DE1502143B1

DE1502143B1 - Hochdruckzylinder fuer hydraulische Pressen od.dgl.

Info

Publication number: DE1502143B1
Application number: DE19651502143
Authority: DE
Inventors: Komorn Mark B; Jacob Brayman; Alexander Zeitlin
Original assignee: Barogenics Inc
Current assignee: Barogenics Inc
Priority date: 1964-03-31
Filing date: 1965-03-31
Publication date: 1971-02-18
Also published as: US3278993A; DE1752170A1; GB1099913A; GB1099911A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Hochdruckzylinder kannt, der aus einem relativ dünnwandigen, druckfür hydraulische Pressen od. dgl., mit einem dünn- mitteldichten Innenzylinder und einer dickwandigen, wandigen, druckmitteldichten Innenzylinder und äußeren Stützzylinderanordnung aus einer Anzahl einem hierzu konzentrischen, aus Ringsektoren be- von sektorförmigen Blöcken, die durch einen äußestehenden Stützzylinder, bei dem die Innenkammer 5 ren Massivzylinder oder Verbundzylinder zusammenan ihren beiden Stirnseiten druckmitteldicht abge- gehalten werden, besteht. Bei dieser Anordnung sind schlossen ist. also die Funktionen der Druckmittelabdichtung und

Derartige Hochdruckzylinder, wie sie z. B. für der Aufnahme der vom Druckmittel erzeugten Kräfte hydraulische Pressen mit Drucklasten in der Größen- voneinander getrennt, so daß die durch den soordnung von 10 000 Tonnen pro Preßzylinder bei io genannten Lame-Effekt bedingten Spannungen im mehrzylindriger Ausführung und 30000 Tonnen Zylindermantel wesentlich geringer sind, als sie es oder mehr pro Preßzylinder bei einzylindriger Aus- wären, wenn bereits der abdichtende Innenzylinder führung verwendet werden, bestehen gemäß dem für die Funktion der Druckaufnahme konstruiert Stand der Technik aus entweder einem einschichtigen wäre. Gleichwohl ist der äußere Zylindermantel Schmiedestück oder einem Verbundzylinder, wobei 15 immer noch den Lame-Kräften ausgesetzt, so daß die Zylindergröße durch die Möglichkeit der Her- er entsprechend sehr massiv ausgebildet werden stellung solcher Schmiedestücke oder Verbund- muß. Es ist also ein beträchtlicher Materialaufwand, stücke begrenzt ist. Die maximalen Drucklasten, die verbunden mit entsprechend hohen Herstellungsdurch einen solchen einstückigen Druckzylinder er- kosten und einem entsprechend hohen Gewicht der zeugt werden können, liegen in der Größenordnung ao Anlage, erforderlich.

von 6000 Tonnen. Beispielsweise kann ein solcher Dieser Nachteil wird gemäß der durch die Erfin-

Zylinder mit einem Innendurchmesser von 137 cm dung vorgeschlagenen Lösung der genannten Auf- und einem Flüssigkeitsdruck von 315 ata Drucklasten gäbe dadurch vermieden, daß bei einem Hochdruckvon höchstens etwa 6500 Tonnen und ein Zylinder behälter der eingangs genannten Art die Ringsektoren mit 122 cm Innendurchmesser und 490 ata Flüssig- 25 des Stützzylinders in mehreren, axial übereinanderkeitsdruck höchstens etwa 6350 Tonnen Drucklast liegenden Ringschichten angeordnet sind und daß entwickeln, wobei die genannten Flüssigkeitsdrücke die Ringsektoren in jeweils benachbarten Ringschichdie mit den entsprechenden Zylindern erreichbaren ten sich gegenseitig überlappen und an den Über-Spitzenwerte darstellen. Daraus folgt, daß man eine lappungsstellen von axialen Scherbolzen durchsetzt erhebliche Anzahl solcher Druckzylinder benötigt, 30 sind.

um die erforderlichen Drucklasten der Presse Indem also der äußere Stützzylinder, der wie die

hydraulisch zu erzeugen. Beispielsweise arbeiten die kombinierte Anordnung der sektorförmigen Blöcke beiden derzeit in den USA betriebenen 50 000- und des äußeren Massivzylinders bei der genannten Tonnen-Pressen mit neun bzw. acht solchen Druck- USA.-Patentschrift die druckaufnehmende Funktion zylindern, während für die beiden ebenfalls in den 35 erfüllt, d. h. den verhältnismäßig dünnwandigen, USA betriebenen 35 000-Tonnen-Pressen acht solche lediglich der Druckmittelabdichtung dienenden Zylinder verwendet werden. Innenzylinder in seiner vom Innendruck erzeugten

Ein wesentlicher Nachteil, der mit der Verwen- radialen Aufweitung abfängt, aus lediglich den in dung einer Mehrzahl von Druckzylindern für ein bestimmter Weise angeordneten, durch speziell aushydraulisches System mit den für Hochdruckpressen 40 gebildete zugfeste Kupplungen verbundenen Ringoder dergleichen Apparaturen erforderlichen Nutz- Sektoren besteht, so daß folglich Ringspannungen lasten verbunden ist, besteht darin, daß man ein ohne den Lame-Effekt übertragen werden, wird erFundament mit erheblich größeren Abmessungen be- reicht, daß das Erfordernis des schweren äußeren nötigt als für eine für die gleiche Nutzlast bemessene Zylindermantels entfällt, die Anordnung sehr viel Einzylinderanlage. Beispielsweise betragen die Fun- 45 leichter wird und gleichwohl ohne weiteres hydraudamentabmessungen für die neun Zylinder der er- lische Arbeitsdrücke in der gleichen Größenordnung wähnten 50 000-Tonnen-Presse 4,5 X 9,9 m. Der- wie der Hochdruckbehälter gemäß der genannten artig große Abmessungen sind deshalb nachteilig, USA.-Patentschrift aufnehmen kann,
weil dann die lastaufnehmenden Pressenrahmen eine Es ist zwar durch die USA.-Patentschrift 2 995 776

beträchtlich größere Einspannweite haben und ent- 50 an sich bekannt, eine Druckzylinderanordnung für sprechend massiver ausgebildet werden müssen, um eine Hochdruckpresse mit zwei gegenläufigen KoI-die sich aus einer solchen großen Einspannweite beneinheiten aus drei axial übereinanderliegenden ergebende geringere mechanische Festigkeit zu korn- Ringschichten, die durch Zuganker verspannt sind, pensieren. Die Presse wird daher außerordentlich aufzubauen. Hier dienen jedoch die drei Ringschichschwer. So hat z. B. die erwähnte 50 000-Tonnen- 55 ten dazu, Zylinderkammern unterschiedlichen Durch-Presse ein Gewicht von 16 000 Tonnen. Es ist daher messers für die Führung von sogenannten Stufenwünschenswert, daß das hydraulische System einer kolben zu bilden. Die der vorliegenden Erfindung einzylindrigen Hochdruckpresse durch einen ein- zugrunde liegende Aufgabe kann mit dieser bekannzigen Zylinder oder zwei gegenläufige Einzelzylinder ten Anordnung nicht gelöst werden,
statt durch eine oder mehrere Zylinderreihen gebildet 60 In Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochwird, druckbehälter an seinen beiden Stirnenden durch ge-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, trennte Verschlüsse abgedichtet, die jeweils so aneinen Hochdruckbehälter zu schaffen, der, ohne geordnet sind, daß der zylindrische Behälterteil und übermäßig gewichtig zu sein, hydraulische Drücke die Verschlüsse unabhängig voneinander vom Innenin der Größenordnung von 28 000 ata oder mehr 65 druck belastet werden, d. h. weder die Verschlüsse aufnehmen bzw. entwickeln kann. ihre axiale Innendruckbelastung auf den Zylinderteil

Durch die USA.-Patentschrift 2554 499 ist ein übertragen noch letzterer seine radiale Innendruck-Hochdruckzylinder für eine Hochdruckpresse be- belastung auf die Verschlüsse überträgt. Dies steht

