DE19652298A1 - Hochdruckpumpenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des neben­ geordneten Patentanspruchs 5.

Derartige Hochdruckpumpen werden eingesetzt, um ein Druckfluid auf Hochdruck, d. h. Drücke über 300 Bar zu brin­ gen. Derart hohe Drücke werden beispielsweise beim Wasser­ strahlschneiden oder beim Innenhochdruckverfahren benötigt. Beim Innenhochdruckverfahren handelt es sich um ein Zug- Druck-Umformverfahren, bei dem das druckbeaufschlagte Druckfluid zum Tiefziehen von Blechteilen - beispielsweise Karosserieblechen - Verwendung findet.

Hochdruckpumpenanordnungen haben üblicherweise einen Primärkreis mit einer Verstellpumpe, über die ein Arbeits­ fluid des Primärkreises auf einen vorbestimmten Primärdruck gebracht wird. Das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid wird ei­ nem Druckübersetzer mit einem Differential- oder Drucküber­ setzerkolben zugeführt, dessen größerer Durchmesser mit dem Arbeitsfluiddruck beaufschlagbar ist, während der kleinere Durchmesser auf ein Druckfluid wirkt, das auf den Hochdruck zu bringen ist. Das Durchmesserverhältnis des Drucküberset­ zerkolbens und der von der Verstellpumpe gelieferte Primär­ druck bestimmten den Maximaldruck, auf den das Druckfluid bringbar ist. Durch eine geeignete Ventilanordnung wird der Druckübersetzerkolben in eine oszillierende Bewegung ge­ bracht, so daß mit einem Saughub Druckfluid aus einem Tank angesaugt und mit dem Arbeitshub Druckfluid auf den Hoch­ druck gebracht wird.

Aufgrund der aufeinanderfolgenden Saug- und Arbeitshübe stellt sich am Ausgang der Hochdruckpumpenanordnung ein pulsierender Förderstrom ein, wie er schematisch mit einer gestrichelten Linie in Fig. 1 dargestellt ist, auf die be­ reits jetzt Bezug genommen wird.

Zur Vergleichmäßigung dieses pulsierenden Förderstromes kann der Hochdruckpumpenanordnung ein Pulsationsdämpfer zu­ geordnet werden, der jedoch allenfalls eine Abschwächung der Druckschwankungen bewirken kann.

In den Druckschriften DE 42 03 627 C2 und EP 0 654 330 A1 werden Lösungen vorgeschlagen, bei denen die Hochdruckpumpenanordnung mit zwei parallelgeschalteten Druckübersetzern ausgeführt ist, die derart versetzt zuein­ ander arbeiten, daß der eine Druckübersetzer einen Saughub durchführt, während der andere Druckübersetzer das Druck­ fluid mit hohem Druck ausstößt. Diese gegenläufige Arbeits­ weise der Druckübersetzer ist in Fig. 1 durch die gestri­ chelte und die strichpunktierte Linie angedeutet.

Bei der in der DE 42 03 627 C2 vorgeschlagenen Lösung ist beiden Druckübersetzern eine einzige Verstellpumpe zu­ geordnet, wobei das Arbeitsfluid über eine Ventilanordnung jeweils einem der Druckübersetzerkolben zur Bewirkung des Arbeitshubes zugeführt wird, während der andere Drucküber­ setzerkolben durch die Wirkung des Arbeitsfluids im Primär­ kreis zurückbewegt wird und somit einen Saughub durchführt. Bei dieser Variante dient das Arbeitsfluid des Primärkrei­ ses gleichzeitig auch als Druckfluid, das auf den Hochdruck gebracht wird.

In der Praxis zeigt es sich, daß sich auch mit einer derartigen Variante kein konstanter Förderstrom am Pumpen­ ausgang einstellen läßt.

In der EP 0 654 330 A1 wird die bekannte Hochdruckpum­ penanordnung dahingehend weiter entwickelt, daß jedem Druckübersetzer ein eigener Primärkreis mit einer Verstell­ pumpe und einem Wegeventil zugeordnet ist. Die elektrisch oder hydraulisch ansteuerbaren Wegeventile werden in Abhän­ gigkeit von den Hüben des Druckübersetzerkolbens derart an­ gesteuert, daß die Druckübersetzer gegenläufig Druckfluid abgeben, so daß Druckschwankungen am Hochdruckpumpenausgang verringert werden.

Obwohl bei einer derartigen Hochdruckpumpenanordnung theoretisch keine Druckschwankungen am Ausgang mehr auftre­ ten dürften, zeigte es sich, daß der Umschaltvorgang der beiden Wegeventile nur sehr schwierig mit der erforderli­ chen Präzision beherrschbar ist, so daß in der Praxis wei­ terhin Druckschwankungen festzustellen waren.

