DE19961436A1 - Hydrodruckdose - Google Patents

Abstract

Bei der Erzeugung hoher Drücke werden vorteilhafterweise die Probleme bei der bewegten Dichtung (Kolben gegenüber Zylinder) und der großen Energieeinbringung dadurch eliminiert, daß ein nach außen hin geschlossener Zylinder (abgesehen von einer Druckentnahmebohrung) mittels der Massenkräfte, einer schwingenden Masse, axial oder/und radial verformt wird.

Description

Die im Kapitel "Stand der Technik" erwähnten Probleme, nämlich das Dichtungsproblem und das Problem der großen Energieeinbringung werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Druck in einem Gefäß erzeugt wird, das allseitig geschlossen ist, außer an einer Stelle, wo die Druckflüssigkeit zum Zweck des Innendruckpulsens oder anderem Zweck abgenommen wird. Die Kompression der Flüssigkeit wird durch Zusammendrücken des Gefäßes erreicht, das vorzugsweise ein Zylinder mit Deckel ist.

Dieser Zylinder kann sowohl achsial als auch radial zusammengedrückt werden. Die dabei erforderlichen großen Kräfte zum Komprimieren der Flüssigkeit und zusätzlich zum Verformen des Gefäßes werden erfin­ dungsgemäß dadurch erreicht, daß eine entsprechend große Masse gegen das als Feder wirkende Gefäß schwingt. Vorteilhafterweise werden dabei - um eine einfache Dichtwirkung zwischen Zylinder und Deckel zu ermöglichen - als Gegenfeder die Schrauben verwendet, die den Deckel auf den Zylinder (achsial) pressen. Der Zylinder kann mittels einer derartigen Masse achsial verformt werden, wobei vorteilhafterweise die Aufweitung des Zylinders durch den entstehenden Innendruck mittels Spannringe verringert werden kann. Diese Ringen müssen aber mit Abstand voneinander aufgeschrumpft werden, damit die achsiale Zusammendrückung zumindest nur teilweise ebenfalls behindert wird. Der Zylinder kann alternativ zu einer achsialen Verformung radial zu­ sammengedrückt werden. Dazu können kegelige Spannringe verwendet werden. Um die achsiale Aufweitung weitgehend zu verhindern, müssen dabei die - wie erwähnt, als Federn wirkenden Spannschrauben sehr steif sein (große Durchmesser).

Es ist auch möglich, die schwingende Masse sowohl auf den Zylinder (in Achsrichtung) wirken zu lassen als auch (gleichzeitig) auf die erwähnten Spannringe.

Eine radiale Einschnürung kann alternativ zu Spannringen auch hydraulisch erfolgen. Dabei wird vorteilhafterweise um den Zylinder ein zweiter angeordnet und der Zwischenraum mit druckpulsierendem Fluid beaufschlagt. Der Vorteil liegt darin, daß der Druck im Inneren des inneren Zylinders größer ist als der in dem Zwischenraum erzeugten. Diese Verstärkungswirkung kann durch achsiales Hintereinanderschalten mehrerer solcher konzentrischer Zylinder erhöht werden.

Stand der Technik

Bekannt sind Druckerzeugungseinrichtungen, bestehend aus einem Zylin­ der mit Kolben, wobei der Kolben mechanisch oder - als Stufenkolben aus­ gebildet - hydraulisch betätigt wird. Bei hohen Drücken ist dabei die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder problematisch. Stopfbuchs­ packungen als Dichtung sind einem großen Verschleiß unterworfen. Spalt­ dichtungen haben bei großen Drücken große Leckage. Problematisch ist auch die Festigkeit. Hier ist jedoch Frettage und Autofrettage eine gute Abhilfe, die meistens ausreicht.

Bekannt sind auch geschlossene Hohlkörper, zumeist aus Gummi, die durch Zusammendrücken Druckerzeugung ermöglichen. Diese sind jedoch nur für sehr geringe Drücke geeignet.

