten Fläche, wobei der erste Kolben in wenigstens einem ersten Zylinder axial verschieblich geführt ist. Die zweite Einrichtung umfasst einen zweiten Kolben mit einem ersten Kolbenabschnitt mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden zweiten Fläche und mit einem zweiten Kolbenabschnitt mit einer an den zweiten Druckraum angrenzenden dritten Fläche, wobei der zweite Kolben in wenigstens einem zweiten Zylinder axial verschieblich geführt ist. Ferner ist vorgesehen, dass die zweite Einrichtung eine Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks und/oder der Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
Erzeugung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks im ersten Druckraum durch Antreiben des ersten Kolbens mittels einer Antriebseinrichtung.
Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks und/oder einer Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck durch die zweite Einrichtung mittels der Einstelleinrichtung, wobei die Einstellung oder Regelung derart erfolgt, dass der Abtriebshub des zweiten Kolbens gegenüber dem zweiten Zylinder zumindest weitestgehend konstant bleibt und damit die Amplitude des zweiten zeitvarianten Fluiddrucks über die Zeit konstant bleibt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Vorteilen der erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung.
Vorzugsweise erfolgt die Einstellung oder Regelung mittels einer der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Elemente bzw. Mittel der Einstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass mittels der Antriebseinrichtung ein vorgegebener fester Antriebshub des ersten Kolbens im ersten Zylinder erzeugt wird.
Bei einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist der Abtriebshub des zweiten Kolbens mittels einer Verstelleinrichtung, insbesondere eines Hubstellgliedes, vorzugsweise einer Drossel oder einem Ventil, und einer fluidischen Verbindung, die mit dem ersten Druckraum verbunden ist und in der die Verstelleinrichtung vorgesehen ist, einstellbar.
Bevorzugt handelt es sich bei der Hydropulseinrichtung, die das Verfahren einsetzt, um eine der Hydropulseinrichtungen gemäß der Erfindung, und zwar in jeder beliebigen vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Variante.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 teilweise nur schematisch dargestellt den Schnitt durch eine Hydropulsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
2 eine Variante der Hydropulsvorrichtung gemäß 1, und
3 eine weitere Ausführungsform einer Hydropulsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1, 2 und 3 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung 1 zu sehen, in 3 nur ein Aus schnitt. Die Hydropulsvorrichtung 1 stellt jeweils einen Innendruckpulser dar. In allen Beispielen besteht die Hydropulseinrichtung die im Wesentlichen aus einer ersten Einrichtung 2 zur Erzeugung eines zeitvarianten Fluiddrucks p1 (beispielsweise Öldrucks) und einer zweiten Einrichtung 3 zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks p1 auf einen zweiten zeitvarianten Fluiddruck p2. Die erste Einrichtung 2 erzeugt zunächst durch einen starren Kurbeltrieb 24 und eine Kolben-Zylinder-Anordnung den ersten zeitvarianten Fluiddruck p1, dieser wird dann durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung der zweiten Einrichtung 3 auf den zweiten zeitvarianten Fluiddruck p2 verstärkt, der den beispielsweise für Prüfzwecke erforderlichen pulsierenden bzw. zeitvariablen Prüfhochdruck darstellt, mit dem die zu prüfenden Einheiten (Prüfteile 37) als Innendruck beaufschlagt werden. Da hierbei die Konstanz der Druckamplitude (Konstanz ihres Minimal- und Maximalwertes) des zeitvarianten Fluiddrucks p2 von entscheidender Bedeutung ist, umfasst die zweite Einrichtung 3 eine Einstelleinrichtung, mit der der erste zeitvariante Fluiddruck p1 und/oder die Verstärkung des Fluiddrucks durch die zweite Einrichtung 3 einstellbar oder regelbar ist und somit Amplitudenschwankungen, die im laufenden Betrieb hervorgerufen werden, beispielsweise von dem starten Kurbeltrieb der ersten Einrichtung, ausgleichbar bzw. kompensierbar sind. Erreicht wird dies dadurch, dass die Einstelleinrichtung einen variablen, einstellbaren bzw. regelbaren bzw. steuerbaren Abtriebshub der Kolben-Zylinder-Anordnung der zweiten Einrichtung 3 ermöglicht, der Hub des Kolbens im Zylinder und damit die Verstärkung der zweiten Einrichtung 3 ist durch die Einstelleinrichtung variierbar.
Die verschiedenen Ausführungsbeispiele gemäß 1 bis 3 und die jeweilige Ausbildung der Einstelleinrichtung ist nachfolgend beschrieben.