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im Gegensatz zu den bekannten Druckbehältern, bei Der in F i g. 1 im einzelnen gezeigte Zylinder 55

denen eines oder beide Zylinderenden durch ein- hat ein offenes oberes Ende, in dem eine passive Verstückig mit dem Zylinder ausgebildete Stirnwandun- schlußplatte oder -scheibe 70 sitzt, die direkt über gen abgeschlossen sind, so daß diese Stirnwandung der ausweitbaren Kammer 75 für die in den Zylinder bzw. Stirnwandungen den Zylinder axial belastet 5 55 eingeführte Druckflüssigkeit angeordnet ist. Die bzw. belasten und vom Zylinder radial belastet wird Scheibe 70 hat eine ebene obere Lagerfläche 71, die bzw. werden. Eine solche wechselseitige Belastung gleichverlaufend mit den ebenen Bodenflächen 72 der des Zylinders durch die Wandung und der Wandung Trägerplatten der Träger 52 und 53 ist. Sämtliche durch den Zylinder ist insofern nachteilig, als da- Flächen 72 liegen in der gleichen, zur Zylinderachse durch unerwünschte Spannungskonzentrationen an io senkrechten Ebene. Die Lagerflächen 71 und 72 sind oder in der Nähe der Verbindungsnaht zwischen vorzugsweise mit einem Belag aus »Teflon« (PoIy-Zylinderwandung und Stirnwandung bzw. Verschluß tetrafluoräthylen) oder einem anderen als Starrentstehen, schmiere geeigneten Kunstharz beschichtet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Die Verschlußscheibe 70 wird vom Zylinder 55

Funktionen der Aufnahme des Druckzylinderinnen- 15 mittels gleichwinklig beabstandeter Radialbolzen 73, druckes und der dadurch erzeugten Radialkräfte die horizontal durch den Zylinder in an der Seite einerseits und der Führung des hydraulischen KoI- der Scheibe angebrachte Löcher 74 eingeführt sind, bens oder Stempels andererseits voneinander ge- gehaltert. Die Löcher 74 haben einen größeren trennt, indem für den druckaufnehmenden Zylinder- Durchmesser als die darinsitzenden Bolzen, so daß teil eine Ausführung mit dünnwandigem Innenzylin- 20 zwischen der Scheibe 70 und dem Zylinder 55 ein der und äußerem Stützzylinder, dagegen als Kolben- axiales Spiel besteht. Die axiale Druckbelastung der führung ein Massivteil verwendet wird, das vom Scheibe 70 durch die Druckflüssigkeit in der Kamdruckaufnehmenden Zylinderteil durch einen keine mer75 wird daher nicht auf den Zylinder 55 über-Scherungskräfte übertragenden Trennspalt getrennt tragen. Ferner ermöglichen es die Bolzen 73, daß der ist. Dadurch wird erreicht, daß der druckaufneh- 25 Zylinder 55 sich ohne Fesselung durch die Scheibe mende Zylinderteil keinen eine Verlagerung oder radial ausweiten und zusammenziehen kann, so daß Fehlausrichtung des Kolbens bewirkenden Kräften die radiale Belastung des Zylinders durch den und der Kolbenführungsteil keinen durch den Zylin- Flüssigkeitsdruck nicht auf die Scheibe übertragen derinnendruck ausgeübten Kräften unterworfen sind. wird. Da somit die Verschlußscheibe und der Zylin-

Bevorzugte Merkmale und Weiterbildungen der 30 der unabhängig voneinander vom Flüssigkeitsdruck Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen ge- belastet werden, werden keine Druckbeanspruchunkennzeichnet. gen zwischen diesen Teilen übertragen. Auf diese

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Weise wird bei dem Druckzylinder nach F i g. 1 die-Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt jenige Spannungskonzentration vermieden, die an

F i g. 1 einen Seitenschnitt eines Teils einer ein- 35 der Verbindungsnaht zwischen einem hydraulischen zylindrigen Hochdruckpresse mit erfindungsgemäßem Zylinder und seinem Stirnverschluß dann auftritt, Hochdruckzylinder, wobei die obere innere Quer- wenn der Verschluß eine mit dem Zylinder eintraverse und die untere äußere Quertraverse so ver- stückig ausgebildete Stirnwandung ist.
dreht sind, daß ihre Längsachsen senkrecht zur Der Spielraum zwischen der Verschlußscheibe 70

Zeichenebene stehen, 4° und dem Zylinder 55 wird durch eine Dichtungs-

F i g. 2 einen Seitenschnitt eines Details der Presse, anordnung 80 weitgehend flüssigkeitsdicht gemacht.

F i g. 3 eine Vorderansicht einer Ausführungsform Wie in F i g. 2 gezeigt, besteht die Dichtungsanorddes hydraulischen Zylinders der Presse, nung 80 aus einem elastisch ausweitbaren Metallring

F i g. 4 einen von oben gesehenen Schnitt des Zy- 81, der in einer Ringnut 82 mit einem Querschnitt in linders entlang den Linien 6-6 in Fig. 3, 45 Form eines auf dem Kopf stehenden L, die um die

F i g. 5 einen aufgebrochenen Radialschnitt einer Scheibe 70 an deren Vorderseite verläuft, sitzt. Der Seite einer anderen Ausführungsform des Zylinders Ring 81 trägt an seinem Außendurchmesser einen nach F i g. 3, O-Dichtungsring 83, der an der Innenwand 84 des

F i g. 6 eine aufgebrochene Draufsicht einer ande- Zylinders 55 anliegt. Auf seiner Oberseite trägt der ren Ausführungsform des Zylinders nach Fig. 3 5° Ring 81 einen zweiten O-Dichtungsring 85, der oder des Zylinders nach F i g. 5, radial innerhalb und oberhalb des Dichtungsrings 83

F i g. 7 eine aufgebrochene Draufsicht einer ande- so angeordnet ist, daß er an der ebenen Horizontalren Ausführungsform des Zylinders nach F i g. 3 fläche 86 der Ringnut 82 anliegt,
oder 5, Im Betrieb wird etwas Druckflüssigkeit aus dem

F i g. 8 einen aufgebrochenen Radialschnitt einer 55 Raum unter dem Ring 81 in den vertikalen Zwiweiteren Ausführungsform des Zylinders und schenraum 87 zwischen der Scheibe 70 und dem

F i g. 9 einen aufgebrochenen Radialschnitt einer Trägerring 81 gepreßt, so daß auf den Ring 81 ein weiteren Ausführungsform des Zylinders mit einigen radialer Auswärtsdruck ausgeübt wird. Durch diesen oder sämtlichen Merkmalen (soweit miteinander ver- Druck wird der Ring 81 radial mehr ausgeweitet, als einbar) der F i g. 3, 5, 6, 7 und 8, wobei lediglich 60 die Innenwand 84 des Zylinders 55 durch den auf eine Seite der Anordnung gezeigt ist. den Zylinder ausgeübten Flüssigkeitsdruck radial ausin den verschiedenen Figuren sind einander ent- geweitet wird. Der Trägerring 81 schmiegt sich daher sprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugsnum- stets an die Innenwand 84 des Zylinders 55 an. Es mern bezeichnet, die jedoch durch unterschiedliche kann daher der durch den Flüssigkeitsdruck ge-. Suffizes voneinander unterschieden sind. Außer 65 quetschte Dichtungsring 83 niemals in einen Zwiwenn es sich aus dem Text anders ergibt, gilt die schenraum zwischen Innenwand 84 und Zwischen-Beschreibung eines bestimmten Teils immer auch raum 87 ausgepreßt werden, da ein solcher Zwizugleich für sämtliche diesem entsprechenden Teile. schenraum niemals besteht. Zugleich übt der unter-

halb des Ringes 81 herrschende Flüssigkeitsdruck auf diesen Ring einen axialen Aufwärtsdruck aus, der nicht durch irgendwelchen Flüssigkeitsdruck an der Grenzfläche außerhalb des Dichtungsringes 85 zwischen dem Ring 81 und der Fläche 86 kompensiert wird. Es wird daher auf den Trägerring 81 eine Nettoaufwärtskraft ausgeübt, die diesen Ring gegen die entsprechende Fläche 86 der Ringnut 82 drückt. Der Dichtungsring 85 kann daher niemals in irgendwelchen Zwischenraum zwischen Metallring 81 und Horizontalfläche 86 ausgepreßt werden, da ein solcher Zwischenraum nicht besteht. Auf Grund dieser Ausbildung wirken die Ringe 83 und 85 unter Druck selbstdichtend, ohne daß sie irgendwie ausgepreßt werden können. Die beiden Ringe gemeinsam verhindern, daß Druckflüssigkeit in den Raum zwischen Horizontalfläche 86 und Metallring 81 oder in den Raum zwischen Verschlußscheibe 70 und Metallring 81 gelangt.

