DE1960706C3 - Einrichtung zur Erzeugung von Impulshochdruck-Flüssigkeitsstrahlen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Urzeugung von Imoulshochdiuck-Flüssigkeitsstrahlen, die einen Zylinder mit einem in diesem hin- und hergehenden, mi einem Stempel \ersehenen Kolben enthält, der den Z\linderraum in Kammern für Hoch- und Niederdruck teilt von denen die erste eine Druckflüssiijkcits-Auslaßöffnung aufweist und mit Flüssigkeit _;>efüllt wird und die zweite mit einem Behälter für E'ruckgas in Verbindung steht, das auf den Kolben einwirkt, welcher mit seinem Stempel bei der Bewegung j;egen die in der ersten Kammer befindliche Flüssigkeit einen Schlag ausübt, die aus der Diu^kflüssi:>keits-AuslaßöHnung in Form eines Strahls her, usgestoßen wird.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art. wie sie in der USA.-Patentschrift 3 412 554 beschrieben sind, kehrt der Kolben nach dem Schlag unter Flüssigkeitszufuhr in den Zylinderraum der ersten Kammer in seino ursprüngliche Lage zurück und verdichtet das Ga:, in der zweiten Kammer. Bei der Beschlcunigung des Kolbens soll der Zylinderraum frei \on Flüssigkeit sein, damit der Kolben beim Schlag eine hohe Geschwindigkeit und damit einen hohen Impuls erreicht. Aus diesem Grunde ist in der bekannten Einrichtung eine automatische Vorrichtung vorgesehen, die eine Kolbenvcrzögerung während des Lecrens des Zylinderraums \on Flüssigkeit hervorruft. Dadurch kann jedoch der Kolben in der bekannten Einrichtung nur fünf bis zwanzig Schläge pro Minute vollführen.

Wenn man, um die Schlagzahl zu erhöhen, keine Kolbenverzögerung vornähme, würde nur unproduktiv Energie der Kolbenbewegung zur Flüssigkeitsverdi ängung aus dem Zylinderraum vor dem Kolben verbraucht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulshochdruck-Flüssigkeitsstrahlen anzugeben, die eine höhere Schlagzahl zu erzielen gestattet.

Dies wird bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kolben als Differentialkolben wirkend mit einem zusätzlichen Kolben unter Bildung von zwei Kolbenstufen versehen ist, wobei die Hauptkolbenstufe an der Seite der erster. Kammer, während die vom zusätzlichen Kolben gebildete Zusatzkolbenstufe kleineren Durchmessers neben der zweiten Kammer liegt, und daß der Hubraum des Zylinders zwischen den Kolbenstufen mit einer Scheidewand getrennt ist, die mit diesen Kolbenstufen zwei Hydraulikkammern bildet, von denen die erste an der Seite der Zusatzkolbenstufe stets mit einer Flüssigkeits-Hauptdruckleiiung in Verbindung steht und die andere an der Seite der Hauptkoibenstufe abwechselnd mit der ersten H¹ ^rculikkammer und zugleich mit der Flüssigkeits-Hauptdruckleitung oder mit einer Flüssigkeits-Abflußleitung in Verbindung steht.

Vorteilhaft ist das Durchmesserverhältnis der KoI-benstufen des Differentialkolbens so ausgelegt, daß der Verlust eines Teils der Energie des Differential kolbens, die beim Arbeitsgang für das Ausstoßen dei Flüssigkeit aus der Kammer auf div. Seite der Hochdruckkammer aufgewendet wird, ersetzt wird.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß nicht nur die Steuerung bedeutend vereinfacht wird, sondern daß auch die Schlagzahl des Kolbens auf (>0 bis 130 Schläge pro Minute erhöhl werden kann, wobei der Flüssigkeitsdruck in ihr ersten Kammer rund 5000 atm beträgt. Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugten Impulshochdruck-Flüssigkeitsstrahlen können zur Materialzerstörung, insbesondere zur Zerstörung von Gesteinen, zum Hydrostanzen. bei dem die Flüssigkeit einer geschlossenen Matrize mit in dieser angeordnetem Werkstück unter Druck zugeführt wird, oder zum Pressen, Schmieden und Schneiden von Metallen oder anderen Werkstoffen verwendet werden, wenn der Impulshochdruck-Flüssigkeilsstrahl auf einen sich bewegenden Kolben einwirkt, der mit einem Preß- oder Schneid- oder Schmiedewerkzeug versehen ist.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung zeigt, näher beschrieben.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, wie sie in der Zeichnung abgebildet ist, enthält einen Zylinder 1 mit darin angeordnetem Kolben 2, der den Zylinderraum in eine erste Kammer 4 und eine zweite Kamme·- λ teilt. Die zweite Kammer 3 steht über Bohrun gen 5 mit einem Behälter 6 für Druckgas in Verbindung, das die Bewegung des Kolbens 2 in Richtung der ersten Kammer 4 hervorruft. Die erste Kammer 4 wird mit Flüssigkeit gefüllt, gegen die der Kolben 2 bei seiner Bewegung schlägt, und diese Flüssigkeit wird durch eine Druckflüssigkeitsauslaßöffnung? in

Stirnwand 8 des Zylinders ! in Form eines Strahts nach außen herausgestoßen.

