DE10306128A1

DE10306128A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Druckerhöhung in Zylindern, insbesondere hydraulischen Stempeln

Info

Publication number: DE10306128A1
Application number: DE10306128A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Voss
Original assignee: VOS RICHARD GRUBENAUSBAU GmbH; Voss Richard Grubenausbau GmbH
Current assignee: VOSS, CHRISTINA, 58239 SCHWERTE, DE; VOSS, WOLFGANG, 58239 SCHWERTE, DE
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-26
Also published as: WO2004072486A1; EP1597484B1; DE502004004233D1; ATE366370T1; EP1597484A1; US7424803B2; AU2004211436A1; US20060207251A1; AU2004211436B2

Abstract

Zur Druckerhöhung in Zylindern ist ein Verfahren und ein entsprechender Zylinder 1 vorgesehen, die sich dadurch auszeichnen, dass innerhalb des Zylinders 1, d. h. innerhalb des Zylindergehäuses 3, ein zweiter Spannkolben 16 mit kleiner Kolbenstange 17 angeordnet ist, über den der Kolbenflächenhohlraum 8 im Bereich des Kolbens 5 bzw. das dort anstehende Druckmedium höher verdichtet werden kann. Dadurch ist es möglich, je nach Bedarf den Verschiebeweg zu vergrößern oder aber den Druck innerhalb des Zylinders 1 zu erhöhen. Weitere Vorteile sind damit erreichbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckerhöhung in Zylindern für die Ölhydraulik, Wasserhydraulik, Emulsionshydraulik sowie Plasma- und sonstige Flüssigkeitshydraulik und Pneumatik, bei dem zwei- oder mehrteilige Zylinder über Ventile und den eingeleiteten Drucküberträger, der eine Hochdruckpumpe passiert hat, kontrolliert auseinander- oder ineinandergefahren werden, wobei im Kolbenflächenhohlraum unter dem jeweiligen Kolben ein auch nach dem Auseinanderfahren vorgegebener Druck erzeugt und aufrechterhalten wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen Zylinder zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, bestehend aus einem über eine Versorgungsleitung mit einer Hochdruckpumpe verbundenen Grundkörper mit Zylindergehäuse und darin verschieblich angeordneten Kolben/Kolbenstange und dem unterhalb des Kolbens ausgebildeten Kolbenflächenhohlraum.

Beim Betätigen von Zylindern und ähnlichen Einrichtungen wird die Bewegung durch Zuleitung eines Drucküberträgers erwirkt, wobei es sich dabei um Öl, Wasser, Wasser in Ölemulsion, Plasma oder sonstige Flüssigkeiten oder auch um Luft handelt. Unter Hydraulik versteht man die Lehre und technische Anwendung von Strömungen in kompressiblen Flüssigkeiten. Dies bedeutet, dass bei der Hydraulik die Flüssigkeit, vor allem aber Öl oder auch Wasser in Ölemulsion zunächst in einer Hochdruckpumpe entsprechend beeinflusst, d. h. vorgespannt wird, um dann über Schlauch- oder ähnliche Leitungen dem Zylinder zugeführt zu werden. Über Ventile wird das Ausfahren und das Einfahren der Zylinder gesteuert, wobei immer mit ein und demselben Druck, nämlich dem von der Leistung der Hochdruckpumpe abhängigen Druck gearbeitet. Insbesondere im untertägigen Bergbau, wo mit Wasser in Ölemulsion aus Sicherheitsgründen gearbeitet wird, arbeitet man derzeit mit maximal 400 bar, ganz einfach, weil es derzeit keine Pumpen gibt, die ein höheres Druckniveau erzeugen können. Aufgrund verschiedener Gegebenheiten ist aber nicht immer sichergestellt, dass im Kolbenflächenhohlraum der genannte Druck zur Verfügung steht, weshalb insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau sogenannte Nachsetzschaltungen bekannt sind, mit denen das Volumen im Kolbenflächenhohlraum durch nochmalige Verbindung mit der Hochdruckpumpe so eingestellt wird, dass dann annähernd das besagte Druckniveau zur Verfügung steht. Nicht möglich ist es aber ein höheres Druckniveau innerhalb des Kolbenflächenhohlraumes und damit innerhalb des Zylinders zu erzeugen, weil dazu eben die besagten Pumpen nicht in der Lage sind. Aus den verschiedensten Gründen ist dies aber häufig gewünscht, wobei bei dem genannten derzeit höchsten Druckniveau von 400 bar die Pumpen die Grenze darstellen, bei niedrigeren Druckniveaus der Aufwand für eine zusätzliche Hochdruckpumpe und entsprechende Schlauchleitungen den Vorteil im Wesentlichen wieder ausgleichen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die den Betrieb von Zylindern mit gegenüber dem Pumpendruck beliebig erhöhten Innendruck (Arbeitsdruck) ermöglicht.