Im druckfreien Zustand besteht zwischen dem Ring 81 und der Scheibe 70 ein erheblicher Zwischenraum 87, der, wenn der Trägerring 81 sich unter Druck ausweitet, aufgeweitet wird. Wenn daher zwischen der Verschlußscheibe und der Zylinderinnenwand 84 irgendwelche statische (im drucklosen Zustand vorhandene) oder dynamische (im Betrieb unter Druck hervorgerufene) Exzentrizität besteht, so kann die Dichtungsanordnung eine Lage einnehmen, die exzentrisch zur Scheibe, jedoch konzentrisch zur Zylinderwand ist, so daß eine durchlaufende abdichtende Druckberührung bei gleichmäßigem Druck um die gesamte Zylinderinnenwand 84 zwischen dieser und dem Dichtungsring 83 besteht. Die beschriebene Dichtungsanordnung ergibt daher, unabhängig von irgendwelchen Exzentrizitäten zwischen der Scheibe 70 und der Zylinderinnenwand 84, eine einwandfreie radiale Abdichtung. Etwaige Exzentrizitäten zwischen der Dichtungsanordnung und der Verschlußscheibe beeinträchtigen die Abdichtwirkung des axialen Dichtungsringes 85 nicht, da die Scheibenfläche 86, gegen die der Trägerring 81 der Dichtung gedrückt wird, eine zur Scheibenachse senkrecht liegende ebene Fläche ist.

Der Kolben 56 im Druckzylinder nach F i g. 1 besteht aus drei radial beabstandeten Kolbenplatten 91, 92. 93, die durch einen vertikalen Mittelschaft 94 sowie mehrere gleichwinklig um den Mittelschaft beabstandete vertikale Außenschäfte 95 untereinander verbunden sind. Der Spielraum zwischen dem Kolben 56 und dem Druckteil des Zylinders 55 ist gegen den Eintritt von Druckflüssigkeit durch eine selbstdichtende Flüssigkeitsanordnung 96, die ähnlich ausgebildet ist und arbeitet wie die bereits beschriebene Dichtungsanordnung 80, abgedichtet. Die Druckflüssigkeit wird in die Kammer 75 über eine Leitung 97 eingeleitet, die durch den Mittelschaft 94 nach unten führt und mittels einer teleskopartigen, flüssigkeitsdichten Verbindung an ein Speiserohr 98 angeschlossen ist, das über einen Einlaß 99 und einen Schlauch (nicht gezeigt) mit Pumpen oder einer anderen Quelle einer hydraulischen Flüssigkeit mit einem Druck von beispielsweise 560 ata verbunden ist.

Bei einer üblichen hydraulischen Kolbeneinheit ist der hydraulische Zylinder ein axial durchlaufender »langer« Teil, der nach vorn bis über den Flüssigkeitsdruck führenden Teil hinausreicht, so daß ein Vorderteil gebildet wird, dessen einzige Funktion darin besteht, den Kolben zu führen. Die zylindrische Wandung des üblichen hydraulischen Zylinders ist daher sowohl den durch den Flüssigkeitsdruck bewirkten Beanspruchungen als auch denjenigen Beanspruchungen unterworfen, die durch Kräfte, die den Kolben aus seiner Ausrichtung wegzudrücken bestrebt sind, verursacht werden.

Der hydraulische Zylinder nach Fig. 1 weicht hiervon insofern ab, als der den Druck aufnehmende

ίο Teil in Axialrichtung diskontinuierlich mit dem den Kolben führenden Teil ist. Und zwar ist der Zylinder nach F i g. 1 durch eine Diskontinuität 102 in einen oberen Druckzylinder 100 und eine untere Zylinderführung 101 unterteilt. Die Diskontinuität 102 verläuft eben und senkrecht zur Zylinderachse, so daß sie keine zu dieser Achse senkrecht gerichteten Scherungskräfte überträgt. Gewünschtenfalls können die Lagerflächen an der Diskontinuität 102 durch einen darauf angebrachten Belag aus »Teflon« (PoIytetrafluorethylen) geschmiert sein.

Im Betrieb wird der Druckzylinder 100 durch den Flüssigkeitsdruck unter Aufweitung seines Spiels mit dem Kolben ausgedehnt. Während der Druckzylinder 100 durch Aufsitzen auf der Führung 101 im wesentliehen achsparallel mit dem Kolben gehalten wird, gestattet ferner die Diskontinuität 102, daß der Druckzylinder sich bei etwaiger Seitwärtsverschiebung oder Verkantung des Kolbens (relativ zur Führungsachse), die letzteren in Berührung mit der Zylinderinnenwand bringt, horizontal (in sämtlichen Richtungen) in bezug auf die Führung 101 verschieben kann. Der Druckzylinder 100 übt daher auf den Kolben praktisch keine führende Wirkung aus, sondern ist auf Grund des genannten Merkmals von den den Kolben fehlrichtenden Kräften im wesentlichen entkoppelt.

Die Führung 101 wird andererseits nicht durch den Flüssigkeitsdruck radial ausgeweitet und wahrt daher ein weitgehend festes Spiel mit den Kolbenplatten 92 und 93, so daß für eine genaue Führung des gesamten Kolbens 56 durch diese Platten gesorgt ist. Während die Führung 101 als Massivzylinder gezeigt ist, kann sie natürlich auch z. B. als Käfiganordnung aus vertikalen Führungsstangen und diese untereinander verbindenden Umfangsringen ausgebildet sein.

Die untere Kolbenplatte 93 hat eine ebene untere Lagerfläche 104. die auf durch die Trägerplatten der unteren inneren Quertraverse 32' gebildeten ebenen Lagerflächen 105 aufliegt. Die Lagerflächen 104,105 liegen in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse und sind mit einer Starrschmiereschicht aus »Teflon« (Polytetrafluorethylen) überzogen. Der Kolben 56 ist, außer daß er an der Quertraverse 32' anliegt, lastmäßig nicht mit der Quertraverse gekuppelt. Der Zylinder nach Fig. 1 kann sich daher in beiden Horizontalrichtungen frei in bezug auf die Quertraverse 32' verstellen, indem die Kolbenlagerfläche 104 und die Lagerflächen 105 der Quertraverse aufeinandergleiten.

Die Zylinderanordnung nach F i g. 1 wird durch mehrere gleichwinklig beabstandete, biegsame Schraubbolzen 106 gehaltert, die durch einen Bodenflansch der Führung 101 und anschließend durch Löcher in den Platten der Träger 52 und 53 nach oben geführt und mittels Muttern 107, die diese Löcher überdecken, festgeschraubt sind. Die Bolzen 106 haben einen so kleinen Durchmesser, daß sie in

den Trägerlöchern ein Spiel in beiden Horizontalrichtungen haben. Außerdem sind die Muttern 107 ebenso wie die Lagerflächen 108 des Trägers, auf denen sie aufsitzen, mit einer Starrschmiereschicht aus »Teflon« (Polytetrafluoräthylen) überzogen. Die Schraubbolzen 106 können sich daher in sämtlichen Horizontalrichtungen frei gegenüber den lastaufnehmenden Trägern 52 und 53 verstellen.

Es soll jetzt die Gesamtlagerung und lastmäßige bzw. kraftschlüssige Kopplung der Stempeleinheit nach F i g. 1 betrachtet werden. Am oberen Ende der Einheit überträgt die Diskontinuität zwischen den Lagerflächen 71 und 72 den axialen Flüssigkeitsdruck von der Verschlußscheibe 70 auf den Träger 52, wobei jedoch keine nennenswerten horizontalen Scherungskräfte zwischen diesem Träger und der Stempeleinheit übertragen werden. Ebenso überträgt die Diskontinuität zwischen der Kolbenunterfläche 104 und der Oberfläche der Quertraverse 32' den axialen Flüssigkeitsdruck vom Kolben auf die Quertraverse 32', wobei wiederum keine nennenswerte horizontale Scherungskraft zwischen dem Kolben ) und dieser unteren Quertraverse übertragen wird. Ferner sorgt auch die Diskontinuität zwischen den Unterseiten der Muttern 107 und den Trägerflächen 108 dafür, daß zwischen diesen Teilen im wesentlichen keine Scherungskräfte übertragen werden. Außerdem können auch zwischen dem Druckzylinder 100 und dem Träger 52 keine nennenswerten horizontalen Scherkräfte übertragen werden, da der Druckzylinder 100 axial nicht durch Flüssigkeitsdruck, sondern lediglich durch die verhältnismäßig geringe Einspannkraft, die durch Schraubbolzen 106 ausgeübt wird, belastet ist. Die Stempeleinheit als Ganzes ist daher keinen nennenswerten Scherkräften und daraus sich ergebenden Scherspannungen, sei es auf Grund der oberen lastmäßigen Kopplung mit dem Träger 52 oder auf Grund der unteren lastmäßigen Kopplung mit der Quertraverse 32' (die reaktiven Axialbelastungen dieser beiden Teile durch die KoI-beneinheit sind im wesentlichen gleich groß und entgegengesetzt gerichtet), unterworfen. Da ferner die Kolbeneinheit weder mit dem Träger 52 noch mit der Quertraverse 32' horizontal fest verbunden ist, ist die Kolbeneinheit auch keinen sich aus einer gegenseitigen Horizontalverschiebung (in sämtlichen Horizontalrichtungen) dieser beiden Bauteile ergebenden Biegemomenten unterworfen. Zugleich ist die Kolbeneinheit im Betrieb bestrebt, den Träger 52 und die Quertraverse 32' auseinanderzudrücken. Dadurch wird eine weitgehende Selbstausrichtung einerseits dieser beiden Bauteile miteinander und andererseits der einzelnen Gestellrahmen 31, 33, 32', 34 sowie 32, 31' bewirkt.