Da in der ersten Kammer 4 infolge des Kolbenschlages auf die Flüssigkeit ein Druck entsteht, der den Druck in der zweiten Kammer3 mehrfach übersteigt, unterteilt man diese Kammern in Kammern fiir Hoch- bzw. für Niederdruck. Aus diesem Grunde wird die Wandung des Zylinders 1 an der ersten Flüssigkeits-Hauptdruckleitunj,U^^%

leitung 25 in den R»^u° ^.f^ ^_{7 we}iter in den

und dann ^{durch d}>e Rohrieitung ^ _Gleichzeitig

Raum 28 des Schieben=16 zu «^ _its._Haupt.

fließt die Flüssigkeit aus de. ^B _{Schiebers 16}

!SA^ * « ^Hydraulik-

^{12 hinein}· _des Elementes 17 im Schie-

^g Der Kolben 2 ist als ein Differentialkolben ausgeführt und seine Hauptkolbenstufe 9 mit größerem Durchmesser ist der ersten Kammer 4 zugekehrt, wahrend die Zusatzkolbenstufe 10 mit kleinerem Durchmesser an der Seite der zweiten Kammer 3 liegt. Der Innenraum des Zylinders 1 zwischen diesen Kolbenstufen 9 und 10 ist durch eine Scheidewand getrennt, die mit den genannten Stufen des KoI-ben! 2 zwei Hydraulikkammern 12 und 13 bildet.

Die erste Hydraulikkammer 12 an der Seite der

Zusatzkolbenstufe 10 kleineren Durchmessers steht

SeIs mit einer Flüssigkeits-Hauptdruckleitung 14 m

Verbindung, während die andere Hydraul.kkammer

V\ an der Seite der Hauptkolbenstufe 9 größeren

Durchmessers mittels eines ein bewegliches Element

enthaltenden Schiebers 16 mit der ersten Hydrau-

likkammer 12 und zugleich mit der Flüss.gke.ts-

Hauptdruckleitung 14 oder mit einer Flüss.gkeüs-

Abflußleitung 15 abwechselnd verbunden ist.

Die Arbeit des Schiebers 16 wird von einem Steuerschiebcr 18 geregelt, der in der stirnseitigen Wand 19 des Zylinders 1 eingebaut ist und ein bewegliches Element 20 besitzt, das zum Teil in die zweite Kammer3 hineinragt und mit dem Kolben 2 bei seinen Hubbewegungen zusammenwirkt.

Der Koioen I weist an der Seite der Hauptkolbenstufe 9 einen Stempel 21 auf, der in die erste Kammer4 hineingeht und auf die in dieser befindliche Flüssigkeit einwirkt. Die erste Kammer 4 w.rd vor jedem Kolbenhub mit Flüssigkeit aus der Flüssigkeits-Hauptdruckleitung 14 über einen konstanten hydrauUschen Widerstand 22 vollgefüllt. Zur gleichen Zeit wird ein Teil der Flüssigkeit aus derselben FlüssigkeitshauptdrucWeitung 14 über einer1 hydraulischen Widerstand 23 dem Spalt zwischen, dem KoI-ben 2 und der Stirnwand der ersten Kammer 4 züge-St, um einen Schlag des Koü-n.2 gegen die Wand zu vermeiden. Die überschüssige 1 .ussigkeit flieov aus der ersten Kammer 4 und dem genannten Spalt über seitliche Bohrungen 24 im Zylinder 1 ab. Betrachten wir die Arbeitsweise der erfindungsgernaßen Einrichtung von dem Zeitpunkt an wo sich der Stempel 21 des Kolbens 2 nach dem auf d.e Flussigkeit ausgeübten Schlag in der ersten Kammer 4 befindet, die andere Hydraulikkammer 12 mit Flüssigkeit gefüllt ist und das bewegliche Element 20 des Steuer-Schiebers 18 an der Wand 19 des Zylinders 1 anliegt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist

In dieser Stellung beginnt die Flüssigkeit aus der beander Seite des Innen ^ _zusammen