Die Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass dem Zylinder zunächst ein Drucküberträger (Öl, Wasser, Emulsion, Plasma, Druckluft) vorgegebener Druckhöhe zugeführt und der Zylinder damit auseinandergefahren wird und dass dann der Druck im Kolbenflächenhohlraum unter dem Kolben beliebig erhöht wird, indem der Drucküberträger gleichen Druckniveaus zur weiteren Verdichtung des Drucküberträgers im Kolbenflächenhohlraum eingesetzt wird.

Dieses Verfahren ermöglicht es somit, unabhängig von dem Ausgangspunkt des Druckniveaus, dieses gezielt zu erhöhen, um auf diese Art und Weise Vorteile zu erreichen. Wird beispielsweise ausgehend von einem deutlich unter 400 bar liegenden Druckniveau ausgegangen, ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, das Druckniveau im Zylinder gezielt zu erhöhen, ohne dass es dazu anderer Leitungen, eines anders bemessenen Zylinders oder Ähnliches bedarf. Vielmehr wird innerhalb des Zylinders der Druck so erhöht, dass das gewünschte Druckniveau erreicht wird. Dadurch kann dann beispielsweise im untertägigen Berg- und Tunnelbau der notwendige Setzdruck im Stempel, also dem entsprechend ausgebildeten Zylinder erreicht werden, ohne dass es notwendig ist, die teuere und auch entsprechend besondere Leitungen erfordernde Hochdruckpumpe einzusetzen. Vielmehr kann mit einer ein entsprechend geringeres Druckniveau erreichenden preiswerteren und einfacheren Hochdruckpumpe gearbeitet werden, um dennoch durch das Verfahren innerhalb des Zylinders bzw. Stempels das hohe Druckniveau zu erreichen. Natürlich ist es auch möglich erstmals über das Druckniveau 400 bar hinauszugehen, weil bei entsprechender Beaufschlagung des Zylinders mit diesem Drucküberträger innerhalb des Zylinders dann ein deutlich höheres Druckniveau erzeugt werden kann, um so die gewünschten Aufgaben erreichen zu können. So ist es beispielsweise möglich, mit der Erfindung einen gezielt höheren Druck zu erreichen oder aber einen größeren Weg zurückzulegen. Die Zylinder brauchen nicht verändert zu werden. Wird dagegen wie weiter vorn erläutert von einem geringeren Druckniveau ausgegangen, kann auch im Bereich des Stempels, vor allem aber in den Schlauchleitungen auf einfachere Wandstärken und Ausführungen zurückgegangen werden, um so den Investitionsaufwand zu reduzieren. Möglich ist es nun auch, die gerade im untertägigen Berg- und Tunnelbau beliebten Steckverbindungen auch dann noch einzusetzen, wenn man mit höheren Drücken arbeitet. Andererseits kann mit im Durchmesser größeren Schläuchen auf einem niedrigeren Druck gearbeitet werden, um auf diese Art und Weise die Menge des zu fördernden Drucküberträgers gezielt zu erzielen bzw. sehr hoch anzusetzen.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drucküberträger von einer 200 bar Pumpe dem Zylinder zugeführt und der Druck im Kolbenflächenhohlraum auf 300 – 400 bar oder mehr gesteigert wird.

Erreicht wird dies durch einen vorab genanntes und weiter hinten noch erläutertes Übersetzungssystem, mit dessen Hilfe das Druckniveau innerhalb des Zylinders entsprechend einfach und sicher und abhängig von den Abmessungen erhöht werden kann.

Nach einer Weiterbildung ist dementsprechend vorgesehen, dass das Volumen des Kolbenflächenhohlraumes durch Zuleiten des Drucküberträgers verringert und dadurch eine höhere Verdichtung des Drucküberträgers erzeugt wird. Der Drucküberträger wird also entsprechend weiter verdichtet, ohne dass es dazu erforderlich ist, Drucküberträger, also ein Öl oder eine Druckluft, höheren Niveaus zuzuführen, d. h. es wird keine gesonderte oder andere Pumpe benötigt und ein entsprechend anderer Systemdruck. Dies hat die weiter vorn schon erwähnten Vorteile, hat darüber hinaus aber auch den Vorteil, dass es einfach und problemlos verwirklicht werden kann.