Weitere Unterschiede zwischen dem Druckzylinder ίΟΟ und üblichen hydraulischen Zylindern liegen darin, daß letztere auf Grund ihrer Konstruktion hinsichtlich der Bemessung ihrer Betriebsdaten beschränkt sind. Das heißt, ein herkömmlicher Zylinder besteht aus einem einschichtigen Schmiedestück oder einem Verbundzylinder, wobei die Größe des Zylinders durch die Möglichkeiten der Herstellung solcher Schmiedestücke oder Verbundstücke begrenzt ist. Die maximalen Drucklasten, die durch einen herkömmlichen einstückigen Zylinder geliefert werden können, liegen in der Größenordnung von 6000 Tonnen. Beispielsweise kann ein üblicher Zylinder mit einem Innendurchmesser von 137 cm und einem Flüssigkeitsdruck von 315 ata Lasten von höchstens ungefähr 6500 Tonnen und ein üblicher Zylinder mit 122 cm Innendurchmesser und 490 ata Innendruck höchstens ungefähr 6350 Tonnen Drucklast entwickeln, wobei die Drücke von 315 bzw. 490 ata die mit Zylindern herkömmlicher Bauweise von 137 bzw. 122 cm Innendurchmesser erreichbaren Spitzendrücke darstellen.

Daraus folgt, daß man eine erhebliche Anzahl von herkömmlichen hydraulischen Zylindern benötigt, um ein hydraulisches System mit den für eine Hochdruckpresse erforderlichen Nutzlasten zu erhalten.

Ein wesentlicher Nachteil, der mit der Verwendung einer Mehrzahl von Zylindern für ein hydraulisches System mit den für eine Hochdruckpresse erforderlichen Arbeitsdaten verbunden ist, liegt darin, daß man für eine solche Reihe von Zylindern ein Fundament mit erheblich größeren Abmessungen benötigt als für eine Einzylinderanlage, die für die gleiche Nutzlast bemessen ist. Derartige große Fundameniabmessungen sind jedoch (außer wenn sie für den beabsichtigten Verwendungszweck der Presse erforderlich sind) deshalb von Nachteil, weil dann die lastaufnehmenden Pressenrahmen eine beträchtlich größere Einspannweite haben und folglich entsprechend massiver ausgebildet sein müssen, um eine solche große Einspannweite zu ermöglichen und die sich daraus ergebende geringere mechanische Festigkeit zu kompenpieren.

Es ist daher erwünscht, daß das hydraulische System einer Hochdruckpresse durch einen einzigen Zylinder (oder zwei gegenläufige Einzelzylinder) statt durch einen oder mehrere Zylinderreinen gebildet wird. Bei Anwendung einer Massiv- oder Verbundbauweise ist es jedoch nicht möglich, Einzelzylinder mit den für Hochdruckpressen erforderlichen Arbeitsdrücken herzustellen, da ein Zylinder derartiger Bauweise mit der erforderlichen Arbeitsdruckbemessung so groß und schwer sein müßte, daß er sich weder herstellen noch transportieren noch aufstellen ließe.

Bei der vorliegenden Zylinderausführung ist dieses Problem dadurch gelöst, daß die beiden Funktionen eines hydraulischen Zylinders, d. h. einerseits die der flüssigkeitsdichten Aufnahme des hydraulischen Druckmittels und andererseits die der Aufnahme der außerordentlich großen Kräfte, die durch das Druckmittel bei dem enorm großen Einzelzylinder einer Hochdruckpresse erzeugt werden, voneinander getrennt sind.

Hinsichtlich der ersten dieser beiden Funktionen, d. h. der flüssigkeitsdichten Aufnahme des hydraulischen Druckmittels im Druckzylinder 100 nach F i g. 1 besteht die konstruktive Lösung darin, daß ein verhältnismäßig dünnwandiger, durchlaufender Innenzylinder 120, der vorzugsweise aus miteinander verschweißten Blechsegmenten zusammengesetzt ist, vorgesehen ist. Je nachdem, welcher Werkstoff für den Innenzylinder verwendet wird, kann das Verschweißen entweder auf herkömmliche Weise oder nach dem sogenannten »Electro-slag Union-melt«- und ähnlichen Verfahren erfolgen. Der Innenzylinder 120 hat lediglich den Zweck, einen flüssigkeitsdichten Behälter zu bilden. Der Innenzylinder setzt der radialen Ausweitung durch den vom Druckmittel in der Kammer 75 ausgeübten Auswärtsdruck keinen nennenswerten Widerstand entgegen. Der Innenzylinder 120 gibt im Gegenteil unter dem Druck elastisch nach.

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Zu diesem Zweck ist der Innenzylinder 120 stehen. Wenn jedoch der hydraulische Druck hoch »dünnwandig« in dem Sinne, daß seine Wanddicke ist (z. B. 28 000 ata), würde der höhere Druck (der geringer oder gleich ein Zehntel seines Innendurch- durch den Innenzylinder 120 in praktisch voller messers beträgt. Bei einem derartigen dünnwandigen Stärke übertragen wird) das innere Gefüge des Innenzylinder kann die durch den radialen Aus- 5 Gummis zerstören, so daß man in diesem Falle für wärtsdruck der hydraulischen Flüssigkeit erzeugte die Auskleidung vorzugsweise ein Weichmetall (z. B. Spannung als über die gesamte Wanddicke des Blei) verwendet, das unter hohem Druck plastisch Innenzylinders konstant angesehen werden (McGraw- fließt, im übrigen jedoch durch den Druck nicht geHill, Encyclopedia of Science and Technology, schädigt wird.

Ein Teil der durch den Flüssigkeitsdruck im wenn der erwähnte Stufungseffekt verringert oder Innenzylinder 120 erzeugten Spannung wirkt in beseitigt wird oder zwar vorhanden ist, jedoch selbst Axialrichtung. Damit diese axiale Spannung an den dann keine übermäßige Spannungskonzentration im Zylinderenden auf Null heruntergedrückt werden Innenzylinder 120 hervorruft, wenn letzteres sich in kann, reicht der Innenzylinder 120 ein gutes Stück 15 direkter Berührung mit der Innenwand des Stützbis über die Dichtung 80 (die obere Grenze der Zylinders 125 befindet. Außerdem kann die Ausklei-Druckzone) sowie ein gutes Stück bis unter die dung 130 offensichtlich dann entfallen, wenn der unterste Stelle, die die Dichtung 96 (die die untere Innenzylinder 120 und der Stützzylinder 125 Bestand-Grenze der Druckzone bildet) im Betrieb erreicht. teile eines statischen Druckzylinders sind, bei dem die Ferner kann sich der Boden des Innenzylinders 120 20 Flüssigkeitsdrücke progressiv entwickelt werden und axial frei ausweiten oder zusammenziehen, so daß gleichzeitig sämtliche Segmentringe des Druckzylinder Innenzylinder als Ganzes nicht zwischen seinen derteils des äußeren Stützzylinders beaufschlagen, beiden Enden eingeklemmt werden kann. Die im An sich könnten die einzelnen Ringsegmente 126

Innenzylinder entwickelte Axialspannung hat daher (Fig. 8) jeweils aus einem geschlossenen Massivring keine nachteilige Auswirkung auf die Betriebsfunk- 25 135, der über den gesamten Umfang durchläuft, betion des Innenzylinders. stehen. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als ein