1 zeigt einen Antriebsmotor 22, der über einen Riemen 23 mit einem starren Schubkurbeltrieb 24 verbunden ist. Dieser besteht in bekannter Weise aus einer gelagerten Kurbelwelle 58 und einem Pleuel 59, der an einem ersten Kolben 4 gelenkig befestigt ist. Der erste Kolben 4 ist in einem Gehäuse 10 als Trägerrahmen angeordnet, das die gesamte Anordnung aufnimmt. Insoweit handelt es sich um den klassischen Aufbau wie in einer Kolbenpumpe oder in einem Verbrennungsmotor.
Der erste Kolben 4 hat in seinem unteren Bereich ein Führungsteil 25 mit gegenüber dem oberen Bereich vergrößerten Querschnittsabmessungen, wobei das Führungsteil 25 in dem Gehäuse 10 geführt ist. Im Gehäuse 10 sind Entlüftungsbohrungen 26 angeordnet (die gleichzeitig Leckageablaufbohrungen für das Druckfluid darstellen), so dass der obere Teil des ersten Kolbens bei Betätigung des Kurbeltriebs 24 frei in einem ersten Zylinder 5 beweglich ist.
Der erste Zylinder 5 begrenzt zusammen mit dem sich über ihm anschließenden Bereich des Gehäuses 10 einen ersten Druckraum V1. In diesem Druckraum herrscht im Betrieb der Vorrichtung ein erster zeitvarianter Fluiddruck p1 (beispielsweise ein Öldruck). In den Druckraum V1 mündet eine Druckfluid-Versorgungsleitung 12, mit der Druckfluid (beispielsweise Öl) aus einem Fluidbehälter 27 mittels einer Förderpumpe 13 in den ersten Druckraum V1 gefördert werden kann (s. Pfeil). Ein Druckbegrenzungsventil 28 begrenzt dabei den Druck des zugeführten Öls, ein Rückschlagventil 47 verhindert den Rücklauf des Öls aus dem Druckraum V1, wenn das dortige Druckniveau p1 größer als der von der Förderpumpe 13 ausgehende Druck in der Druckfluid-Versorgungsleitung 12 ist. Der im der Druckraum V1 herrschende Druck kann mit einem Drucksensor 29 ermittelt werden. Die Elemente 12, 13, 27, 28 und 47 stellen eine Vordruckerzeugungseinrichtung mit Druckbegrenzung für den ersten Druckraum V1 dar.
Weiterhin ist der erste Druckraum V1 über eine Druckfluid-Leitung 14 mit einem Druckspeicher 15 fluidisch verbunden, der als einstellbarer Speicher ausgebildet ist. In der Druckfluid-Leitung 14 bzw. fluidisch mit dieser verbunden ist ein Sicherheitsventil 30 sowie ein Drossel-Stellventil 31. Das Drossel-Stellventil 31 ist mit einem Ablaufbehälter 32 verbunden.
Der erste Druckraum V1 wird nach unten durch eine erste Fläche A1 des ersten Kolbens 4 im ersten Zylinder 5 begrenzt. Nach oben wird der erste Druckraum V1 von einem zweiten Kolben 6 begrenzt, der als Stufenkolben ausgebildet ist. Konkret begrenzt ein erster Kolbenabschnitt 8 mit einer zweiten Fläche A2 den Druckraum V1 nach oben. Der zweite Kolben 6 ist in einem zweiten Zylinder 7 verschieblich angeordnet. In seinem oberen Bereich weist der zweite Kolben 6 einen zweiten Kolbenabschnitt 9 mit ei ner dritten Fläche A3 auf, der ebenfalls in dem zweiten Zylinder 7 axial verschieblich geführt ist. Aufgrund des Flächenverhältnisses der zweiten zur dritten Fläche A2/A3 ergibt sich in bekannter Weise der Druckverstärkungseffekt, d. h. der zweite Kolben 6 bildet mit seiner dritten Fläche A3 einen Hochdruckstempel, der einen im Vergleich zum ersten Fluiddruck p1 größeren Fluiddruck p2 in einem zweiten Druckraum V2 oberhalb des zweiten Kolbenabschnitts 9 hervorruft. Der zweite Druckraum V2 wird ferner von dem zweiten Zylinder 7 und einem Dichtstopfen 35 begrenzt.
Ein dritter Druckraum V3 wird im zweiten Zylinder 7 zwischen den beiden Druckräumen V1 und V2 ausgebildet, was sich aufgrund der Querschnittsflächen-Abnahme des ersten Kolbenabschnitts 8 mit der Querschnittsfläche A2 zum zweiten Kolbenabschnitt 9 mit der Querschnittsfläche A3 ergibt. In diesem Druckraum V3 ist ein federelastisches Element 11 angeordnet, das eine Hilfsfederkraft auf den zweiten Kolben 6 ausübt, die ihn nach unten in Richtung des ersten Druckraums V1 drängt. Das federelastische Element 11 in Form einer Schraubenfeder stützt sich an einem flanschförmigen Abschnitt des Gehäuses 10 ab. Die Hilfsfederkraft ist im Vergleich zu den vorgesehenen Druckkräften eine kleine Kraft. Die Hilfsfederkraft dient lediglich dazu, den zweiten Kolben 6 zu Positionieren, wenn die Vorrichtung drucklos ist. Hinsichtlich der Hauptfunktion der Hydropulsvorrichtung, der Erzeugung eines pulsierenden bzw. zeitvarianten hohen Drucks, kommt dem federelastischen Element 11 keine Bedeutung zu.