Die Erfindung will die Erhöhung des Druckniveaus innerhalb des Zylinders erreichen, was sie gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass über den Drucküberträger gleichen Druckniveaus ein Kolben geringerer Abmessungen in den Kolbenflächenhohlraum, den dortigen Drucküberträger verdichtend eingeschoben wird. Hierdurch steigert sich das Druckniveau sehr stark und so wie es für den jeweiligen Einsatzfall gerade benötigt wird.

Je nach Einsatzbereich sieht die Erfindung verfahrensmäßig vor, dass der Drucküberträger gleichen Druckniveaus abhängig von anderen Schaltvorgängen oder gesondert zugeschaltet wird, um so den eventuell benötigten Schaltaufwand möglichst gering zu halten.

Wiederum je nach Einsatzfall und Einsatzbereich ermöglicht es die Erfindung, dass die Zuschaltung des Drucküberträgers gleichen Druckniveaus in Reihen- oder Parallelschaltung vorgenommen wird, was unter anderem dadurch möglich wird, dass ein zweiter Systemdruck nicht vorhanden ist und auch nicht benötigt wird, um unter dem Kolben den Druck bzw. das Druckniveau gezielt zu erhöhen.

Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Zylinder vorgesehen, der ein Zylindergehäuse und den darin verschieblichen Kolben mit Kolbenstange aufweist, wobei unterhalb des Kolbens der Kolbenflächenhohlraum ausgebildet ist, in den die Druckflüssigkeit bzw. der Drucküberträger eingeleitet wird, um so das Ausfahren des Zylinders zu erreichen. Dabei erreicht man ein veränderbares Druckniveau innerhalb des Kolbenflächenhohlraums dadurch, dass der Kolbenflächenhohlraum und zwar der darin befindliche Drucküberträger direkt über ein Eingangsventil und zusätzlich indirekt über einen Verdichter mit der gleichen Hochdruckpumpe beeinflussbar ausgebildet ist. Weiter vorn ist bereits erwähnt worden, dass es sich bei dem Verdichter um ein Übersetzungssystem handelt, das somit sicherstellt, dass der höhere Druck im Kolbenflächenhohlraum auch wirklich erreichbar ist, auch wenn eben der dafür benötigte bzw. eingesetzte Drucküberträger ein entsprechend niedrigeres Druckniveau aufweist. Mit der geschilderten Erfindung ist es somit erstmals möglich, gezielt das Druckniveau innerhalb des Kolbenflächenhohlraums zu verändern, natürlich vor allem zu erhöhen und zwar über den Wert hinaus, den heutige Hochdruckpumpen möglich machen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist die, bei der der Kolbenflächenhohlraum als im Zylinderdeckel und Kolben sowie Kolbenstange ausgeführte Bohrung ausgebildet ist, wobei die Bohrung in der Kolbenstange eine Büchse aufnehmend erweitert ist, in der ein als Verdichter dienender Spannkolben mit einer im Durchmesser mit der Bohrung korrespondierenden, kleinen Kolbenstange verschieblich angeordnet und kopfseitig über ein Anschlussventil mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist. Schon die Aufzählung der Einzelteile des Übersetzungssystems verdeutlicht, dass hier eine Lösung vorgegeben ist, die erstaunlich einfach zu einem Ziel führt, das bisher noch nicht einmal angedacht worden ist. Ohne Veränderung des Druckniveaus der zum Einsatz kommenden Hochdruckpumpe ist es möglich, innerhalb des Kolbenflächenhohlraums, d. h. also innerhalb des Zylinders, ein Druckniveau so zu steigern, dass damit zusätzliche Aufgaben erfüllt werden können und zwar ohne dass dazu die Einrichtung geändert werden muss.

Der Kolbenflächenhohlraum ist einmal direkt mit der Hochdruckpumpe und einmal indirekt verbunden, wobei vorgesehen ist, dass der Kolbenflächenhohlraum über das kopfseitig des Kolbens angeordnete Eingangsventil mit der Hochdruckpumpe direkt verbindbar ist. Bezüglich des untertägigen Einsatzes bildlich gesprochen, liegt das Eingangsventil also im Fußbereich des Stempels bzw. des Zylinders, sodass der Kolben mit der Kolbenstange sicher ausgefahren wird, wenn die Verbindung mit der Hochdruckpumpe hergestellt ist, weil dann der Kolben entsprechend großflächig belastet ist.