Bei hohen Drücken ist eine große Energieeinspeisung (über den Kolben) erforderlich, obwohl bei Festigkeitstests an Körpern unter Innendruck die eingebrachte Energie reversibel ist, d. h., zurückgewonnen werden könnte, wenn es geeignete Schwingsysteme gäbe.

Problematisch bei Verwendung von üblichen Hydropulsern zur Energieein­ bringung ist der für diese Einrichtungen zu große Kolbenweg, es sei denn, es wird ein Druckübersetzer eingesetzt, der zusätzliche Dichtungen erfor­ dert.

Wird die Energie direkt - oder hydraulisch indirekt - über einen Kurbeltrieb eingebracht, so kann die Kompressionsarbeit zwar rückgewonnen werden, es ist jedoch eine sehr hohe Stangenkraft erforderlich, die die Einrichtung aufwendig macht.

Beschreibung spezieller konstruktiver Ausführungen und Erläuterung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine "Schwingdose", bei der ein Zylinder 1 über Stehbolzen 2 durch Platten 3 und 4 verschlossen ist.

Die Platten 3 und 4 weisen große Massen auf, die gegen den Zylinder bzw. die Stehbolzen schwingen. Angeregt wird dieses Feder-Masse- System durch eine periodische äußere Kraft, die z. B. über einen Kolben 5, der sich in einem Zylinder 6 befindet, aufgebracht wird, wobei der Innen­ raum des Zylinders 6 periodisch mit Druckfluid beaufschlagt wird.

Anstelle einer Erregerkraft über Kolben 5 und Zylinder 6 ist auch eine Erregung über einen Kurbeltrieb oder einen Elektromagneten möglich. Auf den Zylinder 1 sind Ringe 7 aufgeschrumpft. Diese haben großen Außendurchmesser, lassen aber einen Teil der Zylinderaußenwand frei. damit ist eine radiale Aufweitung - die die Kompression durch die achsiale Verkürzung teilweise aufheben würde - weitgehend behindert.

Im Zylinder 1 befindet sich ein Bolzen 8, der achsial nur so viel Spiel hat, daß die Verformung des Zylinders eben nicht behindert wird und radial nur ein Spiel im 1/1000stel mm Bereich hat, so daß das zu komprimierende Volumen möglichst klein und damit der Druckanstieg möglichst groß ist.

Fig. 2 zeigt eine "Schwingdose", bei der ein Zylinder 1 über einen zentralen Stehbolzen 2 - der gleichzeitig den Innenraum des Zylinders 1 weitgehend ausfüllt - mittels Deckplatten 8 und 9 verschlossen ist. Die Massenkraft der schwingenden Masse 3 wird über Distanzrohr 11 und Spannringe 7 auf den Zylinder 1 geleitet. Dadurch, daß die Ringe 7 (im Gegensatz zu der Konstruktion nach Fig. 1) konisch ausgebildet sind, wird hier eine radiale Einschnürkraft erzeugt. Die Distanzringe 11 verhindern, daß die Spannringe 7 nach unten wegrutschen.

Wie bei der Konstruktion nach Fig. 1 ist der Innenraum des Zylinders 1 metallisch weitgehend ausgefüllt, um das zu komprimierende Volumen klein zu halten. Das radiale Spiel zwischen Bolzen 2 und der Zylinderwand ist deshalb nur so groß, wie es nötig ist, um die radiale Einschnürung des Zylinders 1 nicht zu behindern.

Eine achsiale Verlängerung des Zylinders 1 wird durch den Bolzen 2 weit­ gehend verhindert, zudem ist die druckbeaufschlagte Ringfläche, die eine achsiale Verlängerung des Zylinders bzw. des Bolzens über den anstehenden Überdruck bewirkt, sehr klein.

Die Erregerkraft kann wie bei der Ausführung nach Fig. 1 eingeleitet werden, das heißt, z. B. über einen Kolben 5 in einem Zylinder 6.