Insbesondere beim vorbeschriebenen Innenhochdruckver­ fahren ist es jedoch eine Grundvoraussetzung, daß der Um­ formdruck gleichmäßig und ohne Druckschwankungen aufge­ bracht wird, so daß Druckschwankungen des Förderstromes nicht hinnehmbar sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpenanordnung zu schaffen, bei der mit mi­ nimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ein gleichmäßiger Druckfluidförderstrom gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 5 gelöst.

Durch die Maßnahme, zwei Druckübersetzer parallel zu schalten und jedem Druckübersetzer eine Verstellpumpe mit einem stetig verstellbaren Wegeventil zuzuordnen, kann der Druckaufbau am Eingang des Druckübersetzers durch geeignete Ansteuerung des Wegeventiles nahezu in beliebiger Weise verändert werden, so daß beide Primärkreise in einfacher Weise aufeinander abstimmbar ist. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der stetig verstellbaren Wegeventile kann durch geeignete Ansteuerung auch eine nachträgliche Anpassung der Druckabgabecharakteristik jedes Druckübersetzers erfolgen, so daß ein Abgleich des gesamten Systems bei unterschiedlichen Arbeitsmedien oder bei toleranzbedingten Schwankungen der Kennlinien der eingesetzten Ventile möglich ist.

In einer alternativen Ausführungsform wird anstelle des stetig verstellbaren Wegeventiles eine über Null ver­ schwenkbare Verstellpumpe verwendet, so daß durch entspre­ chende Ansteuerung dieser Verstellpumpe die Druckabgabecha­ rakteristik des jeweiligen Druckübersetzers in der ge­ wünschten Weise einstellbar ist.

Da die stetig verstellbaren Wegeventile und die über Null verschwenkbare Verstellpumpe in Abhängigkeit vom Druck im Primärkreis oder im Hochdruckkreis oder vom Kolbenhub des Druckübersetzers ansteuerbar sind, läßt sich der Ausgangsdruck der Hochdruckpumpenanordnung exakt auf einem vorbestimmten Niveau halten, so daß es in der Praxis erst­ mals möglich ist, einen Förderstrom mit einem pulsations­ freien Druck abzugeben, wie dies mit einer durchgezogenen Linie in Fig. 1 dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpenanordnung läßt sich besonders vorteilhaft beim Innenhochdruckverfahren (IHV) einsetzen, da durch den gleichmäßigen Hochdruckvolumenstrom der Umformverlauf in idealer Weise gesteuert werden kann, so daß ein Werkstück mit idealen Stoffeigenschaften her­ stellbar ist. Bei derartigen Umformprozessen muß stets ein kontinuierlicher Förderstrom geliefert werden, wobei gleichzeitig eine Druckregelung und Volumendosierung zur Beeinflussung des Umformverlaufes möglich sein muß. Die stetig verstellbaren Wegeventile oder die über Null ver­ schwenkbare Verstellpumpe ermöglichen eine Volumendosierung durch die Zählung der Hübe des Druckübersetzerkolbens und durch Variation der Hubhöhe, die durch geeignete Ansteue­ rung der Wegeventile oder der Verstellpumpe variierbar ist.

Zur Druckregelung werden die Primärventile oder die über Null verschwenkbare Verstellpumpe in Abhängigkeit vom Istwert am Hochdruckpumpenausgang angesteuert.

Die Einstellung des Förderstromes erfolgt durch ent­ sprechende Ansteuerung der beiden Verstellpumpen und gege­ benenfalls auch durch Ansteuerung der stetig verstellbaren Wegeventile, über die die Wegrückführung der Drucküberset­ zerkolben beeinflußbar ist.

Das Umschalten vom Saug- zum Arbeitshub läßt sich ver­ gleichmäßigen, wenn das stetig verstellbare Wegeventil mit negativer Überdeckung ausgeführt wird, so daß in einer Zwi­ schenschwimmstellung beide Druckübersetzerkolben mit dem Tank und der Primärpumpe verbunden sind.

Die Ansteuerung der Hochdruckpumpenanordnung läßt sich in vorteilhafter Weise weiter vereinfachen, wenn beiden We­ geventilen eine gemeinsame Verstellpumpe zugeordnet wird und die Verstellpumpe und die Wegeventile über eine gemeinsame Steuereinheit ansteuerbar sind. Alternativ dazu kann jedoch auch jedem Wegeventil jeweils eine Verstellpumpe zugeordnet werden.

Einen besonders einfach aufgebauten Druckübersetzer er­ hält man, wenn dieser mit Einlaß- und Auslaßventilen ausge­ stattet wird, die als Rückschlagventil ausgebildet sind.