Der Spannkolben, der innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordnet ist, wird wiederum optisch und am Beispiel eines Stempels untertage gesehen von oben her mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, d. h. mit dem Drucküberträger. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die den Spannkolben aufnehmende Büchse durch einen zugleich auch die große Kolbenstange verschließenden Stangenkopf abgeschlossen ist, dem das Anschlussventil und Spannkolben kopfseitig verbindende Anschlussbohrungen zugeordnet sind. Dieser Stangenkopf ist teilweise in die Büchse bzw. die entsprechend große Kolbenstange eingeschoben und dort fixiert, wobei er in dieser Position schon allein dadurch gehalten wird, dass er von oben her eingespannt bzw. belastet ist. Das Anschlussventil steigt also mit dem Stangenkopf, bleibt aber immer gut erreichbar, schon weil es seitlich über den Stangenkopf bzw. die Kolbenstange vorsteht. Damit ist sichergestellt, dass mit ein und demselben Drucküberträger von der Druckhöhe her gesehen auch der zusätzliche Druck im Zylinder erzeugt werden kann. Über das Anschlussventil und die Anschlussbohrungen wird der Drucküberträger auf den Spannkolben kopfseitig geführt, sodass dieser entsprechend verschoben wird, weil dies die vorgegebenen Flächen erzwingen. Der Spannkolben weist entsprechende Abmessungen auf, er ist wesentlich größer als die Kolbenstange.

Der Stangenkopf, der die Büchse oben verschließt und damit auch die hohle große Kolbenstange sorgt im Übrigen dafür, dass die Druckverhältnisse innerhalb des Zylinders entsprechend aufgebaut werden können.

Um eine entsprechende Verdichtung im Kolbenflächenhohlraum abzusichern, ist vorgesehen, dass der Spannkolben kopfseitig eine tellerförmige Ausnehmung aufweist. Diese tellerförmige Ausnehmung sorgt dafür, dass die Druckflüssigkeit bzw. der Drucküberträger sich gleich über eine möglichst große Fläche des Kolbens auswirken kann. Auch ist verhindert, dass der Spannkolben praktisch am Stangenkopf kleben bleibt. Insgesamt ist somit ein schnelles, sicheres Ansprechen des entsprechenden Übersetzungssystems sichergestellt.

Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, dass der Spannkolben ein gegenüber der zugeordneten kleinen Kolbenstange deutlich größeren Durchmesser aufweist. Insbesondere hat die Kolbenstange einen Durchmesser von 68 mm und der Spannkolben einen Durchmesser von 110 mm. Der Kolbenflächenhohlraum dagegen hat einen Durchmesser von 70 mm, worauf weiter hinten noch eingegangen wird.

Gemäß der oben genannten Abmessungen verbleibt gezielt ein Ringspalt, wobei die Erfindung vorsieht, dass die kleine Kolbenstange einen einen Ringspalt zwischen ihr und der Bohrungswand des Kolbens belassend ausgeführt ist, der mit der Unterseite des von der kleinen Kolbenstange durchfahrbaren Büchsenbodens verbunden ist. Dadurch wird beim Einschieben der kleinen Kolbenstange in die Bohrung Druckflüssigkeit durch den Ringspalt verdrängt, der dafür sorgt, dass der Büchsenboden entsprechend belastet wird, sodass diese sich, den Stangenkopf mitnehmend in Längsrichtung des Zylinders verschiebt.

Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass der Büchsenboden gestuft ausgebildet ist, wobei die untere kleine Stufe gegenüber der Außenwand der kleinen Kolbenstange und der Innenwand der großen Kolbenstange wirksame Dichtringe aufweist. Während zunächst einmal damit nur eine geringe Fläche für den weiterverdichteten Drucküberträger zur Verfügung steht, wird diese Fläche größer, wenn die Büchse aus dem zweiten Sitz herausgehoben ist, sodass dann die zweite Stufe wirksam wird.

Aus den weiter oben angegebenen Maßen, aber auch aus dem Grundsatzeffekt ist ersichtlich, dass der Spannkolben einen größeren Durchmesser, als die kleine Kolbenstange, wobei damit in der Büchse ein Luftringraum vorgegeben ist, in dem Luft steht. Beim Einschieben des Spannkolbens und der kleinen Kolbenstange muss die darin stehende Luft verdrängbar sein, was dadurch erreicht wird, dass die Büchse im Bereich des Büchsenbodens eine den Luftringraum zwischen Büchseninnenwand und Außenwand der kleinen Kolbenstange mit einer Längsbohrung zur Außenatmosphäre verbindende Querbohrung aufweist. Mit dem Einfahren des Spannkolbens und der kleinen Kolbenstange wird somit die Luft problemlos über die Querbohrung in die Längsbohrung gedrückt und von dieser kann sie in die Außenatmosphäre entweichen. Beim umgekehrten Vorgang wird über die Außenatmosphäre und die Längsbohrung sowie die Querbohrung Luft in den Luftringraum eindringen, sodass der Spannkolben und die kleine Kolbenstange sicher in die Ausgangslage zurückgeschoben werden können.