Fig. 3 zeigt eine "Schwingdose", bei der ein Zylinder 1 mittels Stehbolzen 2 oben über die Platte 3 und den Knochen 9 und unten über die Platte 4 und das Druckstück 12 verschlossen ist.

Wie bei der Konstruktion nach Fig. 2 bewirkt die Massenkraft der Platte 3 über die Spannringe 7 eine Einschnürung des Zylinders 1, wobei ebenfalls die Distanzringe 10 und 11 der Kraftweiterleitung bzw. der achsialen Ab­ stützung dienen.

Gleichzeitig wirkt die Massenkraft der Platte 3 bei dieser Konstruktion über den Knochen 9 aber auch achsial auf den Zylinder 1, so daß dieser sowohl gestaucht als auch eingeschnürt wird.

Die Ringe 12 und 13 sind auf den Zylinder aufgeschrumpft, um dessen Belastbarkeit zu erhöhen, gleichzeitig ist der Bolzen 8 bzw. 14 in den Zy­ linder 1 eingeschrumpft, so daß der Bolzen 8 gegen den Zylinder 1 abgedichtet ist.

Die Erregung kann wie bei der Konstruktion nach Fig. 1 bzw. 2 erfolgen, das heißt, z. B. über einen Kolben 5 im Zylinder 6.

Die Spiele zwischen Bolzen 8 bzw. 14 und Zylinder 1 sind wieder so klein, daß lediglich die gewünschte Verformung möglich ist.

Fig. 4 zeigt eine "Schwingdose", bei der ein Zylinder 1 über Stehbolzen 2 und Platten 3 und 4 abgedichtet ist.

Anstelle des planen Rings nach Fig. 1 bzw. des konischen nach Fig. 2 und 3 ist hier ein Rohr 7 aufgeschrumpft, das bei achsialer Verformung - infolge Biegung - auch eine radiale Einschnürung bewirkt. Im Inneren des Zylinders ist wieder ein Bolzen 8 mit dem minimal möglichen Spiel, Erregung wieder z. B. Kolben 5 und Zylinder 6.

Fig. 5 zeigt eine Konstruktion, bei der ein Zylinder 1 über dessen Flansch in ein Außenrohr 7 eingeschrumpft ist und am anderen Ende über die Dichtung 12 gegen das Außenrohr abgedichtet ist, so daß der Innenraum auch wieder abgeschlossen ist.

Der Zylinder 1 wird mittels einer pulsierenden Flüssigkeit zwischen dem Zylinder 1 und dem Außenrohr 7 radial belastet. Der Innenraum des Zylinders 1 ist wieder von einem Bolzen 8 mit minimal möglichem Spiel aufgefüllt.

Dieser Bolzen 8 ist im unteren Teil als Zylinder ausgebildet, der von dem Druck im Zylinder 1 radial verformt wird. In dem hohlen Teil des Bolzens 8 befindet sich ein Füllbolzen 10 mit minimal möglichem Spiel. Die Abdichtung der Bolzen 8 und 10 erfolgt durch radiale Presspassungen.

Die Flüssigkeit zwischen dem Zylinder 1 und dem Außenrohr 7 wird dadurch pulsierend unter Druck gesetzt, daß ein Kolben 9 in dem Außenrohr 7 zum Beispiel über einen Kolben 5 (in einem Zylinder 6) in Schwingungen versetzt wird. Die Federn dieses Schwingsystems können z. B. Stahlfedern 11 sein. Das Außenrohr 7 ist über die Stehbolzen 2 mit den Platten 3 und 4 verspannt.

Bei allen Ausführungen - d. h. Fig. 1 bis inkl. Fig. 5 - wird das eingeschlossene, pulsierend unter Druck gesetzte Fluid über eine kleine Bohrung 1a mit dem Verbraucher, z. B. einem unter Innendruck zu pulsenden Prüfling, verbunden.

Bei allen Ausführungen ist vorteilhafterweise die Platte 4 mit einem Fundament verbratzt.

Claims (11)

1. Erzeugung von Druck in Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in einem nach außen hin - bis auf eine Druckentnahmebohrung - allseits geschlossenen Körper (Druckdose) dadurch erfolgt, daß dieser Körper achsial oder/und radial verformt wird, vorzugsweise, indem die dabei erforderliche(n) Kraft (Kräfte) die Massenkraft einer schwingenden Masse ist, wobei die Druckdose samt eingeschlossener Flüssigkeit Bestandteil der für die Schwingung erforderlichen Feder ist und so zu einer "Schwingdose" wird.

2. "Schwingdose" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinderinnenraum durch zwei mittels eines zentralen oder mehrerer Stehbolzen(s) verspannten Platten bzw. "Stöpsel" nach außen abgedichtet wird, ausgenommen einer Druckentnahmebohrung.

3. "Schwingdose" nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit (des) der Stehbolzen(s) klein ist, im Vergleich zu der des Zylinders und die beiden Platten so große Massen aufweisen, daß diese durch eine hydraulische oder mechanische Erregerkraft auf diese Massen zu Schwingungen im erwünschten Frequenzbereich angeregt werden können.

4. "Schwingdose" nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Platten mit einer Fundamentplatte fest verbunden ist.

5. "Schwingdose" nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder durch Spannzüge mit großem Außendurchmesser an der Aufweitung behindert wird, wobei diese Spannzüge (achsial) Abstand voneinander haben und die Zylinderwandstärke in diesen Zwischen­ räumen relativ gering ist, um eine relativ große achsiale (negative) Dehnung zu ermöglichen.

6. "Schwingdose" nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des bzw. der Stehbolzen(s) groß ist, im Vergleich zu der des Zylinders, und der Zylinder über Spannringe, die gegen eine mit diesem verbundene Masse schwingen, radial verformt wird, wobei diese Masse durch eine hydraulische oder mechanische Kraft angeregt wird.

7. "Schwingdose" nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Stehbolzen klein ist, im Vergleich zu der des Zylinders, und daß der Zylinder, sowohl über Spannringe radial als auch über ein vorzugsweise knochenförmiges Druckstück achsial verformt wird, wobei die Steifigkeit des Druckstücks relativ zu der der Spannringe so gewählt wird, daß die Massenkraft der hydraulisch oder mechanisch erregten Masse (die sowohl auf die Spannringe als auch auf das Druckstück wirkt) sowohl zu einer ausreichend großen achsialen Verkürzung als auch zu ausreichend großer radialer Einschnürung führt.

8. "Schwingdose" nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des (der) Stehbolzen groß ist, im Vergleich zu der des Zylinders und daß der Zylinder von einem weiteren Zylinder umgeben ist und der Zwischenraum zwischen den beiden Zylindern mit pulsierendem Fluid beaufschlagt wird, wobei die Druckpulsation vorzugsweise aus einem weiteren Zylinder hergeleitet wird, der durch einen Kolben verschlossen ist und daß dieser Kolben über eine hydraulische oder mechanische Kraft zum Schwingen angeregt wird.

9. "Schwingdose" nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Schwingdose, d. h. dem außen beaufschlagten Zylinder, in den Zwischenraum zweier weiterer nachgeschalteter konzentrischer Zylinder weitergeleitet wird.

10. "Schwingdose" nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stehbolzen elastisch sind im Vergleich zum Zylinder und daß auf den Zylinder ein Rohr aufgeschrumpft ist, dessen Wandstärke in der Mitte relativ klein ist aber zu den Enden hin anwächst.

11. "Schwingdose" nach einem der Ansprüche 2 bis inkl. 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der "Schwingdose", d. h. dem Zylinder, in dem der Druck erzeugt wird, sich ein Bolzen befindet, dessen Außendurch­ messer so groß ist, wie der - zeitlich betrachtet - kleinste des Zylinders innen, d. h. bei Anspruch 3: ohne Last und bei Anspruch 6, 7 und 10: unter Last und Entsprechendes bezüglich der Länge des Bolzens.