Der dritte Druckraum V3 ist bei der Lösung gemäß 1 mit einer Leitung 33 verbunden, die zu einem Leckagebehälter 34 führt. Der Leckagebehälter 34 und/oder der bereits erwähnte Ablaufbehälter 32 können – sofern ohne Medientrennung gearbeitet wird – mit dem Fluidbehälter 27 verbunden sein bzw. es kann sich um einen gemeinsamen Behälter handeln. Eine Leitung 33a ermöglicht atmosphärischen Druckausgleich.
Der zweite Kolbenabschnitt 9 des zweiten Kolbens 6 bildet demnach einen Hochdruckstempel im oberen Teil des zweiten Zylinders 7. Der zweite Druckraum V2 ist nach oben mit dem bereits angesprochenen Dichtstopfen 35 verschlossen, durch den eine Leitung 36 zu einem Prüfteil 37 führt, dessen Innenraum mit pulsierendem Hochdrucköl zu beaufschlagen ist. Flui disch mit der Leitung 36 verbunden ist auch ein Drucksensor 38 und ein Hochdruckrückschlagventil 39. Die Füllung des zweiten Druckraums V2 mit Öl erfolgt von einem Vorratsbehälter 40 aus über eine Druckfluid-Versorgungsleitung 16 und eine Förderpumpe 17. Die Elemente 40, 39, 16 und 17 stellen eine Hochdruck-Nachspeiseeinrichtung dar.
Die in 2 dargestellte Lösung unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass hier der dritte Druckraum V3 gezielt mit einem flüssigen oder gasförmigen Fluid versorgt wird. In 2 sind nur die von der Lösung gemäß 1 abweichenden Elemente bezeichnet. Der dritte Druckraum V3 wird über eine Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung 18 mittels einer Förderpumpe 19 aus einem Fluidbehälter 41 mit Öl oder Gas versorgt. Fluidisch angekoppelt ist auch wieder ein Druckbegrenzungsventil 42. Ferner befindet sich in der Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung 18 ein Drucksensor 43.
Weiterhin ist der dritte Druckraum V3 über eine Druckfluid- oder Gas-Leitung 20 mit einem einstellbaren Druckspeicher 21 verbunden. Fluidisch angekoppelt sind ein Sicherheitsventil 44 und ein Drossel-Stellventil 45 und ein Leckagebehälter 46.
Die Betriebsweise der Hydropulsvorrichtung 1 gemäß 1 und 2 ist wie folgt:
Das Führungsteil 25 des ersten Kolbens 4 wird über den Schubkurbeltrieb 24 von dem Motor 22 angetrieben, so dass der erste Kolben 4 eine sinusförmig oder sinusähnlich oszillierende Bewegung mit einem vorgegebenen Antriebshub gegenüber dem ersten Zylinder 5 ausführt. Hierdurch werden im ersten Druckraum V1 entsprechende sinusförmige oder sinusähnliche Volumenänderungen bewirkt.
Wird der Druckspeicher 15 mit einem Druck beaufschlagt und mittels der Vordruckerzeugungseinrichtung – bestehend aus den Bauteilen 27, 13 und 28 – über die Druckfluid-Versorgungsleitung 12 Hydraulikfluid in den ersten Druckraum V1 eingeleitet und so ein Vordruck im Druckbereich üblicher hydraulischer Anlagen erzeugt (typischer Weise z. B. zwischen 10 und 250 bar), entsteht im ersten Druckraum V1 durch die erzwungene Volumenänderung mit der Kreisfrequenz des Kurbeltriebs 24 (also typischer Weise zwischen 5 und 50 Schwingungen pro Sekunde) eine Druckänderung mit derselben Kreisfrequenz und somit der zeitvariable Fluiddruck p1.
Der Minimaldruck der Druckamplitude des Fluiddrucks p1 ist mit den oben genannten hydraulischen Messen-Steuern-Regeln-Gliedern (MSR-Gliedern), und zwar den Elementen 12, 13, 27, 28 und 47 der Vordruckerzeugungseinrichtung sowie dem Drucksensor 29 und dem einstellbaren Druckspeicher 15 und dem Drossel-Stellventil 31 und ferner über die Elemente 40, 39, 16 und 17 der vorstehend beschriebenen Hochdruck-Nachspeiseeinrichtung, einstellbar. Der Maximaldruck der Druckamplitude des Fluiddrucks p1 ist ebenfalls mit diesen MSR-Gliedern einstellbar und zusätzlich über den einstellbaren Druckspeicher 15 und das Sicherheitsventil 30 begrenzbar. Die Einstelleinrichtung der Hydropulsvorrichtung umfasst somit im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und gemäß 2 die vorgenannten Glieder und Elemente 12, 13, 27, 28, 47, 29, 15, 31, 40, 39, 16, 17, 30.
Ferner ist der zweite Kolben 6 – als Stufenkolben ausgeführt – zwischen den Druckräumen V1 und V2 beweglich, er übersetzt hierbei die Druckamplitude des ersten Fluiddrucks p1 auf die größere Druckamplitude des zweiten Fluiddrucks p2 im zweiten Druckraum V2 (Hochdruckraum). Dies erfolgt nach dem physikalischen Prinzip der hydraulischen Druckerhöhung, wonach sich die Drücke in den getrennten Räumen (hier: V1 und V2) umgekehrt proportional zum Verhältnis der entsprechenden wirksamen Flächen A2 und A3 des zweiten (in sich starren) Kolbens 6 verhalten.
Zum Statten der Hydropulsvorrichtung 1 wird in den ersten Druckraum V1 mit der Förderpumpe 13 über das einstellbare Druckbegrenzungsventil 28 ein Druck p1 erzeugt und ebenso im zweiten Druckraum V2 ein Druck p2 über die Förderpumpe 17 und das Hochdruckrückschlagventil 39.
Dann wird der Kurbeltrieb 24 mit dem Antriebsmotor 22 gestartet und über das Drossel-Stellventil 31 das Hydrauliksystem gegebenenfalls entlüftet und ein Minimaldurchfluss erzeugt. Die Höhe der Druckamplitude des zweiten Fluiddrucks p2 im zweiten Druckraum V2 kann nach dem Entlüften dort (z. B. durch ein kurzzeitiges Lösen und Festziehen von Rohrverbindern an der Leitung 36) nun eingestellt werden und danach über eine Regelung konstant gehalten werden, wobei Einstellung und Regelung die vorgenannte Einstelleinrichtung einbeziehen.
Diese Regelung auf eine konstante Druckamplitude des zweiten zeitvarianten Fluiddrucks p2 kann sämtliche Drücke p1 und p2 in den Druckräumen V1 und V2 verwerten sowie die Lage des zweiten Kolbens 6 mit einem (nicht dargestellten) Wegerfassungssystem feststellen und/oder die Lage des ersten Kolbens 4 z. B. durch einen digitalen Drehwinkelgeber, der am Kurbeltrieb angeordnet ist, erfassen. Auf Basis dieser Informationen kann die Regelung mittels der Einstelleinrichtung den Druck p1 verstellen, beispielsweise durch Einstellen des Druckbegrenzungsventil 28 und/oder durch Verstellen des Druckspeichers 15 und/oder durch Einstellung des Drossel-Stellventils 31. Auch kann die Drehzahl des Antriebsmotors 22 gemessen und verändert werden.
Dies Regelung und damit das Vorsehen einer geeigneten Einstelleinrichtung ist von entscheidender Bedeutung, da die Konstanz der Druckamplitude des zweiten zeitvarianten Fluiddrucks p2 im zweiten Druckraum V2, also ihr Maximalwert und Minimalwert, über die gesamte Prüfdauer eines Prüfteils äußerst wichtig für die Prüfung ist.
Hierzu sind vor allem zur Wiederholgenauigkeit des Rückhubes des zweiten Kolbens 6 gegebenenfalls weitere Regel- und Steuerglieder dienlich, wie in 2 dargestellt und vorstehend erläutert. Der einstellbare Druckspeicher 21 und ein zweiter Hydraulikkreislauf mit den in 2 dargestellten Elementen 41, 19, 42, 18, 43, 20, 44 und 45 arbeiten jedoch mit einem niedrigeren Systemdruck bzw. einem niedriger eingestellten Druckspeicher 21 als die entsprechenden Elemente zur Versorgung des ersten Druckraums V1. Hier kommt daher bevorzugt als Fluid ein Gas statt einer Flüssigkeit zum Einsatz. Die Einstelleinrichtung der Hydropulsvorrichtung im Ausführungsbeispiel gemäß 2 umfasst somit ergänzend zu den anhand von 1 erläuterten Elementen und Gliedern zusätzlich die Elemente 41, 19, 42, 18, 43, 20, 21, 44 und 45.
Im dritten Druckraum V3 kann gegebenenfalls auch eine Medientrennung zwischen dem Fluid im zweiten Druckraum V2 (Hochdruckraum) und dem Fluid im ersten Druckraum V1 realisiert werden, z. B. durch das Drossel-Stellventil 45 und den Leckagebehälter 46.