Um den Zylinder wieder einzufahren wird der große Kolben von unten her mit Drucküberträger bzw. mit der Druckflüssigkeit beaufschlagt. Dies erreicht man insbesondere zweckmäßig dadurch, dass zwischen Innenwand des Zylindergehäuses und Außenwand der großen Kolbenstange ein Ringraum ausgebildet ist, der nach unten durch den Kolben mit Dichtringen und nach oben über einen Verschlussring mit integrierten Dichtringen verschlossen ist, der über ein Einfahrventil mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist. Wird also über das Einfahrventil die Verbindung mit der Hochdruckpumpe hergestellt, dringt der Drucküberträger direkt in den Ringraum, wobei die Dichtringe dafür Sorge tragen, dass der Ringraum nach außen hin abgedichtet ist. Dadurch wirkt sich der Drucküberträger ausschließlich auf die Unterseite des großen Kolbens aus, sodass dieser in die Ausgangslage zurückgeschoben wird.

Um den Verschlussring sicher zu positionieren, ist vorgesehen, dass der Verschlussring über ein Außengewinde verfügt, das mit einem dem Zylindergehäuseende zugeordneten Innengewinde korrespondierend ausgebildet ist. Der Verschlussring kann damit entsprechend eingeschraubt werden und befindet sich in einer sicheren Position, auch wenn der Zylinder aus- oder eingefahren wird.

Trotz der recht hohen Drücke, die sich im Inneren des Zylinders aufbauen, reicht es, wenn die dem Verschlussring zugeordneten Dichtringe gegenüber der großen Kolbenstange und gegenüber dem Ringraum abdichtend angeordnet sind. Zweckmäßigerweise weist der Verschlussring auf der Kolbenstangenseite zwei und einen nach unten, d. h. in Richtung Ringraum gerichteten dritten Dichtring auf.

Die Endung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen sind, mit denen der Betrieb von Zylindern wesentlich vereinfacht ist. Entweder kann mit Pumpen mit geringerer Leistung gearbeitet werden, wobei dann die notwendige Druckerhöhung im Zylinder vorgenommen wird oder man arbeitet mit den gleichen Aggregaten, insbesondere der den höchsten Druck erzeugenden Hochdruckpumpen und kann dann innerhalb des Zylinders eine deutlich darüber hinaus liegenden Druck erzeugen, der entweder mehr Weg oder eben mehr Druck innerhalb des Zylinders bringt. Insgesamt gesehen ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung für die Fachwelt die Möglichkeit gegeben, vorhandene Hydrauliksysteme oder Druckluftsysteme zu vereinfachen, mit preiswerteren und dünnwandigeren Schläuchen auszukommen und ggf. auch mit entsprechenden Zylindern oder aber eben ein so hohes Druckniveau zu fahren, dass damit die weiter vorne geschilderten Vorteile erreicht werden, wobei dann eben auf die bisherigen Schläuche zurückgegriffen wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit Übersetzungssystem,

2 einen im untertägigen Bergbau einzusetzenden Schildausbau mit mehreren Zylindern und

3 einen Bagger, der ebenfalls mit mehreren Zylindern ausgerüstet ist.