Ein Zerreißen des dünnwandigen Innenzylinders solcher geschlossener Ring mit dem erforderlichen 120 durch übermäßige radiale Auswertung unter dem Innendurchmesser einmal schwierig herzustellen, zu Flüssigkeitsdruck wird (F i g. 1) durch einen äußeren transportieren und einzubauen ist und zum anderen Stützzylinder 125 verhindert. Wenn der Stützzylinder 30 die Größe und das Gewicht des Ringes dadurch noch 125 einstückig ausgebildet wäre, so würde er so erheblich gesteigert werden, daß man den Ring in groß und schwer sein, daß er sich nicht herstellen, Radialrichtung natürlich ausreichend dick machen transportieren oder aufstellen ließe. Der Stützzylin- muß, um die Konzentration der durch den Lameder 125 besteht daher aus zusammenpassenden Effekt bedingten Ringspannung auf ein tragbares Einzelteilen, die am Aufstellungsort der Presse zu- 35 Ausmaß zu beschränken.

sammengebaut werden. Bei der Ausführungsform Mit Lame-Effekt ist die Konzentration der Ring-

nach F i g. 1 ist der Zylinder in mehrere überein- spannung gemeint, die in der Zylinderwandung an andergelagerte axiale Ringsegmente 126 unterteilt. oder in der Nähe des Zylinderinnendurchmessers

Die Ringsegmente 126 werden der Reihe nach von hervorgerufen wird, wenn der Zylinder einem radiaoben nach unten radial ausgeweitet, wenn der KoI- 40 Jen Auswärtsdruck auf seine Innenwand unterworfen ben 56 nach unten geht und dadurch die an der ist. Bei einem dünnwandigen Zylinder ist der Lame-Dichtung 96 befindliche Grenze zwischen dem Effekt vernachlässigbar kfein. Bei einem dickwandidruckbeaufschlagten und dem druckfreien Gebiet gen Zylinder dagegen (d. h. einem Zylinder, dessen des Zylinders nach unten geschoben wird. Beim Ab- Innendurchmesser kleiner als das Zehnfache der sinken dieser Druckgrenze von einem zum nächst- 45 Wanddicke ist), wird die aus dem Lame-Effekt resulniedrigeren Ringsegment entsteht daher jeweils an tierende Spannungskonzentration so erheblich, daß der Innenwand des Stützzylinders 125 eine Kante sie nicht mehr unberücksichtigt bleiben kann (s. die oder »Stufe«, indem zu dem betreffenden Zeitpunkt genannte Literaturstelle aus McGraw-Hill, Encyder obere Ring voll ausgeweitet, der nächstuntere clopedia of Technology). Entsprechend der be-Ring dagegen noch nicht oder noch nicht voll aus- 50 kannten Lame-Formel tritt die maximale Spannung geweitet ist. Diese Kanten- oder Stufenbildung ist an der Zylinderinnenfiäche auf und ist proportional natürlich in dem Augenblick am stärksten, wenn dem Druck mal einem Multiplikationsfaktor, der mit die Flüssigkeitsdruckgrenze unmittelbar an der Be- zunehmendem Wert des Verhältnisses des Zylinderrührungsstelle zwischen zwei aneinanderstoßenden außendurchmessers zum Zylinderinnendurchmesser Ringen angelangt ist. 55 abnimmt. Aus der Lame-Formel ergibt sich, daß die

Durch diese Kantenbildung wird in dem nach Spannungen von der Innenwand in Richtung nach außen drückenden dünnwandigen Innenzylinder 120 außen sehr rasch abnehmen,

eine Spannungskonzentration hervorgerufen, wenn Bei der Kolbeneinheit nach F i g. 1 ist der hydrau-

dieser Innenzylinder 120 sich in direkter Berührung lische Druck verhältnismäßig niedrig (z. B. 560 ata), mit der Innenwand des Stützzylinders 125 befindet. 60 Der durch den Innenzylinder 120 und die Ausklei-Um diesen Effekt zu verringern, kann man im Druck- dung 130 auf die Innenwand des Stützzylinders 125 zylinder 100 zwischen dem Innenzylinder 120 und übertragene Druck würde daher an sich nicht so groß dem äußeren Stützzylinder eine Auskleidung 130 aus sein, um das Material der Ringe 135 über die maxiweichem Material anbringen. In Fällen, wo wie bei male Sicherheitsgrenze hinaus zu beanspruchen, der Anordnung nach F i g. 1 der hydraulische Druck 65 wenn dieser Druck das Material gleichmäßig über verhältnismäßig niedrig ist (z. B. 560 ata), kann die seinen gesamten Querschnitt beanspruchte. Wegen Auskleidung 130 aus einem Material, das hydro- des Lame-Effekts hat jedoch der Druck zur Folge, statischen Druck überträgt, wie z. B. Gummi, be- daß das Material an der Innenwand der Ringe 135

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über die Sicherheitsgrenze hinaus beansprucht wird, an der gleichen radialen Stelle eine hierzu passende wenn man nicht dafür sorgt, daß der obenerwähnte Rille vorsieht, wobei die einzelnen Sektoren eines Multiplikationsfaktor dadurch angemessen klein wird, Ringes aneinandergehängt werden, indem man die daß man den Außendurchmesser der einzelnen Ringe Zunge eines Sektors jeweils in die Rille des links be-135 entsprechend wesentlich größer als den Innen- 5 nachbarten Sektors einführt. Im vorliegenden Fall durchmesser machtBei der Kolbeneinheit nachFig. 1 verwendet man jedoch axiale Scherbolzen, mittels würde dies bedeuten, daß die Ringe 135 (mit einem deren die einzelnen Sektoren z. B. in der folgenden Innendurchmesser von ungefähr 5,4 m) einen Außen- Weise verbunden werden.

durchmesesr in der Größenordnung von 8,4m haben In Fig. 3 ist der Zylinder vertikal in ungerad-

müssen, wodurch die einzelnen Ringe außerordentlich io zahlige und geradzahlige Ringe unterteilt, wobei die schwerfällig und schwergewichtig werden würden. Sektoren sämtlicher ungeradzahligen Ringe einerseits

Es wurde gefunden, daß das Gewicht und die Ab- und die Sektoren sämtlicher geradzahligen Ringe messungen des Stützzylinders 125 sowie die Schwie- andererseits jeweils vertikal miteinander fluchten, rigkeit der Herstellung des Zylinders ganz erheblich jedoch die Sektoren der ungeradzahligen Ringe vermindert werden können, wenn man den Zylinder 15 gegenüber den Sektoren der geradzahligen Ringe um baulich so gestaltet, daß er zwar die hydraulisch er- einen Winkel verschoben sind, der ungefähr der zeugten Kräfte aufnimmt, jedoch die entsprechenden halben Bogenlänge eines Sektors entspricht. Durch Ringspannungen nicht von irgendwelchen Lame- diese gegenseitige Verdrehung oder Versetzung der Effekten begleitet sind. Eine entsprechende Konstruk- ungeradzahligen und geradzahligen Ringe ergibt sich tion, mit der sich dies erreichen läßt, ist in Fig. 3 20 eine gewissermaßen verzahnte oder überlappende und 4 gezeigt. Anordnung der Sektoren in den ungeradzahligen

Bei dieser Konstruktion bestehen die Ringsegmente und geradzahligen Ringen, wobei die beiden Bogen-126 des Stützzylinders 125 (Fig. 1) aus mehreren hälften jedes ungeradzahligen Ringsektors jeweils gleichen, in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringen sich mit entsprechenden Bogenhälften der benach-140« bis 140/, die jeweils aus einer Anzahl von 25 barten geradzahligen Ringsektoren vollständig oder gleichen, getrennten Ringsektoren zusammengesetzt nahezu vollständig überlappen.