Bei dieser Variante ist es jedoch erforderlich, daß je­ dem Druckübersetzer eine eigene Verstellpumpe zugeordnet ist. Bei einem Druckübersetzer mit zwei Hochdruckanschlüs­ sen läßt sich in vorteilhafter Weise anstelle der beiden Druckventile ein beiden Ausgängen zugeordnetes, gemeinsames Steuerventil einsetzen, das als Wechselventil ausgeführt ist und dessen Steuerventilkörper in Abhängigkeit vom Aus­ gangsdruck am stetig verstellbaren Wegeventil oder an der über Null verschwenkbaren Verstellpumpe ansteuerbar ist. Bei dieser Variante läßt sich der Ausgangsdruck zusätzlich noch durch geeignete Ansteuerung des Steuerventiles variie­ ren.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steuerventilkör­ per mit einem als Gleichgangkolben ausgeführten Steuerkol­ benabschnitt ausgeführt wird, dessen beide Stirnseiten über die über Null verschwenkbare Verstellpumpe oder das stetig verstellbare Wegeventil mit Druck beaufschlagbar sind.

Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die über Null verschwenkbare Verstellpumpe mit dem Steuerzylinderraum, in dem der Steuerkolbenabschnitt geführt ist, zu einem ge­ schlossenen Kreislauf verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fluid des Pri­ märkreises Hydrauliköl ist und als Druckfluid Wasser ver­ wendet wird, so daß nur einmal ein Ölstrom auf der Primär­ seite installiert werden muß.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wer­ den im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Druckkennlinien bekannter Hochdruckpumpenanord­ nungen und der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpenanordnung;

Fig. 2 einen Schaltplan eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Hochdruckpumpenanordnung;

Fig. 3 einen Druckübersetzer aus Fig. 2 in vergrößer­ ter Darstellung und

Fig. 4 eine Variante eines Druckübersetzers der Hoch­ druckpumpenanordnung in Fig. 2.

In Fig. 2 ist ein Schaltplan einer Hochdruckpumpenan­ ordnung 1 gezeigt, mit der ein Arbeitsfluid, beispielsweise Wasser mit einem Druck bis zu 1000 Bar einem Umformwerkzeug 2 zuführbar ist, in dem ein Flachblech umgeformt wird, so daß beispielsweise eine Motorhaube oder ein sonstiges Ka­ rosseriebauteil entsteht.

Falls höhere Drücke erforderlich sind, kann zwischen den Ausgang der Hochdruckpumpenanordnung 1 und das Umform­ werkzeug 2 noch ein weiterer Druckübersetzer geschaltet werden, so daß noch höhere Drücke erzielbar sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Hochdruckpumpenanordnung 1 hat zwei parallel geschaltete Druckübersetzer 4a, 4b, in denen der Arbeitsdruck eines Primärkreises in einen Hochdruck eines Sekundärkreises um­ gesetzt wird, so daß das hochdruckbeaufschlagte Druckmittel im Sekundärkreis über eine Ausgangsleitung 6 dem Umform­ werkzeug 2 zuführbar ist. Da die beiden Druckübersetzer 4a und 4b und die diesen zugeordneten Primär-/Sekundärkreisab­ schnitte jeweils einen identischen Aufbau aufweisen, wird im folgenden nur der in Fig. 2 links dargestellte Teil der Schaltung beschrieben, der in Fig. 3 vergrößert gezeigt ist.

Gemäß Fig. 3 hat der Primärkreis einen Arbeitsmit­ teltank T, aus dem heraus das Arbeitsmittel des Primärkrei­ ses mittels einer Verstellpumpe 10 angesaugt wird und über eine Pumpenleitung 12 dem Pumpenanschluß P eines stetig verstellbaren Wegeventiles, beispielsweise eines Proportio­ nalventiles 14 zugeführt wird, das einem der beiden Druckübersetzer 4a, 4b zugeordnet ist. Dieses hat des weiteren zwei Arbeitsanschlüsse A, B und einen Tankanschluß T, über den das Arbeitsfluid zum Tank T zurückführbar ist.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Arbeitsfluid Hydrauliköl verwendet.

Die Anschlüsse A, B sind über Arbeitsleitungen 16, 18 zu den Primärkreis-Eingangsanschlüssen geführt, die jeweils in einen Zylinderringraum 20, 22 des Druckübersetzerzylin­ ders münden, die durch den Druckübersetzerkolben 8 vonein­ ander getrennt sind. Dieser Druckübersetzerkolben 8 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Gleichgangkolben mit einem im Durchmesser vergrößerten Mittelabschnitt 24 und zwei sich beidseitig an diesen anschließenden Kolbenstangen 26, 28 ausgeführt, deren Endabschnitte in Zylinderräume 30, 32 des Sekundärkreises eintauchen.

Bei dem zwischen Verstellpumpe 10 und Druckübersetzer 4a geschalteten Proportionalventil 14 handelt es sich um ein elektrisch betätigtes Proportionalventil mit negativer Überdeckung, das über eine zentrale Steuereinheit 34 an­ steuerbar ist, über die auch die Verstellpumpe 10 und die entsprechenden Einheiten des anderen Druckübersetzers 4b ansteuerbar sind. Aufgrund einer negativen Überdeckung des Proportionalventiles 14 ist die in Fig. 3 angedeutete Zwi­ schenstellung einstellbar, in der die Arbeitsleitungen 16, 18, die Verstellpumpe 10 und der Tank T miteinander verbun­ den sind, so daß sich eine Schwimmstellung einstellt.

In der in Fig. 3 links dargestellten Endstellung a ist die Pumpenleitung 12 mit der Arbeitsleitung 18 verbunden, so daß der Zylinderringraum 22 über die Verstellpumpe 10 mit Arbeitsfluid versorgt wird, während der andere Zylin­ derringraum 20 über die Arbeitsleitung 16 und das Propor­ tionalventil 14 und eine Tankleitung 36 mit dem Tank T ver­ bunden ist. In der in Fig. 3 rechts dargestellten Schalt­ stellung b des Wegeventils 14 ist die Verstellpumpe 10 über die Arbeitsleitung 16 mit dem in Fig. 3 linken Zylin­ derringraum 20 und der andere Zylinderringraum 22 über die Arbeitsleitung 18 und die Tankleitung 36 mit dem Tank T verbunden. Je nach Stellung des Ventilschiebers des stetig verstellbaren Wegeventils 14 läßt sich somit einer der bei­ den Ringräume 20, 22 mit Druckfluid beaufschlagen, so daß der Druckübersetzerkolben 8 nach links (Ansicht in Fig. 3) oder rechts bewegbar ist, wobei das Arbeitsfluid im sich jeweils verkleinernden Ringraum 20 bzw. 22 zum Tank T hin entspannt wird.

Jede der Arbeitsleitungen 16, 18 ist mit einem Druck­ aufnehmer 38 versehen, über den der Druck im Ringraum 20 bzw. 22 erfaßbar ist. Die Axialbewegung des Drucküberset­ zerkolbens 8 wird über einen Wegaufnehmer 40 erfaßt, der ebenfalls an die Steuereinheit 34 angeschlossen ist, so daß die Ansteuerung des Proportionalventiles 14 in Abhängigkeit vom Druckübersetzerkolbenhub und vom Druck in den Ringräu­ men 20 bzw. 22 erfolgen kann.

In jeden Zylinderraum 30, 32 mündet eine Sekundärlei­ tung 42. Da bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs­ beispiel die sich an die beiden Zylinderräume 30, 32 an­ schließenden Abschnitte des Sekundärkreises im wesentlichen gleich aufgebaut sind, wird im folgenden der Einfachheit halber lediglich der in Fig. 3 links dargestellte Teil des Sekundärkreises beschrieben.

Von der Sekundärleitung 42 zweigt eine Hochdruckleitung 44 ab, die bis zur Ausgangsleitung 6 geführt ist. In dieser Hochdruckleitung 44 ist ein Druckventil 46 angeordnet, das als Rückschlagventil ausgeführt ist, das eine Durchströmung der Hochdruckleitung 44 lediglich in der Richtung weg vom Zylinderraum 30 bzw. 32 zuläßt.

Von der Sekundärleitung 42 zweigt des weiteren noch ei­ ne Eingangsleitung 48 ab, die in eine Zulaufleitung 50 mün­ det, die mit einem Druckwassertank HFA verbunden ist. Unter Druckwasser versteht man eine schwer entflammbare Flüssig­ keit auf der Basis von Wasser, das mit einem Konzentrat vermischt ist, das einen Schutz der Bauteile gegen Ver­ schleiß und Korrosion gewährleisten soll.

In der Eingangsleitung 48 ist ein Saugventil 52 vorge­ sehen, das lediglich eine Strömung vom HFA-Tank hin zum Zy­ linderraum 30 zuläßt. Die Saug- und Druckventile 52, 46 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Rückschlagven­ til ausgeführt. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, können jedoch auch andere Ventilkonstruktionen eingesetzt werden.

Zur Vergleichmäßigung des Ausgangsdruckes kann in der Ausgangsleitung 6 noch ein Druckgefäß (nicht gezeigt) vor­ gesehen werden.

Da Primär- und Sekundärkreis mit unterschiedlichen Medi­ en arbeiten, müssen geeignete Dichteinrichtungen vorgesehen werden, um die Kreisläufe innerhalb des Druckübersetzers 4 voneinander zu trennen. Zur Rückführung eventueller Lecka­ geflüssigkeiten sind im Druckübersetzer 8 Leckageleitungen (gestrichelt angedeutet) vorgesehen, über die das Druckwas­ ser bzw. das Hydrauliköl zum jeweiligen Tank rückführbar ist.

Zur Durchführung eines Arbeitshubs wird der Ventil­ schieber des Proportionalventils 14 beispielsweise in der Darstellung nach Fig. 3 nach links verschoben, so daß die Verbindung zwischen dem Zylinderringraum 20 und der Ver­ stellpumpe 10 aufgesteuert wird, so daß das mit einem vor­ bestimmten Vordruck von beispielsweise 280 Bar druckbeauf­ schlagte Hydrauliköl dem Ringraum 20 zugeführt wird und da­ durch der Druckübersetzerkolben 8 nach rechts bewegt wird. Das aus dem anderen Ringraum 22 verdrängte Hydrauliköl wird über die Arbeitsleitung 18 und das Proportionalventil 14 zum Tank T zurückgeführt.

Durch die Axialbewegung des Druckübersetzerkolbens 8 wird der Zylinderraum 30 vergrößert, so daß durch den ent­ stehenden Unterdruck Druckwasser über das Saugventil 52, die Eingangsleitung 48 und die Zulaufleitung 50 aus dem HFA-Tank angesaugt wird. Gleichzeitig wird das in einem vorherigen Arbeitshub im Zylinderraum 32 befindliche Druck­ wasser durch die sich nach rechts (Fig. 3) bewegende Kol­ benstange 28 mit Druck beaufschlagt und über das Druckven­ til 46 zur gemeinsamen Ausgangsleitung 6 und damit zum Um­ formwerkzeug 2 gefördert. Der sich im Sekundärkreis ein­ stellende Druck ist entsprechend des Durchmesserverhältnis­ ses zwischen dem Ringraum der Zylinderräume 20 bzw. 22 und der Stirnseite der Kolbenstange 28 bzw. 26 gegenüber dem von der Verstellpumpe 10 gelieferten Druck im Primärkreis vergrößert. Dieser Ausgangsdruck des Sekundärkreises wird über einen weiteren Druckaufnehmer 54 (siehe Fig. 2) ge­ messen, der ebenfalls mit der Steuereinheit 34 verbunden ist, so daß das Proportionalventil 14 auch in Abhängigkeit vom Systemdruck des Sekundärkreises ansteuerbar ist.

Der in Fig. 2 rechts dargestellte Druckübersetzer 4b hat - wie bereits erwähnt - im Prinzip den gleichen Aufbau, wobei die Hochdruckleitungen 44b ebenfalls zur gemeinsamen Ausgangsleitung 6 geführt sind. Der Druckübersetzer 4b wird ebenfalls über die Verstellpumpe 10 und die sich verzweigende Pumpenleitung 12 mit Arbeitsmittel versorgt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Ausgangsleitung 6 nach ein Abschaltventil 56 vorgesehen, über das die Verbindung zum Umformwerkzeug 2 absperrbar und das Umformwerkzeug 2 zur Dekompression mit dem HFA-Tank verbindbar ist.

Zur Absicherung der Bauelemente ist in der Ausgangslei­ tung 6 noch ein Überdruckventil 58 vorgesehen, über das bei Überschreiten eines voreinstellbaren Ausgangsdruckes das Druckwasser in den HFA-Tank entspannbar ist.

Die Ansteuerung der den beiden Druckübersetzern 4a, 4b zugeordneten Proportionalventile 14 erfolgt entgegenge­ setzt, so daß ein kontinuierlicher Förderstrom erreicht wird. Dabei ist besonders zu beachten, daß im Bereich des Totpunktes des Druckübersetzerkolbens 8 die Drucküberset­ zerkolbenbewegung durch entsprechende Ansteuerung über das Proportionalventil 14 des einen Druckübersetzers 4a ver­ langsamt werden muß, so daß praktisch keine Förderung er­ folgt. Um dies auszugleichen, wird das Proportionalventil 14 des anderen Druckübersetzers 4b derart angesteuert, daß der Druckübersetzerkolben 8 im gleichen Maße beschleunigt wird, wie der Druckübersetzerkolben 8 des Druckübersetzers 4a verzögert wird, so daß die Verminderung der Förderung des Druckübersetzers 4a durch eine erhöhte Förderung des Druckübersetzers 4b ausgeglichen wird. Eine derartige An­ steuerung ist bei der Verwendung von Schaltventilen nicht oder nur mit äußerst hohem vorrichtungstechnischen Aufwand möglich.

Wie bereits eingangs erwähnt, läßt sich der dem Umform­ werkzeug 2 zuzuführende Förderstrom durch die Drehzahl der Verstellpumpe 10 und gegebenenfalls durch eine entspre­ chende Variation des Druckübersetzerkolbenhubes variieren. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel läßt sich bei einem Maximaldruck von ca. 250 bar ein maximaler Förderstrom im Sekundärkreis von 30 l/min einstellen.