1 zeigt einen Zylinder 1 im Längsschnitt, wobei deutlich wird, dass der Grundkörper 2 dieses Zylinders 1 aus dem Zylindergehäuse 3 mit dem Zylinderdeckel 4 und dem Kolben 5 mit Kolbenstange 6 besteht. Der Kolben 5 mit der Kolbenstange 6 ist innerhalb des Zylindergehäuses 3 verschiebbar angeordnet, wobei die Versorgungsleitung 7 über das Eingangsventil 9 Druckflüssigkeit bzw. Drucküberträger in den Kolbenflächenhohlraum 8 einleiten soll. Dieser Drucküberträger, der in den Kolbenflächenhohlraum 8 eindringt sorgt dafür, dass der Kolben 5 mit der Kolbenstange 6 und dem endseitigen Stangenkopf 19 aus dem Zylindergehäuse 3 herausfährt. Das Innere, hier mit Verdichter 10 bezeichnet, steht diesem Herausschieben nicht im Wege bzw. unterstützt dieses.
Der Kolbenflächenhohlraum 8 ist wird im dargestellten Beispiel von der Bohrung 11 im Zylinderdeckel 4, der Bohrung 12 im Kolben 5 und der Bohrung 13 in der Kolbenstange 6 gebildet. Der Kolbenflächenhohlraum 8 hat damit die Form eines Zylinders.
Die große Kolbenstange 6 ist wie schon erwähnt hohl ausgebildet, wobei die Bohrung 13 bis zum oberen Ende durchgezogen ist. In dieser Bohrung 13 ist eine Büchse 15 angeordnet, die einen Spannkolben 16 mit der kleinen Kolbenstange 17 aufnimmt. Der Spannkolben 16 ist in Längsrichtung verschiebbar angeordnet, wobei er über ein am Stangenkopf 19 angebrachtes Anschlussventil 18 und die Anschlussbohrungen 20, 21 mit der Versorgungsleitung 7' und der hier nicht dargestellten Hochdruckpumpe verbunden werden kann. Der Drucküberträger wird somit von der Versorgungsleitung 7 in das Anschlussventil 18 geleitet und von dort aus über die beiden Anschlussbohrungen 20, 21 auf den Spannkolben 16, der in diesem Bereich eine tellerförmige Ausnehmung 22 aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass das einströmende Druckmedium, d. h. also der Drucküberträger auch vollflächig auf den Spannkolben 16 einwirken kann. Randseitig des Spannkolbens 16 sind Dichtungen 23, 24 angeordnet, die für die nötige Abdichtung Sorge tragen und sicherstellen, dass auch bis an die Büchse 15 heran sich der Drucküberträger auf den Spannkolben 16 auswirken kann. Der entsprechend große Durchmesser des Spannkolbens 16 sorgt dann dafür, dass bei entsprechender Auflast mit dem üblichen Drucküberträger, also dem Drucküberträger üblichen Druckniveaus der Spannkolben 16 und die kleine Kolbenstange 17 in Richtung des Kolbenflächenhohlraums 8 vorgeschoben werden. Dabei verdrängt die kleine Kolbenstange 17 im Kolbenflächenhohlraum 8 anstehenden Drucküberträger bzw. verdichtet diesen zunächst. Erst wenn ein zusätzlich erhöhter Druck in dem Kolbenflächenhohlraum 8 ansteht wird über den Ringspalt 26 zwischen Bohrungswand 27 des Kolbens 5 und Außenwand 28 der kleinen Kolbenstange 17 Druckflüssigkeit bzw. Drucküberträger auch auf die Unterseite 29 des Büchsenbodens 30 einwirken. Diese Einwirkung bzw. Beeinflussung erhöht sich noch, wenn die Büchse 15 aufgrund der Druckverhältnisse sich mit dem Stangenkopf 19 bewegt hat, weil der Büchsenboden 30 zwei Stufen 31, 32 aufweist. Im Büchsenboden 30 sind Dichtringe 34, 35 so angeordnet, dass sie einmal gegen die Innenwand 33 der großen Kolbenstange 6 abdichten und zum anderen gegen die Außenwand 28 der kleinen Kolbenstange 17.
Erkennbar ist in 1, dass aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen des Spannkolbens 16 und der kleinen Kolbenstange 17 zwischen Letzterer und der Büchseninnenwand 38 ein Luftringraum 37 verbleibt, der über eine Querbohrung 40 mit einer Längsbohrung 39 verbunden ist, die in Richtung Atmosphäre führt, weil sie endseitig der Büchse 15 austritt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass die Luft aus dem Luftringraum 37 beim Einfahren des Spannkolbens 16 durch die Querbohrung 40 und die Längsbohrung 39 entweicht. Umgekehrt kann sie beim Zurückschieben des Spannkolbens 16 mit der kleinen Kolbenstange 17 wieder auf dem umgekehrten Weg, d. h. durch die Längsbohrung 39 und die Querbohrung 40 in den Luftringraum 37 eindringen.
Zum wieder Einfahren des Kolbens 5 mit der großen Kolbenstange 6 ist ein Ringraum 45 zwischen der Innenwand 43 des Zylindergehäuses 3 und der Außenwand 44 der großen Kolbenstange 6 vorgesehen. Dieser Ringraum 45 reicht bis unter den Kolben 5. Über eine Querbohrung 42 ist der Ringraum 45 mit dem Einfahrventil 52 verbunden, sodass über die Versorgungsleitung 7'' bei Bedarf Drucküberträger in diesen Ringraum 45 hinein gebracht werden kann. Diese sorgt nun dafür, dass aufgrund der Entlastung im Bereich des Eingangsventils 9 der Kolben 5 mit der großen Kolbenstange 6 in die in 1 gezeigte Ausgangslage zurückgedrückt wird. Um hierbei das Einwirken des Drucküberträgers sicherzustellen, sind Dichtringe 46, 47 im Kolben 5 vorgesehen, die einmal gegen den Ringraum 45 und einmal gegen das Eingangsventil 9 abdichten sollen.