sind. Beispielsweise besteht der Ring 140c (Fig. 4) Auf Grund der gegenseitigen Überlappung der un-

aus sechs gleichen Ringsektoren 150 bis 155, die in geradzahligen und geradzahligen Ringsektoren kön-Umfangsrichtung durch Diskontinuitäten getrennt nen die einzelnen Sektoren durch axiale Scherbolzen, sind. Der Ausdruck »Diskontinuität« soll hier eine 30 die durch sich deckende Löcher in den sich überstrukturelle Fuge zwischen benachbarten Elementen, läppenden Teilen geführt sind, untereinander verdie aneinander anliegen können oder auch nicht, be- bunden werden. In F i g. 4 sind zwölf solche Scherzeichnen. Im drucklosen Zustand werden die Dis- bolzen 160 bis 171 gezeigt, die jeweils sämtliche der kontinuitäten 156 vorzugsweise durch die Grenz- Ringe 140a bis 140Z axial durchsetzen. Die Scherflächen zwischen den seitlich aneinanderliegenden 35 bolzen 160 bis 171 tragen jeweils an ihren beiden Ringsektoren gebildet; sie können aber auch aus Enden Muttern 172, 173, die in Aussparungen 174, engen Trennspalten zwischen nicht aneinanderstoßen- 175 in den beiden Stirnringen 140 a, 140Z eingelassen den Ringsektoren bestehen. Die einzelnen Ringsekto- sind. Da sich diese Stirnringe außerhalb der Druckren 150 bis 155 haben in Richtung radial nach außen zone befinden (F i g. 1), wird durch das Anbringen einen zunehmenden Bogenquerschnitt, so daß die am 40 der Aussparungen die Festigkeit des Stützzylinders inneren Radius des Sektors durch den über den nicht beeinträchtigt. Die Muttern 172, 173 werden Innenzylinder 120 und die Auskleidung 130 über- mäßig fest auf den Scherbolzen gegen die Stirnringe tragenen Flüssigkeitsdruck erzeugte Spannung über angezogen, so daß die Bolzen sowohl die Ringe 140 a einen zunehmend größeren Querschnitt ausgebreitet bis 140Z in Axialrichtung festklemmen und zusam- oder verteilt wird. Die Spannungsdichte ist daher in 45 menhalten als auch zugfeste Verbindungen für die den äußeren Bereichen der einzelnen Sektoren er- einzelnen Ringsektoren bilden. Eine weitere Funktion heblich geringer als an der Sektorinnenwand. der langen Scherbolzen besteht darin, daß sie die

Die axiale Dicke der Ring&ektoren kann nach Be- radiale Ausweitung der einzelnen Ringe unter Druck lieben verringert werden, vorausgesetzt, daß die Sek- weitgehend ausgleichen, so daß die erwähnte Stufentoren nicht so dünn werden, daß sie durch den herr- 50 bildung zwischen den einzelnen Ringen weitgehend sehenden Druck ausgebeult werden. Beispielsweise beseitigt wird. Wider Erwarten nimmt die radiale kann die Dicke der Ringsektoren im Zylinder nach Scherspannung in jedem dieser langen Bolzen nicht F i g. 1 zwischen ungefähr 10 und 120 cm betragen. progressiv mit der Anzahl der vom Flüssigkeitsdruck Ferner kann die Anzahl der Ringsektoren pro Ring radial nach auswärts beaufschlagten Ringsegmente zu. größer oder kleiner sein als in F i g. 4. Das Gewicht 55 Spannungsuntersuchungen haben vielmehr ergeben, der einzelnen Ringsektoren kann daher jeweils so ge- daß die radiale Scherspannung in den einzelnen BoI-wählt werden, wie es im Hinblick auf die Leistungs- zen auf denjenigen Wert begrenzt ist, der durch das fähigkeit der verfügbaren Montagegeräte sowie im letzte belastete Ringsegment und das benachbarte Hinblick auf gewisse andere, noch zu erläuternde Er- unbelastete Ringsegment erzeugt wird, d. h. unabfordernisse angebracht erscheint. 60 hängig von der axialen Länge des Zylinders oder dem

Die Ringsektoren in den verschiedenen Ringen durch die radiale Auswärtskraft belasteten Bruchteil nach F i g. 3 sind durch zugfeste Kupplungen unter- dieser Länge ist.

einander verbunden, so daß die Sektoren Ringspan- Im Betrieb werden die Ringsektoren 150 bis 155

nungskräfte um den Zylinder herum übertragen. beispielsweise des ungeradzahligen Ringes 140 c Solche zugfesten Verbindungen erhält man beispiels- 65 durch den auf diesen Ring übertragenen Flüssigkeitsweise, indem man auf der linken Seite jedes Sektors druck radial nach außen gedrückt. Um diese Ring-(auswärts von dessen mittlerem Radius) eine vor- Sektoren jedoch radial zu verschieben, müßten die stehende Zunge und auf der rechten Seite des Sektors Scherbolzen 160 bis 171 sich auseinanderspreizen.

Eine derartige Spreizung ist aber deshalb nicht möglich (mit Ausnahme eines geringfügigen Betrages, der sich aus der elastischen Dehnung der Ringsektorbögen unter Zugspannung ergibt), weil die beiden Scherbolzen beiderseits eines radialen Spaltes, der eine Umfangsdiskontinuität des Ringes 140 c bildet, jeweils oberhalb und unterhalb dieses Ringes durch in Umfangsrichtung durchlaufende (d. h. nicht diskontinuierliche) Teile eines oder mehrerer geradzahliger Ringsektoren untereinander verbunden sind. Die Sektoren des ungeradzahligen Ringes 140 c werden daher durch die Scherbolzen und die geradzahligen Ringsektoren oberhalb und unterhalb des Ringes 140 c so zusammengehalten, daß dieser Ring zu einem geschlossenen, Ringspannung übertragenden Ring wird.

Die Ringspannung im Ring 140c ist mit keinerlei Lame-Spannungskonzentration an der Ringinnenwand verbunden, da diese Innenwand über den Ringumfang nichtdurchlaufend ausgebildet ist. Tatsächlich tritt nirgendwo im Ring 140 c irgendwelche Spannungskonzentration infolge des Lame-Effekts auf.

Das vorstehend für den Ring 140 c Gesagte gilt ebenso auch für die anderen Ringe mit Ausnahme der beiden Sürnringe 140a und 140/, die natürlich nur auf einer Seite mit den übrigen Ringen verbunden sind. Diese Stirnringe sind jedoch in keiner Weise irgendwelchen hydraulischen Kräften unterworfen.

Da in den Ringen 140a bis 140/ kein nennenswerter Lame-Effekt auftritt, wird das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser der Ringe nicht dadurch bestimmt, daß dieses Verhältnis ausreichend groß sein muß, um die Lame-Spannungskonzentration an der Innenwand auf ein tragbares Maß herabzudrücken. Das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser kann daher bei den diskontinuierlichen Ringen 140« bis 140/ erheblich kleiner sein, als es bei durchlaufenden und folglich Lame-Spannungskonzentrationen unterworfenen Ringen erforderlich wäre. Beispielsweise kann, wenn der Stützzylinder 125 nach F i g. 1 aus diskontinuierlichen Ringen von der in F i g. 3 und 4 gezeigten Art zusammengesetzt ist, der Ringaußendurchmesser nur ungefähr 6,6 bis 7.2 m betragen, während bei durchlaufenden Ringen ein Außendurchmesser von 8,4 m erforderlich wäre. Eine derartige Verringerung des Ringaußendurchmessers bedeutet eine erhebliche Verringerung des Gewichts und der Kosten des Stützzylinders. Außer der Tatsache, daß ein aus solchen Ringen zusammengesetzter Zylinder aus einzeln leicht herzustellenden, zu transportierenden und zu montierenden Teilen gefertigt werden kann, ist dies ein weiterer Vorteil der Verwendung diskontinuierlicher Ringe.

Die Scherbolzen sind so weit vom Innenradius der einzelnen Ringsektoren entfernt angeordnet, daß um jede Bolzenachse herum ein ringförmiger Sektorteil besteht, dessen äußerer Radius so bemessen ist, daß der Querschnitt dieses Teils (in Ebenen durch die Bolzenachse) eine ausreichende Festigkeit hat, um die durch die Dehnung des Sektors zwischen den beiden ihn durchsetzenden Bolzen erzeugten Zugkräfte aufzunehmen. Ein Sektorringteil von hierfür ausreichender Festigkeit ergibt sich, wenn der Außendurchmesser dieses Teils gleich dem Bolzendurchmesser geteilt durch 0,45 ist. Es ist daher erwünscht, daß die Achse der einzelnen Bolzen jeweils um eine Strecke, die gleich ist dem Bolzendurchmesser geteilt durch 0,9, radial einwärts vom Außendurchmesser des Sektors liegt. Aus anderweitigen Überlegungen bzw. Beanspruchungsuntersuchungen ergibt sich, daß die Bolzenachse durch einen Sektor von der Zylinderachse einen radialen Abstand haben sollte, der mindestens gleich dem mittleren Radius des Sektors ist.