Bei den Ausführungsvarianten gemäß 1 und 2 ist die Hydropulsvorrichtung 1 als eine Baueinheit mit einem zusammenhängenden Gehäuse 10 ausgebildet, der erste Druckraum V1 bildet einen zusammenhängenden Hohlraum, erste Fläche A1 und zweite Fläche A2 bilden einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen des ersten Druckraums V1.
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Hydropulsvorrichtung, bei der zwei getrennte Baueinheiten, eine erste Baueinheit 54 und eine zweite Baueinheit 55, vorgesehen sind, die miteinander über hydraulische Verbindungsglieder 48, 49 verbunden sind. 3 zeigt lediglich schematisch die Komponenten, die dem zentralen Bereich aus erstem Kolben 4 und zweitem Kolben 6 sowie erstem Druckraum V1 und drittem Druckraum V3 entsprechen. Selbstverständlich schließt an den ersten Kolben 4 (Antriebskolben) eine Einheit zur Erzeugung der Antriebskraft F1 an, beispielsweise der Schubkurbeltrieb 24 mit Antriebsmotor 22 aus 1. An den zweiten Kolben 6 (Antriebskolben) schließt der zweite Druckraum V2, der über Leitungen mit einem Prüfteil verbunden ist, an.
Die erste Baueinheit 54 umfasst den ersten Kolben 4 mit der ersten Fläche A1 und den ersten Zylinder 5 (Antriebszylinder), in dem der erste Kolben 4 axial verschieblich geführt ist. Der Antriebshub ist schematisch als Doppelpfeil 52 dargestellt. Die erste Baueinheit 54 umfasst ferner einen vierten Druckraum V4 zwischen einem nur schematisch angedeuteten Gehäuse 10 und dem ersten Kolben 4.
Der erste Druckraum V1 ist in der Ausführungsvariante gemäß 3 aufgeteilt in einen ersten Teilraum V11 und einen zweiten Teilraum V12. Der erste Teilraum V11 ist in der ersten Baueinheit 54, zwischen erstem Kolben 4 und Gehäuse 10, vorgesehen, der zweite Teilraum V12 ist in der zweiten Baueinheit 55, zwischen zweitem Kolben 6 und Gehäuse 10a, vorgesehen. Die Teilräume V11 und V12 sind über ein Verbindungsglied 48 (insbesonde re ein hydraulisches Verbindungsglied) miteinander verbunden, so dass (gegebenenfalls nach einen Druckausgleich über das Verbindungsglied 48) in den Teilräumen V11 und V12 der gleiche Fluiddruck p1 herrscht.
Die zweite Baueinheit 55 umfasst ferner den zweiten Kolben 6 mit der zweiten Fläche A2 zum zweiten Teilraum V12 hin und den zweiten Zylinder 7 (Abtriebszylinder), in dem der zweite Kolben 6 axial verschieblich geführt ist. Der Abtriebshub ist schematisch als Doppelpfeil 53 dargestellt. Die zweite Baueinheit 55 umfasst ferner einen dritten Druckraum V3 zwischen einem nur schematisch angedeuteten Gehäuse 10a und dem zweiten Kolben 6.
Der dritte Druckraum V3 und der vierte Druckraum V4 sind fluidisch über ein Verbindungsglied 49 (insbesondere ein hydraulisches Verbindungsglied) miteinander verbunden.
3 zeigt eine weitere, alternative oder additive Variante zur Ausbildung der Einstelleinrichtung der Hydropulsvorrichtung. Gemäß der Lösung nach 3 ist der dritte Druckraum V3 über den zweiten Zylinder 7 mit dem zweiten Teilraum V12 des ersten Druckraums V1 fluidisch verbunden, und zwar über eine Fluidleitung 56. In diese Fluidleitung 56 ist eine Verstelleinrichtung 50, hier ein Hubstellglied, konkret eine Drossel 50, eingebaut. Ferner sind in der Fluidleitung 56 zwei Wärmetauscher 51 vorgesehen. Eine analoge Ausbildung könnte auch am ersten Zylinder 5, zwischen viertem Druckraum V4 und erstem Teilraum V11 des ersten Druckraums V1 vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsvariante gemäß 3 wird der erste Kolben 4 (Antriebskolben) mit einer Antriebskraft F1 beaufschlagt, beispielsweise durch einen Kurbelantrieb. Der erste Kolben 4 hat damit einen festen Antriebshub 52. Der im ersten Teilraum V11 des ersten Druckraums V1 entstehende Hydraulikdruck wird über das Verbindungsglied 48 (z. B. eine Rohrleitung) auf den zweiten Teilraum V12 des ersten Druckraums V1 übertragen, so dass der Hydraulikdruck dort über die zweite Fläche A2 eine entsprechende Kraft auf den zweiten Kolben 6 (Abtriebskolben) überträgt. Dieser wiederum steht mit dem zweiten Druckraum V2 in Verbindung und ruft dort den gewünschten zeitvarianten hohen Fluiddruck hervor.
Die Einstelleinrichtung umfasst somit gemäß der Variante nach 3 die am zweiten Zylinder 7 ausgebildete fluidische Verbindung 56 zwischen drittem Druckraum V3 und zweitem Teilraum V12 und damit zwischen den beiden Seiten des zweiten Kolbens 6 und das in diese Fluidleitung 56 eingebaute Hubstellglied 50 (z. B. eine Drossel oder ein Ventil). Die nachfolgenden Aussagen gelten analog für eine entsprechend ausgebildete Verbindung zwischen viertem Druckraum V4 und erstem Teilraum V11 und damit zwischen den beiden Seiten des ersten Kolbens 4.
Sobald der erste Kolben 4 (Antriebskolben) angetrieben wird, wirkt bei geschlossenem Hubstellglied 50 am zweiten Kolben 6 eine Abtriebskraft und der zweite Kolben 6 wird mit einem bestimmten Abtriebshub 53 bewegt, der sich aus dem Verhältnis der ersten und zweiten Fläche A1, A2 zueinander zwangsläufig ergibt. Wird nun das Hubstellglied 50 geöffnet, so entsteht über die Fluidleitung 56 ein Bypass zum zweiten Kolben und damit eine definierte Leckage zwischen den beiden Kolbenseiten (Teilraum V12 und drittes Volumen V3). Dadurch reduziert sich die auf den zweiten Kolben 6 wirkende Abtriebskraft und damit auch der Abtriebshub 53 des zweiten Kolbens 6.
Ein gegebenenfalls auftretender Druckverlust kann durch geeignete Korrektur bzw. Auslegung des Verhältnisses der ersten und zweiten Querschnittsflächen A1, A2 der Kolben 4, 6 ausgeglichen werden.
Grundsätzlich kann die Größe der ersten und zweiten Flächen A1, A2 nahezu beliebig variiert werden, jedoch sollte die erste Fläche A1 hinsichtlich ihrer Größe größer als die zweite Fläche A2 oder zumindest gleich der zweiten Fläche A2 sein.
Der oder die Wärmetauscher 51 sind nicht zwingend für die Funktion der Vorrichtung, sie können jedoch die beim Drosselvorgang entstehende Wärme abführen.
Die verschiedenen anhand von 1, 2 und 3 beschriebenen Aus führungsdetails, insbesondere hinsichtlich der Einstelleinrichtung, können beliebig miteinander kombiniert werden und sind nicht auf das jeweilige Ausführungsbeispiel beschränkt.

1: Hydropulsvorrichtung
2: erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks p1
3: zweite Einrichtung zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks p1 auf einen zweiten zeitvarianten Fluiddruck p2
4: erster Kolben
5: erster Zylinder
6: zweiter Kolben
7: zweiter Zylinder
8: erster Kolbenabschnitt
9: zweiter Kolbenabschnitt
10: Gehäuse
10a: Gehäuse
11: federelastisches Element
12: Druckfluid-Versorgungsleitung
13: Förderpumpe
14: Druckfluid-Leitung
15: Druckspeicher
16: Druckfluid-Versorgungsleitung
17: Förderpumpe
18: Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung
19: Förderpumpe
20: Druckfluid- oder Gas-Leitung
21: Druckspeicher
22: Antriebsmotor
23: Riemen
24: Schubkurbeltrieb
25: Führungsteil
26: Entlüftungsbohrung
27: Fluidbehälter
28: Druckbegrenzungsventil
29: Drucksensor
30: Sicherheitsventil
31: Drossel-Stellventil
32: Ablaufbehälter
33: Leitung
33a: Leitung
34: Leckagebehälter
35: Dichtstopfen
36: Leitung
37: Prüfteil
38: Drucksensor
39: Hochdruckrückschlagventil
40: Vorratsbehälter
41: Fluidbehälter
42: Druckbegrenzungsventil
43: Drucksensor
44: Sicherheitsventil
45: Drossel-Stellventil
46: Leckagebehälter
47: Rückschlagventil
48: hydraulisches Verbindungsglied
49: hydraulisches Verbindungsglied
50: Verstelleinrichtung, Hubstellglied, Drossel, Ventil
51: Wärmetauscher
52: Antriebshub
53: Abtriebshub
54: erste Baueinheit
55: zweite Baueinheit
56: Fluidleitung
58: Kurbelwelle
59: Pleuel
p1: erster zeitvarianter Fluiddruck
p2: zweiter zeitvarianter Fluiddruck
V1: erster Druckraum
V11: erster Teilraum des ersten Druckraums
V12: zweiter Teilraum des ersten Druckraums
V2: zweiter Druckraum
V3: dritter Druckraum
V4: vierter Druckraum
A1: erste Querschnittsfläche
A2: zweite Querschnittsfläche
A3: dritte Querschnittsfläche
F1: Antriebskraft
F2: Abtriebskraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20100122 U1 [0004]
- DE 10026616 B4 [0005]
- DE 10010997 A1 [0005]
- DE 19961436 A1 [0005]
- DE 4325636 C2 [0005]
- DE 102004021479 A1 [0005]
- DE 10308094 A1 [0005]

Claims

Hydropulsvorrichtung (1), umfassend a) eine erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1), und b) eine zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) auf einen zweiten, zum entsprechenden Zeitpunkt größeren zeitvarianten Fluiddruck (p2), c) einen ersten Druckraum (V1), in dem die erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) den erste zeitvarianten Fluiddruck (p1) aufbaut, und d) einen zweiten Druckraum (V2), in dem die zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Druckraums (p1) den zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p2) aufbaut, e) wobei die erste Einrichtung (2) einen ersten Kolben (4) mit einer an den ersten Druckraum (V1) angrenzenden ersten Fläche (A1) umfasst, f) wobei der erste Kolben (4) in wenigstens einem ersten Zylinder (5) axial verschieblich geführt ist, g) wobei die zweite Einrichtung (3) einen zweiten Kolben (6) mit einem ersten Kolbenabschnitt (8) mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden zweiten Fläche (A2) und mit einem zweiten Kolbenabschnitt (9) mit einer an den zweiten Druckraum (V2) angrenzenden dritten Fläche (A3) umfasst, h) wobei der zweite Kolben (6) in wenigstens einem zweiten Zylinder (7) axial verschieblich geführt ist, und i) wobei die zweite Einrichtung (3) eine Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) und/oder der Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck (p1) und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p2) umfasst.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (2) Antriebsmittel aufweist, die einen vorgegebenen festen Antriebshub (52) des ersten Kolbens (4) im ersten Zylinder (5) erzeugen.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel einen Kurbeltrieb (24) mit einem mit dem ersten Kolben (4) verbundenen starren Pleuel (59) umfassen.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (59) mit einer von einem Antriebsmotor (22) angetrieben Kurbelwelle (58) verbunden ist.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung einen Fluidbehälter (27) umfasst, der über eine Druckfluid-Versorgungsleitung (12) fluidisch mit dem ersten Druckraum (V1) in Verbindung steht, wobei über eine in der Druckfluid-Versorgungsleitung (12) angeordnete Förderpumpe (13) Druckfluid in den ersten Druckraum (V1) leitbar ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckfluid-Versorgungsleitung (12) zwischen Förderpumpe (13) und erstem Druckraum (V1) ein Rückflussverhinderer (47), insbesondere ein Rückschlagventil (47), vorgesehen oder eingebaut ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung eine mit dem erste Druckraum (V1) verbundene weiteren Druckfluid-Leitung (14) umfasst, in der ein Drosselventil, insbesondere ein Drossel-Stellventil (31), vorgesehen oder eingebaut ist und die in einen Ablaufbehälter (32) mündet, wobei über das Drosselventil (31) ein kontinuierlicher Durchfluss des Druckfluids vom Fuidbehälter (27) durch den ersten Druckraum (V1) in den Ablaufbehälter (32) einstellbar oder regelbar ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufbehälter (32) über eine Rückfluss-Fluidverbindung mit dem Fluidbehälter (27) verbunden ist oder dass der Fluidbehälter (27) auch der Ablaufbehälter (32) ist.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung einen Druckspeicher (15) umfasst, der fluidisch mit dem erste Druckraum (V1) in Verbindung steht.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Druckraum (V3) zwischen einem Gehäuse (10, 10a) und/oder dem zweien Zylinder (7) einerseits und dem zweiten Kolben (6) andererseits und/oder zwischen dem ersten Druckraum (V1) und dem zweiten Druckraum (V2) angeordnet ist, und/oder dass ein vierter Druckraum (V4) zwischen einem Gehäuse (10, 10a) und/oder dem ersten Zylinder (4) einerseits und dem ersten Kolben (4) andererseits angeordnet ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung eine Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung (18) umfasst, die fluidisch mit dem dritten Druckraum (V3) in Verbindung steht, wobei über eine in der Druckfluid- oder Gas-Versorgungsleitung (18) angeordnete Förderpumpe (19) Druckfluid oder Gas in den dritten Druckraum (V3) leitbar ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung einen Druckspeicher (21) umfasst, der fluidisch mit dem dritten Druckraum (V3) in Verbindung steht.
Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Druckraum (V3) fluidisch mit dem vierten Druckraum (V4) verbunden ist, insbesondere über mindestens ein fluidisches Verbindungsglied (49).
Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung eine fluidische Verbindung zwischen dem dritten Druckraum (V3) und/oder dem vierten Druckraum einerseits und dem ersten Druckraum (V1) andererseits umfasst, wobei in der fluidische Verbindung eine Verstelleinrichtung (50), insbesondere ein Hubstellglied, vorzugsweise eine Drossel oder ein Ventil, vorgesehen ist.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der fluidischen Verbindung ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sind.
Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (6) gegenüber dem Gehäuse (10, 10a) und/oder dem zweien Zylinder (7) mit einem federelastischen Element (11) abgestützt ist, das den zweiten Kolben (6) mit einer auf den ersten Druckraum (V1) zu gerichteten Federkraft beaufschlagen kann.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Element (11) in dem dritten Druckraum (V3) angeordnet ist.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (2) und die zweite Einrichtung (3) in einer Baueinheit, insbesondere innerhalb eines Gesamtgehäuses (10, 10a), ausgebildet sind, und/oder dass der erste Druckraum (V1) ein zusammenhängender Hohlraum ist, und/oder dass erste Fläche (A1) und zweite Fläche (A2) einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen des ersten Druckraums (V1) ausbilden.
Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (2) und die zweite Einrichtung (3) in zwei getrennten Baueinheiten, die über eine oder mehrere hydraulische Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, ausgebildet sind, und/oder dass der erste Druckraum (V1) mindestens zwei getrennte Teilräume, insbesondere in verschiedenen Baueinheiten angeordnete Teilräume, umfasst, die über mindestens ein Verbindungsglied (48) fluidisch miteinander verbunden sind.
Hydropulsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baueinheit den ersten Kolben (4) und den ersten Zylinder (5) und die zweite Baueinheit den zweiten Kolben (6) und den zweiten Zylinder (7) umfasst.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fläche (A2) größer als die dritte Fläche (A3) ist.
Hydropulsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (A1) sich von der zweiten Fläche (A2) hinsichtlich ihrer Größe unterscheidet, insbesondere kleiner oder größer als die zweite Fläche (A2) ist.
Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (A1) zumindest im Wesentlichen die gleiche Größe wie die zweite Fläche (A2) aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines zeitvarianten Fluiddrucks mittels einer Hydropulsvorrichtung umfassend a) eine erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1), und b) eine zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) auf einen zweiten, zum entsprechenden Zeitpunkt größeren zeitvarianten Fluiddruck (p2), c) einen ersten Druckraum (V1), in dem die erste Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten zeitvarianten Fluiddrucks den erste zeitvarianten Fluiddruck (p1) aufbaut, und d) einen zweiten Druckraum (V2), in dem die zweite Einrichtung (3) zur Verstärkung des ersten zeitvarianten Druckraums (p1) den zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p2) aufbaut, e) wobei die erste Einrichtung (2) einen ersten Kolben (4) mit einer an den ersten Druckraum (V1) angrenzenden ersten Fläche (A1) umfasst, f) wobei der erste Kolben (4) in wenigstens einem ersten Zylinder (5) axial verschieblich geführt ist, g) wobei die zweite Einrichtung (3) einen zweiten Kolben (6) mit einem ersten Kolbenabschnitt (8) mit einer an den ersten Druckraum angrenzenden zweiten Fläche (A2) und mit einem zweiten Kolbenabschnitt (9) mit einer an den zweiten Druckraum (V2) angrenzenden dritten Fläche (A3) umfasst, h) wobei der zweite Kolben (6) in wenigstens einem zweiten Zylinder (7) axial verschieblich geführt ist, und i) wobei die zweite Einrichtung (3) eine Einstelleinrichtung zur Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) und/oder der Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck (p1) und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p1) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: j) Erzeugung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) im ersten Druckraum (V1) durch Antreiben des ersten Kolbens (4) mittels einer Antriebseinrichtung, k) Einstellung oder Regelung des ersten zeitvarianten Fluiddrucks (p1) und/oder einer Verstärkung zwischen dem ersten zeitvarianten Fluiddruck (p1) und dem zweiten zeitvarianten Fluiddruck (p2) durch die zweite Einrichtung (3) mittels der Einstelleinrichtung, l) wobei die Einstellung oder Regelung derart erfolgt, dass der Abtriebshub (53) des zweiten Kolbens (6) gegenüber dem zweiten Zylinder (5) konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Antriebseinrichtung ein vorgegebener fester Antriebshub (52) des ersten Kolbens (4) im ersten Zylinder (5) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Verstelleinrichtung (50), insbesondere eines Hubstellgliedes, vorzugsweise einer Drossel oder einem Ventil, und einer fluidischen Verbindung (53), die mit dem ersten Druckraum (V1) verbunden ist und in der die Verstelleinrichtung (50) vorgesehen ist, der Abtriebshub (53) des zweiten Kolbens (6) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropulsvorrichtung eine Hydropulsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 ist.