Der Ringraum 45 ist am Zylindergehäuseende 55 über einen Verschlussring 48 verbunden, der mit mehreren Dichtringen 49, 50, 51 ausgerüstet ist, um gegen alle Seiten abzudichten. Er verfügt über ein Außengewinde 54, das mit dem Innengewinde 56 des Zylindergehäuseendes 55 korrespondierend ausgebildet ist, sodass ein Einschrauben möglich ist.
2 zeigt einen Strebausbau 60, der mit mehreren weiter hinten noch zu erwähnenden Zylindern ausgerüstet ist. Gerade im untertägigen Berg- und Tunnelbau wird mit Hilfe der Wasser in Öl Hydraulik ein Sicherheitsstandard gefahren, der sowohl bezüglich der verwendeten Flüssigkeit wie auch der zu erzielenden Setzkräfte hervorragend ist. Über das Fördermittel 61 wird das hereingewonnene Fördergut abgefördert, wobei sich dieses Fördermittel 61 in Richtung Hintergrund und umgekehrt erstreckt und über einen Schubzylinder 62 mit der Grundplatte 63 des Strebausbaus 60 verbunden ist. Über den Schubzylinder 62 wird das Fördermittel 61 immer so beeinflusst, dass es dicht am hier nicht gezeigten Kohlenstoß liegt. Von der Grundplatte 63 aus ist das Bruchschild 64 mit mehreren Lemniskatenlenkern 65 verbunden, um so immer eine optimale Lage zum Liegenden hin einnehmen zu können. Der oder die Stempel 66, hier ein mehrteiliger Stempel werden über eine durch das Streb verlaufende Versorgungsleitung mit Hydraulikflüssigkeit von etwa 360 – 400 bar versorgt. Über das Anschlussventil 67 sind diese Stempel 66 wie weiter vorn erläutert direkt und indirekt mit der Hochdruckpumpe verbunden. Dazu benötigt wird aber lediglich eine Versorgungsleitung, die insbesondere dann vereinfacht ausgebildet sein kann, wenn der Zylinder, d. h. der Stempel 66 und auch die anderen Zylinder wie in 1 gezeigt ausgebildet sind. An das Bruchschild 64 schließt sich die Hangendkappe 68, die vom Stempel 66 abgestützt ist. Das vordere Teil dieser Hangendkappe 68 bildet das Schiebeteil 69, das ebenfalls über einen hier nicht dargestellten Zylinder ein- und ausgeschoben werden kann, um die Spitze 72 der Hangendkappe 68 möglichst bis an den Kohlenstoß heranzubringen. Ein solcher Strebausbau spannt sich zwischen Hangendes 70 und Liegendes 71 und sorgt dafür, dass der Hohlraum so lange offen bleibt, wie er für die Gewinnung benötigt wird.
3 zeigt vereinfacht einen Hydraulikbagger 73 mit seinem Fahrteil 74 und dem Schwenkarm 75. Dabei sind dem Schwenkarm 75 aber auch der Schaufel 77 und anderen Bauteilen Zylinder zugeordnet, über die einzelne Funktionen durchgeführt oder erleichtert werden können. Mit dem Stellzylinder 76 wird das untere Teil des Schwenkarms 75 hochgeschwenkt oder auch sonst in eine andere Lage gebracht, während die Schaufel 77 in ihren Bewegungen über den Schaufelzylinder 78 gesteuert wird. Sowohl bei derartigen Hydraulikbaggern 73 wie auch bei dem Strebausbau 60 ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung besonders interessant, weil dort eine Vielzahl von Zylindern zum Einsatz kommen, die auch noch unterschiedliche Aufgaben haben. Daher ist es nicht zwangsweise notwendig, alle Zylinder mit einem innenseitigen Verdichter auszurüsten.
Alle genannten Merkmale, auf die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zur Druckerhöhung in Zylindern für die Ölhydraulik, Wasserhydraulik, Emulsionshydraulik sowie Plasma- und sonstige Flüssigkeitshydraulik und Pneumatik, bei dem zwei- oder mehrteilige Zylinder über Ventile und den eingeleiteten Drucküberträger, der eine Hochdruckpumpe passiert hat, kontrolliert auseinander- oder ineinandergefahren werden, wobei im Kolbenflächenhohlraum unter dem jeweiligen Kolben ein auch nach dem Auseinanderfahren vorgegebener Druck erzeugt und aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylinder zunächst ein Drucküberträger (Öl, Wasser, Emulsion, Plasma, Druckluft) vorgegebener Druckhöhe zugeführt und der Zylinder damit auseinandergefahren wird und dass dann der Druck im Kolbenflächenhohlraum unter dem Kolben beliebig erhöht wird, indem der Drucküberträger gleichen Druckniveaus zur weiteren Verdichtung des Drucküberträgers im Kolbenflächenhohlraum eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucküberträger von einer 200 bar Pumpe dem Zylinder zugeführt und der Druck im Kolbenflächenhohlraum auf 300 – 400 bar oder mehr gesteigert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Kolbenflächenhohlraumes durch Zuleiten des Drucküberträgers verringert und dadurch eine höhere Verdichtung des Drucküberträgers erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Drucküberträger gleichen Druckniveaus ein Kolben geringerer Abmessungen in den Kolbenflächenhohlraum, den dortigen Drucküberträger verdichtend eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucküberträger gleichen Druckniveaus abhängig von anderen Schaltvorgängen oder gesondert zugeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltung des Drucküberträgers gleichen Druckniveaus in Reihen- oder Parallelschaltung vorgenommen wird.
Zylinder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder einem der nachfolgenden Verfahrensansprüche, bestehend aus einem über eine Versorgungsleitung (7) mit einer Hochdruckpumpe verbundenen Grundkörper (2) mit Zylindergehäuse (3) und darin verschieblich angeordneten Kolben/Kolbenstange (5, 6) und dem unterhalb des Kolbens (5) ausgebildeten Kolbenflächenhohlraum (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenflächenhohlraum (8) und zwar der darin befindliche Drucküberträger direkt über ein Eingangsventil (9) und zusätzlich indirekt über einen Verdichter (10) mit der gleichen Hochdruckpumpe beeinflussbar ausgebildet ist.
Zylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenflächenhohlraum (8) als im Zylinderdeckel (4) und Kolben (5) sowie Kolbenstange (6) ausgeführte Bohrung (11, 12, 13) ausgebildet ist, wobei die Bohrung (13) in der Kolbenstange (6) eine Büchse (15) aufnehmend erweitert ist, in der ein als Verdichter (10) dienender Spannkolben (16) mit einer im Durchmesser mit der Bohrung (11, 12, 13) korrespondierenden, kleinen Kolbenstange (17) verschieblich angeordnet und kopfseitig über ein Anschlussventil (18) mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist.
Zylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenflächenhohlraum (8) über das kopfseitig des Kolbens (5) angeordnete Eingangsventil (9) mit der Hochdruckpumpe direkt verbindbar ist.
Zylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Spannkolben (16) aufnehmende Büchse (15) durch einen zugleich auch die große Kolbenstange (6) verschließenden Stangenkopf (19) abgeschlossen ist, dem das Anschlussventil (18) und Spannkolben (16) kopfseitig verbindende Anschlussbohrungen (20, 21) zugeordnet sind.
Zylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkolben (16) kopfseitig eine tellerförmige Ausnehmung (22) aufweist.
Zylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkolben (16) einen gegenüber der zugeordneten kleinen Kolbenstange (17) deutlich größeren Durchmesser aufweist.
Zylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleine Kolbenstange (17) einen einen Ringspalt (26) zwischen ihr und der Bohrungswand (27) des Kolbens (5) belassend ausgeführt ist, der mit der Unterseite (29) des von der kleinen Kolbenstange (17) durchfahrbaren Büchsenbodens (30) verbunden ist.
Zylinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Büchsenboden (30) gestuft ausgebildet ist, wobei die untere kleine Stufe (31) gegenüber der Außenwand (28) der kleinen Kolbenstange (17) und der Innenwand (33) der großen Kolbenstange (6) wirksame Dichtringe (34, 35) aufweist.
Zylinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (15) im Bereich des Büchsenbodens (30) eine den Luftringraum (37) zwischen Büchseninnenwand (38) und Außenwand (28) der kleinen Kolbenstange (17) mit einer Längsbohrung (39) zur Außenatmosphäre verbindende Querbohrung (40) aufweist.
Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innenwand (43) des Zylindergehäuses (3) und Außenwand (44) der großen Kolbenstange (6) ein Ringraum (45) ausgebildet ist, der nach unten durch den Kolben (5) mit Dichtringen (46, 47) und nach oben über einen Verschlussring (48) mit integrierten Dichtringen (49, 50, 51) verschlossen ist, der über ein Einfahrventil (52) mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist.
Zylinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (48) über ein Außengewinde (54) verfügt, das mit einem dem Zylindergehäuseende (55) zugeordneten Innengewinde (56) korrespondierend ausgebildet ist.
Zylinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verschlussring (48) zugeordneten Dichtringe (49, 50, 51) gegenüber der großen Kolbenstange (6) und gegenüber dem Ringraum (45) abdichtend angeordnet sind.