Bei höheren Flüssigkeitsdriicken kann der Außendurchmesser des Zylinders vergrößert werden, damit

ίο die Scherbolzen nach außen versetzt und folglich mit größerem Durchmesser ausgebildet werden können und andererseits um jeden Bolzen herum ein ringförmiger Sektorteil verbleibt, dessen Außendurchmesser mindestens gleich dem Bolzendurchmesser geteilt durch 0,45 ist. Beispielsweise kann ein hydraulischer Druck von 28 000 ata von einer hydrostatischen Strang- oder Fließpreßkammer aufgenommen werden, wenn man einen Stützzylinder nach F i g. 3 verwendet, bei dem die einzelnen diskontinuierlichen Ringe jeweils einen Innendurchmesser von 56,8 cm und einen Außendurchmesser von 200,1 cm haben und jeder Ring aus acht getrennten Ringsektoren besteht und bei dem die 16 Scherbolzen einen Durchmesser von J 1,4 cm haben und auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 169,5 cm angeordnet sind. Während die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung des Stützzylinders deshalb besonders geeignet ist, weil die gleich ausgebildeten Ringsektoren und Scherbolzen die Herstellung des Zylinders verhältnismäßig billig und einfach machen, kann man den Zylinder an sich auch anders ausbilden. Die einzigen Hauptgesichtspunkte, die bei dor Konstruktion des Zylinders beachtet werden müssen, besteht darin, daß die einzelnen, getrennten Ringsektoren sich zum kompletten Zylinder zusammenfügen lassen müssen und daß die Ringsektoren so untereinander verbunden werden müssen, daß der Zylinder als Ganzes Ringspannungen ohne Lame-Effekt überträgt. Mit diesen beiden Gesichtspunkten verträgt es sich, daß die verschiedenen Ringe des Zylinders ungleiche Dicke haben oder aus Mehrfachlagen von Ringsektoren zusammengesetzt sein können. Die Ringsektoren selbst brauchen im Bogenquerschnitt nicht rechteckig zu sein, sondern können auch andere Querschnittsformen, beispielsweise die eines abgeflachten Sechsecks haben. Statt die Ringsektoren der einzelnen Ringe über Sektoren in anderen axialen Niveaus zu verbinden, kann die Verbindung zwischen den Sektoren in den einzelnen Ringen auch direkter hergestellt werden, indem man die Seitenteile der Sektoren überlappend anordnet und durch diese Überlappungen Scherbolzen führt, deren Anzahl gleich der Anzahl der Sektoren des Ringes ist. Sind z. B. insgesamt η Sektoren pro Ring vorhanden, so kann eine Überlappung der aneinandergrenzenden Sektoren im gleichen Ring dadurch erhalten werden, daß man jeden Sektor in zwei axiale Hälften unterteilt, von denen die eine eine Bogenwinkelweite von 360/n -j- a (a = Uberlappungsvvinkel) und die andere eine Bogenwinkelweite von 360//? — α hat, wobei die Sektoren um den Ring herum so angeordnet sind, daß die unteren Hälften der Sektoren jeweils zwischen einer Hälfte der kleineren Bogenweite und einer Hälfte der größeren Bogenweite abwechseln.

Der Zylinder in Fig. 3 ist nicht maßstabgerecht bezüglich der für den Stützzylinder der Kolbeneinheit nach Fig. 1 charakteristischen Abmessungen gezeichnet. Auch können die Abmessungen des Zylin-

ders nach Fig. 3 geändert werden, um jeweils verschiedenen Anwendungszwecken zu genügen.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Zylinders nach Fig. 3, wobei die einzelnen durchgehenden Scherbolzen nach Fig. 3 in mehrere Segmente oder Bolzenstümpfe unterteilt sind. Beispielsweise ist der durchgehende Scherbolzen 160 (Fig. 4) in Fig. 5 in drei Bolzenstümpfe 180, 181, 182 unterteilt, deren jeder jeweils vier der insgesamt

werden würde. In F i g. 7 ist daher ein Pufferzylinder 200 aus Ringsektoren 201 zwischen den Stützzylinder und die Auskleidung 130 zwischengeschaltet. Die Sektoren dieses Pufferzylinders sind aus einem druckfesten, harten Material wie Wolframkarbid oder Sellit gefertigt. Die Ringsektoren 201 des Pufferzylinders 200 sind nicht untereinander verbunden. Vorzugsweise bilden die Sektoren des Pufferzylinders axial übereinanderliegende Ringe der gleichen Dicke und in jeweils den

zwölf Ringe des Zylinders erfaßt. Ein solcher, vier io gleichen Niveaus wie die Ringe des äußeren Stütz-

Ringe gleicher Dicke überspannender Bolzenstumpf stellt längenmäßig insofern die optimale Lösung dar, als diese Länge die kürzestmögliche ist, bei der der Bolzen gleiche Halteflächen für die entgegengesetzt gerichteten Zugkräfte, denen er durch die von ihm verbundenen Ringsektoren unterworfen ist, aufweist. In F i g. 5 sind die den Zylinder bildenden Ringe in Axialrichtung durch zwei Stirnplatten 184, 185 zusammengehalten, die durch gleichwinklig beabstan-

zylinders. Die Sektoren des Pufferzylinders können jedoch von beliebiger Größe und Form sowie beliebig angeordnet sein, vorausgesetzt, daß sie sich zu einem kompletten Pufferzylinder zusammenfügen. Der Druckbehälter nach F i g. 7 arbeitet wie folgt: Der hohe hydraulische Druck im Inneren des Zylinders wird im wesentlichen ungeschwächt über den Innenzylinder 120 und die Auskleidung 130 auf die Ringsektoren 201 des Pufferzylinders 200 übertragen.

dete, außerhalb des Zylinders angeordnete Spann- 20 Da jedoch diese Sektoren nicht miteinander gekuppelt bolzen (186) untereinander verbunden sind. sind, erzeugt der Flüssigkeitsdruck in diesen Sekto-

Ein Vorteil der Verwendung derartiger Bolzen- ren lediglich eine Kompressions- oder Druckspanstümpfe besteht darin, daß diese Stümpfe kleiner sind nung, der das harte Material der Sektoren ohne wei- und folglich weniger wiegen und leichter zu trans- teres standhalten kann. Da die Ringsektoren 201 portieren und zu montieren sind als durchgehende 25 einen radial nach außen zunehmenden Bogenquer-Bolzen. Durch die Bolzenstümpfe wird außerdem schnitt haben, wirken sie als Spannungsabschwächer

oder »Druckverteiler«, so daß der durch jeden Sektor auf den Stützzylinder ausgeübte Druck wesentlich kleiner als der die Innenwand des Sektors beauf-

der Zusammenbau des Zylinders erleichtert, indem man die Stümpfe einzeln im Zuge der Montage des Zylinders bzw. des fortschreitenden Aufeinander

setzens der einzelnen Zylinderringe einbauen kann. 30 schlagende Druck ist. Indem man das Verhältnis des

In Verbindung mit F i g. 5 ist zu beachten, daß die Bolzenstümpfe unterschiedliche Länge haben können und daß die einen durchgehenden Bolzen ersetzenden Bolzenstümpfe nicht axial miteinander zu fluch-

Außendurchmessers zum Innendurchmesser der Ringsektoren 201 geeignet bemißt, kann man daher die Druckbelastung der Innenwand des Stützzylinders so weit vermindern, daß das Material des Stützzylin-

ten brauchen. Die Bolzenstümpfe in den verschiede- 35 ders nicht überbeansprucht wird.

nen Winkellagen am Zylinder können sich axial Auch bei der Anordnung nach F i g. 7 können die

überlappen, so daß eine durchlaufende axiale Verbindung der einzelnen Zylinderringe über einen Teil der axialen Länge oder die gesamte axiale Länge des Zylinders besteht.

Fig. 6 zeigt, wie man den Stützzylinder nach Fig. 3 und 4 so abwandeln kann, daß er einem hohen Flüssigkeitsdruck im Druckzylinder noch besser gewachsen ist. In F i g. 6 besteht die Ausklei

dung 130 aus einem Weichmetall wie Blei. Ferner 45 und 7 anwendbar ist.

Ränder oder Kanten der Ringsektoren 201 am inneren Ende der Diskontinuitäten der einzelnen Sektoren ähnlich wie die Ränder 191 in F i g. 6 auseinandergespreizt sein.

F i g. 9 zeigt eine Konstruktion, die sowohl auf den Zylinder nach F i g. 8 als auch auf den Stützzylinder nach Fig. 3 und 4 mit oder ohne den speziellen Merkmalen der Ausführungsformen nach Fig. 5, 6

In Fig. 9 sind die verschiedenen Ringsegmente des Stützzylinders in Axialrichtung überlappend angeordnet, wodurch der mehrfach erwähnte »Stufenbildungseffekt« weitgehend beseitigt wird.