Schieber ι'' ^ei™ ^r _Hydraulikkammer 13 kommt

wegt, und die andere Hy ^ j _{um 33 des}

über «ne ^«püssigkeitsabnußle.tung 15 in Schiebers lt> mn

^Virbmdu"f„ _{2 bei seinem} Hub unter

?omit tntt der κ _{H drauli}kkammer 12 ein FliassigkeitsclrucV _in α , _Kammer3. _Am Ende

^ "*££!%£&*?& Kolben 2 das Element 20 « J«« Hute vegftieo _verdrängt somit die Fhis-

sigke. aus dessen innen _s,_Hauptdrucki_enung 14

^s.f^eit _d^^US _Ru ^d _c ^e _k ^r _schV_agventil 35 im Rohr 36 in den über das £"«scnwg ,„
,5 Raum 3'd-Schiebers 1 ^ ^_{20 tntt d},_e

Be> weiterer ue g y _Rohrleitung 38 mit der

R^o.^hrIei.^tU"f_ab ² _fl ⁷ _uß"eitung 15 in Verbindung, und das F ussigU. sabflußgm 8 ^ _verschiebt sich unter

Element ¹^ ^Qg_ü^_keitsdruckes im Raum 29 und Wi'kungto Flus g ^ .^ _{Richtung des}

der Feder 31 in se.n

Raums 2»· _{die ander}e Hydraulikkam-

Infolge* s«ri Kom _{Hkkammer 12} „„d der

^" "^^kiiitung M in Verbindung. ^ "X⁸^_Z"_t beginnt die Beschleunigung des Ko!- Zu dieser ^ ^f _er 3, _und die Flüssigkeit

bc»⁵ * '^SSuUkkammcr 12 fließt jetzt m d.e ^^sd"^_uS_kamr„er 13, die Beschleunigung des £„„,. Da die Hauptkolbenstufe ^^ns ^nsug ^ ^ _teko_lbcn.

emen größeren υ _die ^^ _Hydrauhkkarn-

stufe 10 aufwa^¹' ¹¹¹ _ρ1ϋ55; _{keil aus} der Flüssigkeits-

J" "²^A ₁₄, _die ^B damit die Energieverluste Jauptdrucklert""g : ^^ _bd Verdrängung 45 des Kolben^ a t, Hydraulikkammer

der Fluss'f^e£ ³^, ° j _dcs Kolbens 2 entstehen. während der Besdrteun« ^ ^ ^^ ₂

Am Ende des^A ■ ^ _die Flüssigkeit in

diese ^ mit seinem P ^_{5 Element M des Scb}

Jr eisten^^J""_sich in seine vorherige Lage unter be« Ii ersetzt s _{u m dem} Raum 34; da-

Druckv^rkungd ^ ^ _{Rmm b die}

to wird die H g nüssigkeits-Hauptdruckleilung

^^^^ine Drossel 39 herausgedrückt ^{14 du}£j "^^η _sich der Arbeitszyklus.

Sodann w ^er _EinsteUung der Drossel

Durch eg ^ _{Kolbens 2 prQ} ^tcnhe.t

verändert werden
verändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Erzeugung von ümpulshochdruck-Fiüssigkeitsstrahlen, die einen Zylinder mit einem in. diesem hin- und hergehenden, mit einem Stempel versehenen Kolben enthält, der den Zylinderraum in Kammern für Hoch- und Niederdruck teilt, von denen die erste eine Druckflüssigkeits-Au slaßöffnung aufweist und mit Flüssigkeit gefüllt wird und die zweite mit einem Behälter für Druckgas in Verbindung steht, das auf den Kolben einwirkt, welcher mit seinem Stempel bei der Bewegung gegen die in der ersten Kammer befindliche Flüssigkeit einen Schlag ausübt, die aus der Druckflüssigkeits-Auslaßöffnung in Form eines Strahls herausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) als Differentialkolben wirkend mit einem zusätzlichen Kolben unter Bildung von zwei Kolbenstufen versdien ist, wobei die Hauptkolbenstufe (9) an der Sleite der ers'ori Kammer (4), während die \om zusätzlichen Kolben gebildete Zusatzkolbenstufe (10) kleineren Durchmessers neben der zweiten Kammer (3) liegt, und datf der Hubraum des Zylinders (1) zwischen den Kolbenstufen (9,10) mit einer Scheidewand (11) getrennt ist, die mit diesen Kolbenstufen zwei Hydraulikkammern (12, 13) bildet, von denen die erste (12) an der Seile der Zusatzkolbenstufe (10) stets mit einer Flissigkeits-Hauptdruekleitung (14) in \ erbindung stein und die andere (13) an der Seite der Hauptkolbenstufe (9) abwechselnd mit der ersten Hydraulikkammer (12) und zugleich mit der FUhsigkeits-Hauptdruekleitung (14) oder mit einer Flüssigkeii^-Abflußleitung (15) in Verbindung sieht.