Die Druckregelung erfolgt durch Aufnahme der Drücke im Sekundär- und Primärkreis über die Druckaufnehmer 54 und 38 und eine entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Propor­ tionalventile 14.

Die Volumendosierung des Förderstromes erfolgt durch Veränderung des Druckübersetzerkolbenhubes oder durch Ver­ änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Druckübersetzer­ kolben 8.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpenanordnung zeichnet sich des weiteren durch verkürzte Umrüstzeiten aus, da Hy­ drauliköl lediglich im Primärkreis verwendet wird, während der Sekundärkreis durch einfacher zu handhabendes Druckwas­ ser betrieben wird. Die Umrüstzeiten bei dem Wechsel von Umformwerkzeugen 2 läßt sich mit der erfindungsgemäßen Lö­ sung weiter verringern, da in der Steuereinheit 34 an das jeweilige Umformwerkzeug 2 angepaßte Datensätze ablegbar sind, über die die Ansteuerung der Proportionalventile 14 in geeigneter Weise und in Abhängigkeit vom Umformwerkzeug erfolgt, so daß eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingungen der Hochdruckpumpenanordnung möglich ist.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ beispiel geringfügig abgewandelter Druckübersetzer 104 ein­ gesetzt wird, dem anstelle der beiden Druckventile 52 ein Steuerventil 62 zugeordnet ist, über das das druckbeauf­ schlagte Druckwasser der Ausgangsleitung 6 zuführbar ist.

Der Druckübersetzerkolben 108 des Druckübersetzers 104 gemäß Fig. 4 hat einen Gleichgangkolbenabschnitt mit einem Mittelteil 64, an das sich beidseitig zwei Kolbenstangen 65, 66 anschließen. Dieser Gleichgangkolbenabschnitt ist in einem Zylinderraum geführt, der durch das Mittelteil 64 in zwei Ringräume 68, 70 unterteilt ist.

Diese sind über zwei Pumpenleitungen 72, 74 mit einer über Null verschwenkbaren Verstellpumpe 110 verbunden, über die Arbeitsfluid den Ringräumen 68, 66 zuführbar ist.

Durch die Ringräume 68, 66, die Pumpenleitungen 72, 74 und die Verstellpumpe 110 ist ein Primärkreis gebildet, der im wesentlichen demjenigen der in Fig. 2 dargestellten Hochdruckpumpenanordnung entspricht, wobei bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die Ansteuerung der Ringräume zur Druckübersetzerkolbenbewegung durch die über Null verschwenkbare Verstellpumpe 110 erfolgt, während sie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über das Pro­ partionalventil 14 erfolgt.

Die Kolbenstange 66 ist Teil eines weiteren Gleichgang­ kolbenabschnittes, der ein weiteres im Durchmesser vergrö­ ßertes Mittelstück 76 und eine sich daran anschließende Kolbenstange 78 hat. Das heißt, der Druckübersetzerkolben 108 des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels hat zwei Gleichgangkolbenabschnitte, die über eine gemeinsame Kolbenstange 66 miteinander verbunden sind. Der Durchmesser des Mittelstückes 76 ist geringer als der Durchmesser des Mittelteils 64, so daß bei gleichbleibendem Kolbenstangen­ durchmesser das Druckübersetzungsverhältnis durch die Durchmesserverhältnisse der Teile 64, 76 bestimmt ist.

Das Mittelstück 76 trennt zwei Sekundärzylinderräume 80, 82 voneinander, die Teil des Sekundärkreises sind. Die beiden Sekundär-Zylinderräume 80, 82 sind über Eingangslei­ tungen 148 mit dem HFA-Tank verbunden, wobei in jeder Ein­ gangsleitung 148 ein Saugventil 152 vorgesehen ist.

In den Sekundär-Zylinderräumen 80, 82 mündet jeweils eine Hochdruckleitung 144a bzw. 144b, die zu den beiden Eingängen des Steuerventils 62 geführt sind.

Dieses Steuerventil 62 ist als Wechselventil aufgebaut und hat einen Steuerventilschieber 84, dessen im Durchmes­ ser vergrößerter Steuerschieber 86 einen Steuerzylinderraum 88 unterteilt, dessen beide Teilräume mit den Hochdrucklei­ tungen 144a bzw. 144b verbunden sind. Der Steuerschieber 86 wirkt praktisch wie der Ventilkörper eines Wechselventils, so daß in der in Fig. 4 gezeigten Darstellung die Hoch­ druckleitung 144b des Druckübersetzers 108 mit der Aus­ gangsleitung 6 verbunden ist, während bei einer Bewegung des Steuerschiebers 86 nach rechts (Fig. 4) die Ausgangs­ leitung 144a mit der Hochdruckleitung 6 verbunden ist.

An dem in Fig. 4 linken Endabschnitt des Steuerventil­ schiebers 84 ist ein weiterer Gleichgangkolben 90 ausgebil­ det, dessen eine Kolbenstange 92 mit dem Steuerschieber 86 verbunden ist.

Der Gleichgangkolben 90 unterteilt einen weiteren Zy­ linderraum 94 in zwei Ringräume 94a, 94b, die über Steuer­ leitungen 96 bzw. 98 mit den Pumpenleitungen 72 bzw. 74 verbunden sind. In jeder Steuerleitung 96, 98 ist eine Drosselventileinrichtung vorgesehen, die mit einer ein­ stellbaren Drossel versehen ist, die über eine Bypass-Lei­ tung mit einem Rückschlagventil umgehbar ist, das lediglich eine Rückströmung vom Ringraum 94a bzw. 94b hin zur Ver­ stellpumpe 110 erlaubt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Hub des Druckübersetzerkolbens 108 über einen Wegaufnehmer 140 er­ faßt, der mit dem Steuergerät 34 verbunden ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ringräume 68, 70 des Druckübersetzers 104 über die Pumpenleitungen 72, 74 mit der Verstellpumpe 110 zu einem geschlossenen Kreislauf verschaltet. Das gleiche gilt im Prinzip für die beiden Ringräume 94a, 94b des Steuerventils 62, die über die Steuerleitungen 96, 98 mit der Verstell­ pumpe 110 ebenfalls zu einem geschlossenen Kreislauf ver­ schaltet sind.

Zum besseren Verständnis der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, sei deren Funktion im folgenden kurz be­ schrieben.

Bei entsprechender Ansteuerung der über Null ver­ schwenkbaren Verstellpumpe 110 wird beispielsweise der Ringraum 68 (links in Fig. 4) des Primärkreises mit Hydrau­ likfluid beaufschlagt, so daß der Druckübersetzerkolben 108 in der Darstellung nach Fig. 4 nach rechts bewegt wird. Das aus dem Ringraum 70 verdrängte Hydraulikfluid wird zurück zur Verstellpumpe 110 geführt. Durch die Axialbewegung des Druckübersetzerkolbens 108 wird das sich im Ringraum 82 be­ findliche Druckwasser des Sekundärkreises entsprechend des Druckes im Primärkreis und des Flächenverhältnisses der beiden Ringräume 68 und 82 mit Druck beaufschlagt und über die Hochdruckleitung 144b zum Steuerzylinderraum 88 ge­ führt. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 96 druckbe­ aufschlagtes Hydraulikfluid zum dem Ringraum 94a geleitet, so daß der Gleichgangkolben und damit der Steuerventil­ schieber 84 in der Darstellung nach Fig. 4 nach links be­ wegt wird. Das im Ringraum 94b befindliche Hydraulikfluid wird über die Steuerleitung 98 zurück zur Verstellpumpe 110 geleitet. Durch die Axialbewegung des Steuerventilschiebers 84 wird der mit der Ausgangsleitung 6 verbundene Ausgangs­ anschluß D des Steuerventils 62 aufgesteuert, so daß das druckbeaufschlagte Druckwasser aus dem Zylinderraum 88 über die Ausgangsleitung 6 zum Umformwerkzeug 2 geführt werden kann.

Gleichzeitig wird durch die Druckübersetzerkolbenbewe­ gung 108 Druckwasser über das Saugventil 152 und die Ein­ gangsleitung 48 aus dem HFA-Tank angesaugt und dem Ringraum 80 zugeführt, so daß dieses Druckwasser beim Rückhub des Druckübersetzerkolbens 108 unter Druck gesetzt werden kann. Das während der Steuerventilschieberbewegung 84 aus dem Ringraum 94b verdrängte Hydraulikfluid wird über die Steu­ erleitung 98 zur Verstellpumpe 110 zurückgeführt.

Bei Erreichen des Maximalhubes, der über den Wegaufneh­ mer 140 erfaßt wird, wird die Verstellpumpe 110 entspre­ chend angesteuert, so daß eine Umkehr der Förderrichtung erfolgt und entsprechend der Steuerventilschieber 84 aus seiner linken Position in die nicht gezeigte rechte Endpo­ sition bewegt wird, in der die Verbindung vom Ringraum 80 über die Hochdruckleitung 144a und den Steuerventilanschluß D zur Ausgangsleitung 6 geöffnet ist, so daß das im Ring­ raum 82 mit Druck beaufschlagte Druckwasser während des Rückhubes des Druckübersetzerkolbens 108 dem Umformwerkzeug 2 zuführbar ist.

Wie bereits ausgeführt, wird bei diesem Ausführungsbei­ spiel die Funktion der beiden Druckventile 46 durch das ge­ meinsame Steuerventil 62 übernommen, dessen Steuercharakte­ ristik noch durch geeignete Wahl der Drosselventileinrich­ tung 100 und durch Ansteuerung der Verstellpumpe 110 vari­ ierbar ist, so daß eine größere Flexibilität und Anpaßbar­ keit an unterschiedliche Betriebsbedingungen als beim vor­ beschriebenen Ausführungsbeispiel erzielbar ist. Dieser Vorteil wird allerdings durch einen erhöhten vorrichtungs­ technischen Aufwand erkauft.

Selbstverständlich ließe sich auch bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel das Proportionalventil 14 und die Verstellpumpe 10 gegen eine über Null verschwenkbare Verstellpumpe 110 ersetzen, während die Druckventilanord­ nung unverändert bleiben kann. Umgekehrt ließe sich selbst­ verständlich auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Druckventilanordnung alleine gegen das Steuerventil 62 aus­ tauschen, wobei die Ansteuerung der beiden Ringräume 94a, 94b über das Proportionalventil erfolgen könnte.

Claims (10)

1. Hochdruckpumpenanordnung mit zwei parallel geschalteten Druckübersetzern (4a, 4b), die jeweils einen Zylinder haben, in dem ein Druckübersetzerkolben (8) geführt ist, der über eine Primärpumpe (10) und ein Ventil (14) mit einem Fluiddruck eines Primärkreises beaufschlagbar ist, und der zumindest einen Hochdruckkolbenabschnitt (26, 28; 76) trägt, der auf ein Druckfluid - eines Se­ kundärkreises - wirkt, das über eine Ventilanordnung (46, 52; 62) aus einem Druckfluidtank (HFA) entnehmbar und druckbeaufschlagt abgebbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil ein stetig verstellbares Wege­ ventil (14) ist.

2. Hochdruckpumpenanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetig verstellbare Wegeventil (14) eine Zwischenschwimmstellung hat, in der der zuge­ ordnete Druckübersetzer (4a, 4b) mit einem Tank (T) und der Primärpumpe (10, 110) verbunden sind.

3. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerein­ heit (34), über die die Ansteuerung der beiden Wegeven­ tile (14) in Abhängigkeit vom Druckübersetzerkolbenhub oder vom Druckfluiddruck oder vom Druck im Primärkreis erfolgt.

4. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beiden We­ geventilen (14) eine gemeinsame Verstellpumpe (10) als Primärpumpe zugeordnet ist.

5. Hochdruckpumpenanordnung mit zwei parallel geschalteten Druckübersetzern (4a, 4b), die jeweils einen Zylinder haben, in dem ein Druckübersetzerkolben (108) geführt ist, der über eine Primärpumpenanordnung (110) mit ei­ nem Fluiddruck eines Primärkreises beaufschlagbar ist und der zumindest einen Hochdruckkolbenabschnitt (26, 28; 76) trägt, der auf ein Druckfluid wirkt, das über eine Ventilanordnung (46, 48; 62) aus einem Druckfluid­ tank (HFA) entnehmbar und druckbeaufschlagt abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpumpenanord­ nung eine über Null verschwenkbare Verstellpumpe (110) ist.

6. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Patentsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ übersetzerkolben als Gleichgangkolben (8) mit einem Mittelabschnitt (24) und zwei Kolbenstangen (26, 28) ausgeführt ist, und daß jedem Kolbenstangenzylinderraum ein Saugventil (52) und ein Druckventil (46) zugeordnet sind, die jeweils als Rückschlagventil ausgeführt sind.

7. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärpumpen­ anordnung (110) bzw. dem stetig verstellbaren Ventil (14) ein Steuerventil (62) zur Abgabe des druckbeauf­ schlagten Druckfluids an den Verbraucher (2) zugeordnet ist, wobei das Steuerventil (62) ein Wechselventil mit einem Steuerventilschieber (84) hat, der in Abhängig­ keit vom Ausgangsdruck des stetig verstellbaren Wege­ ventiles (14) bzw. der über Null verschwenkbaren Ver­ stellpumpe (110) ansteuerbar ist, um das Druckfluid wechselweise aus den Hochdruckzylinderräumen (30, 32; 82) eines Druckübersetzers (4a, 4b) abzuführen.

8. Hochdruckpumpenanordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilschieber (84) einen Gleichgangkolben (90) hat, der in einem Steuerzylinder­ raum geführt ist, dessen durch den Gleichgangkolben (90) getrennte Ringräume (94a, 94b) über die über Null schwenkbare Verstellpumpe (110) bzw. das stetig ver­ stellbare Wegeventil (14) ansteuerbar sind.

9. Hochdruckpumpenanordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringräume (68, 70) des Druckübersetzers (4a, 4b) und/oder die beiden Ringräume (94a, 94b) des Steuerventils (92) mit der über Null verschwenkbaren Verstellpumpe (110) zu einem geschlos­ senen Kreislauf verbunden sind.

10. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid im Primärkreis Hydrauliköl und das Druckfluid Druckwas­ ser ist.