In Fig. 9 besteht der Stützzylinder aus mehreren axial übereinandergelagerten Ringschichten, deren jede (mit Ausnahme der beiden Stirnschichten) auf ihren beiden axial gegenüberliegenden Seiten eine nach innen gerichtete Schulter und eine nach außen

sind die Innenwandränder 190 der Ringsektoren des
Stützzylinders auseinandergekrümmt, so daß an der
Innenwand die Trennspalte 192 zwischen den einzelnen Sektoren aufgeweitet und die Spannungskonzentrationen an diesen Rändern verringert sind. 50
Wenn in dem Behälter erstmalig ein hoher hydraulischer Druck entwickelt wird, werden die Ränder
191 aus dem Weichmetall der Auskleidung in die
ausgeweiteten Innenteile der Trennspalte 192 hineingedrückt. Da das Material in diesen Einsätzen sich 55 gerichtete Schulter hat. Beispielsweise hat das Ringim komprimierten Zustand befindet, rufen, nachdem segment 210 auf seiner Oberseite eine nach innen geder Zylinder vom hydraulischen Druck entspannt ist, richtete Schulter 211 und auf seiner Unterseite eine die Einsätze eine selbstdichtende Wirkung (auto- nach außen gerichtete Schulter 212. Diese Schultern frettage effect) im Stützzylinder hervor. können auf einfache Weise dadurch erhalten werden,

F i g. 7 zeigt ein Stück eines Druckzylinders, bei 60 daß man den Ringsektor 210 aus drei Lagen fertigt, dem wiederum ein Stützzylinder von der in F i g. 3 und zwar einer oberen Lage 213, einer mittleren und 4 gezeigten Art verwendet wird, der jedoch mit Lage 214 und einer unteren Lage 215, wobei die zusätzlichen Teilen ausgerüstet ist, die den Zylinder obere und die untere Lage 213, 215 mit der mittlein die Lage setzen, einen Flüssigkeitsdruck aufzu- ren Lage 214 durch eine Anzahl von strammsitzennehmen, der innerhalb der hydraulischen Kammer so 65 den Scherstiften 216 verbunden sind. Wenn der Zy-

groß ist, daß der Werkstoff des Zylinders überbeansprucht würde, wenn der Druck direkt von der Auskleidung 130 auf die Zylinderinnenwand übertragen

linder aus getrennten Ringsegmenten, die durch Scherbolzen untereinander verbunden sind, (wie z.B. in Fig. 4 und 5), besteht, sind die Scherstifte

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216 in anderen radialen Abständen von der Zylinderachse angeordnet als die Scherbolzen.

Die übrigen Ringschichten zwischen den beiden Enden des Zylinders nach F i g. 9 haben die gleiche Ausbildung wie die Ringsektoren 210. Dadurch überlappt sich jeweils die obere, nach innen gerichtete Außenschulter einer Schicht mit der unteren, nach außen gerichteten Innenschulter der nächstunteren Schicht. Das obere Stirnsegment 220 hat nur eine nach außen gerichtete Schulter 221, die über die nach innen gerichtete Schulter 211 des Ringsektors 210 greift. Das untere Stirnsegment 223 hat nur eine nach innen gerichtete Schulter 224, die über die nach außen gerichtete Schulter des nächstoberen Segmentes 225 greift.

Im Betrieb fällt beim Abwärtshub des Kolbens 56 im Druckzylinder die Linie, die die untere Grenze der Druckzone markiert, nach unten, bis sie das Niveau beispielsweise des Ringsektors 210 erreicht. Dieser Ringsektor wird dann durch den Druck ausgeweitet, wobei aber die nach außen gerichtete Schulter 212 der Lage 215 gegen die nach innen gerichtete Schulter der äußeren Lage des nächstunteren Segmentes 225 drückt, so daß dieser Ring ebenfalls radial ausgeweitet wird. Dieser Vorgang pflanzt sich dann über die noch tiefer liegenden Ringsegmente (nicht gezeigt) nach unten fort. Da jedoch das nächstuntere Ringsegment 225 durch das Ringsegment 210 fast ebenso stark ausgeweitet wird wie der Ringsektor 210 selbst, ergibt sich zwischen den Innenwandflächen der Ringsektoren 210 und 225 eine nur sehr geringe oder gar keine Verschiebung oder Fehlfluchtung, wenn der Ringsektor 210 druckbelastet ist, während zugleich das Ringsegment 225 noch unbelastet ist. Durch die beschriebene axiale Überlappung der Ringsegmente des Stützzylinders werden daher die erwähnte Stufenbildung und die zusätzlichen Spannungen in den Scherbolzen stark verringert.

Die verschiedenen Ringsegmente in der Anordnung nach F i g. 9 brauchen sich nicht über den gesamten Umfang des Stützzylinders axial zu überlappen. Vielmehr können an den einzelnen Segmenten jeweils im Winkelabstand auf der radial äußeren Seite hochstehende Teile angeordnet sein, die in entsprechende Ausnehmungen im Umfang des jeweils nächstoberen Segmentes zwischen dessen erhöhtem Teil eingreifen, wobei die Bogenlänge sämtlicher erhöhten Teile einerseits und die Bogenlänge sämtlicher Ausnehmungen andererseits jeweils die gleiche ist und die Ausnehmungen (um ein gewisses Spiel zu lassen) eine etwas größere Bogenlänge haben als die erhöhten Teile. Ein derartig vollständiges axiales Übereinandergreifen der Segmente über einen Teil des Zylinderumfangs läßt sich mit den gleich ausgebildeten, getrennten Ringsektoren des Zylinders nach F i g. 3 bewerkstelligen, indem man am äußeren Rand an den beiden Enden oder Ecken je eine hochstehende Nase mit einer Bogenlänge von jeweils etwas weniger als ¹U Bogenlänge des Sektors anbringt und zwischen diesen Nasen eine bogenförmige Ausnehmung in den Umfang des Sektors einarbeitet, die lang und tief genug ist, um die zwei benachbarten Nasen der beiden entsprechenden Sektoren unter dieser Ausnehmung aufzunehmen.

Claims

65 Patentansprüche:

1. Hochdruckzylinder für hydraulische Pressen od. dgl. mit einem dünnwandigen, druckmitteldichten Innenzylinder und einem hierzu konzentrisch, aus Ringsektoren bestehenden Stützzylinder, bei dem die Innenkammer an ihren Stirnseiten druckmitteldicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsektoren (150 bis 155) aus mehreren axial übereinanderliegenden und gegeneinander versetzt angeordneten Ringschichten (140 a bis 140/) bestehen, die in ihrem Überlappungsbereich von axialen Scherbolzen (160 bis 171) durchsetzt sind.

2. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbolzen (160 bis 171) jeweils sämtliche Ringschichten (140 a bis 140/) durchsetzen.

3. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbolzen (160 bis 171) zeweils in mehrere getrennte Bolzenstücke (180,181,182) unterteilt sind.

4. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der einzelnen Scherbolzen (160 bis 171) von der Zylinderachse einen Abstand, der mindestens gleich dem mittleren Radius der betreffenden Sektoren ist, und vom Sektoraußenumfang einen Abstand, der mindestens gleich dem Bolzendurchmesser geteilt durch 0,9 ist, haben.

5. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringsektoren gleiche Krümmungswinkel und Bogenlängen haben.

6. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsektoren in den übereinanderliegenden Ringschichten sich jeweils um die Hälfte ihrer Bogenlänge überlappen.

7. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützzylinder (125) und dem Innenzylinder (120) eine Auskleidung (130) aus weicherem Material, vorzugsweise Gummi oder Weichmetall, angeordnet ist.

8. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenzylinder (120) bzw. der Auskleidung (130) und dem Stützzylinder (125) ein Pufferzylinder (200) aus einzelnen, unverbundenen Ringsektoren (201), die aus einem härteren Material als der Innenzylinder (120) und der Stützzylinder (125) bestehen, angeordnet ist.

9. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsektoren (210), gesehen in Axialrichtung des Zylinders, auf ihrer einen Seite eine nach dem Zylinderinneren gewandte Schulter (211) und auf ihrer anderen Seite eine nach außen gewandte Schulter (212) haben, wobei die in den einzelnen Ringschichten übereinanderliegenden Ringsektoren mit ihren entsprechenden Schultern genau aufeinanderpassen.

10. Hochdruckzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ringsektor (210) aus drei axial übereinanderliegenden, durch axiale Scherstifte (216) verbundenen Lagen (213, 214, 215) zusammengesetzt ist, deren beide äußeren gegenüber der mittleren in Richtung zum Zylinderinneren bzw. nach außen zurückgestuft ausgebildet sind.

11. Hochdruckzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Ringsektoren Trennspalte (192) bestehen, die einen Teil des Stiitzzyündermantels durchsetzen und gegen das Zylinderinnere durch abgeschrägte Ränder (190) der Auskleidung (130) aufgeweitet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen