DE2150176A1

DE2150176A1 - Vorrichtung zur Erzeugung hoher Druecke

Info

Publication number: DE2150176A1
Application number: DE19712150176
Authority: DE
Inventors: E L J Papen
Original assignee: National Forge Co
Current assignee: National Forge Co
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1971-10-07
Publication date: 1972-05-10
Also published as: FR2110263A1; BE773148A; FR2110263B1; US3740169A; SE375264B; GB1370643A

Description

National Forge Company/ Irvine, Pennsylvania, V.St.A.

Vorrichtung zur Erzeugung hoher Drücke

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung hoher Drücke und insbesondere Vorrichtungen, mit denen hohe Arbeitsmitteldrücke von der Größenordnung von 700 bis

14 000 kg/cm (10 000 - 200 000 psi) erzeugt werden können.

Eine Quelle für ein unter hohem Druck stehendes Arbeitsmittel ist für eine Vielfalt von industriellen und anderen Prozessen, beispielsweise für isostatische Pressen und hydrostatische Extrusierungspressen, erforderlich. Bei den bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen besteht jedoch eine ganze Anzahl von Problemen. Sie sind gewöhnlich schwer, haben einen großen Durchmesser, sind langsam und doppelt wirkend, verwenden keine ähnliche Teile und lassen sich nicht leicht so abändern, daß eine Druckverstärkung über den Druck hinaus erhalten wird, für den die Vorrichtung ursprünglich bestimmt war.

Bei den bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen wird eine Druckverstärkung durch eine Reihe von Kolben von abnehmendem Durchmesser erzielt, von denen jeder durch einen

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benachbarten Kolben gedrückt wird und gegen einen benachbarten Kolben drückt. Auf diese Weise werden die Kräfte, wie sie auf die Kolben ausgeübt werden, hydraulisch übertragen und ist eine Reihe von Kammern mit zunehmender Wandstärke, um den hohen Drücken standzuhalten, erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Druckerzeugungsvorrichtung mit mindestens zwei Kolben, von denen jeder zur Bewegung innerhalb von voneinander in Abstand befindlichen, axial ausgefluchteten Zylindern gelagert ist, wobei der Arbeitsmitteldruck einer gewählten Seite der Kolben zugeführt werden kann, um diese Kolben in ihren entsprechenden Zylindern zu bewegen. Die Erfindung unterscheidet sich dadurch, daß eine Schubstange führend zwischen benachbarten Enden der Kolben für den Angriff derselben angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche jedes der Kolben größer als die Querschnittsflächen der Schubstange und der diesem Kolben zugeordneten Plunger ist. Da die Querschnittsflächen jedes der Kolben die Querschnittsflächen des Plungers und der Schubstange überschreiten, wird ein hydraulischer Vorteil erzielt, der den Druck von der äußeren Quelle wirksam verstärkt. Das Verhältnis der Druckverstärkung wird durch die Verhältnisse der Querschnittsflächen der Kolben zu den Querschnittsflächen des Plungers und der Schubstange bestimmt, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind der erste und der zweite Kolben doppelt-wirkend. Arbeitsmittel von der äußeren Quelle kann zuerst ein und derselben Seite jedes der Kolben zugeführt werden, um eine Kraft auf einen der Plunger auszuüben. Das Niederdruck-Arbeitsmittel kann sodann gegen die entgegengesetzten Seiten der Kolben wirksam gemacht werden, so daß sie in der entgegengesetzten Richtung gleiten und schließlich eine Kraft auf den anderen Plunger ausüben.

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Bei einer solchen doppelt-wirkenden Ausführungsform können die Plunger mit den Kolben mittels geschlitzter Federstifte verbunden werden. Dies ist wünschenswert, damit ein Kolben, der sich aus der Antriebsstellung für den entsprechenden Plunger zurückzieht, den Plunger mit sich zieht und nicht wie ein Hammer auf den Plunger wirkt, wenn er in seine Antriebsstellung zurückkehrt. Bei der Berechnung des Verhältnisses der Druckverstärkung bei doppelt-wirkenden Ausführungsformen muß der Gegenkraft Rechnung getragen werden, die auf das Ende des nicht angetriebenen Plungers ausgeübt wird.

Da die zusätzliche Kraft vom zweiten Kolben über die Schubstange auf den ersten Kolben übertragen wird, sind die auf die Kolben durch das Niederdruckarbeitsmittel ausgeübten Kräfte eher mechanisch additiv statt hydraulisch, wenn die Zufuhr zum ersten Plunger erfolgt.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen besteht darin, daß die Zylinderwände nicht übermäßig dick zu sein brauchen, da der einzige Bereich, in welchem ein hoher Druck im Arbeitsmittel entwickelt wird, sich in den Endkörperhohlräuinen befindet, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Außerdem können, da die in den Zylinderwänden durch das Niederdruck-Arbeitsmittel entwickelte Spannung direkt proportional dem Innendurchmesser des Zylinders ist, die Wände einer Reihe von Zylindern von verhältnismäßig kleinem Durchmesser dünner als die Wände eines einzigen Zylinders von verhältnismäßig großem Durchmesser sein. Aas diesen Gründen läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht unter Verwendung von Stufen von verhältnismäßig geringem Gewicht, die leicht zu transportieren und zu handhaben sind, zusammenbauen.

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Ferner ist wegen der Reihe von Hydrozylindern, von denen jeder seinen eigenen Satz von Arbeitsinittel-Einlaßkanälen aufweist, die erfindungsgemäße Vorrichtung rascher wirkend als eine Druckerzeugungsvorrichtung mit nur einem einzigen Arbeitsmitteleinlaßkanal. Bs ist außerdem bekannt, daß die in den Wänden der Einlaßverbindungen entwickelte Spannung direkt proportional dem Durchmesser des Einlaßkanals ist, so daß eine praktische Grenze für die Querschnittsgröße eines einzigen Kanals besteht. Bei der erfindungsgemäßen Reihenschaltung und mit einer Schubstange zwischen voneinander in Abstand befindlichen Kolben können die kumulativen Querschnittsflächen der einzelnen Einlaßkanäle leicht eine solche praktische Grenze überschreiten. Es kann daher das gleiche Arbeitsmittelvolumen in die erfindungsgemäße Zylinderreihe rascher eingeleitet und abgeleitet werden als bei einem einzigen großen Zylinder.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Bauform zur Veränderung des Verhältnisses der Druckverstärkung durch Zu- oder Abschaltung von Hydrozylindern eignet. Dies kann leicht geschehen, da die Hydrozylinder zweckmäßig längs einer einzigen Achse durch ein System von Zugstangen, Muttern und Scheiben gehalten werden. An jedem Ende einer der Zugstangen sind Einbauhalterungen angeordnet. Die Ausführungsformen weisen darüber hinaus auswechselbare und Serienteile für jedes Aggregat auf, wodurch der Vorteil einer einfachen und vielseitigen Bauart und Arbeitsweise sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erzielt wird.

Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

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Figur 1 und 2, wenn sie längs der Linie 2-2 aneinander angelegt werden, einen mittigen Längsschnitt einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung.

Die in Figur 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung hoher Drücke besitzt zwei Kolben-Zylinder-Aggregate 10 und 12, die längs der gleichen Längsachse 14 angeordnet und durch ein System von Zugstangen zusammengehalten werden. Jedes Aggregat enthält einen doppelt-wirkenden Kolben 18 bzw. 20, der einen gesonderten Plunger 22 bzw. 24 antreibt. Die Kolben 18 und 20 sind miteinander durch eine Schubstange 26 verbunden.

Das Aggregat 10 weist einen zylindrischen Körper 28 mit einer gleichachsigen Bohrung 30 auf, innerhalb welcher der Kolben 18 gleitbar ist. Unter der Bezeichnung "gleichachsige Bohrung", wie sie hier verwendet wird, ist eine Bohrung zu verstehen, deren Mittelachse mit der Achse zusammenfällt. An den entgegengesetzten Enden des Kolbens 18 ist eine Reihe von zylindrischen Schultern von abnehmendem Durchmesser vorgesehen. Um die Schultern 32 des ersten Satzes herum ist je eine ringförmige Dichtung 34 angeordnet, die an der Seite der Bohrung anliegt. Um die Schultern 36 von verringertem Durchmesser des nächsten Satzes herum ist je ein Haltering 38 angeordnet, welcher die Dichtungen 34 gegen die Enden des Kolbens 18 drückt, um festen Kontakt mit der Bohrung 30 herzustellen. Die der Schubstange 26 am nächsten gelegene Schulter 36 ist an ihrem äußeren Teil mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 40 versehen. Die Mutter 40 weist eine axiale Bohrung 42 auf, von der ein Teil mit einem Gewinde für den Eingriff mit der Schulter 36 versehen ist. Der nicht in Eingriff stehende Teil der Bohrung 42 dient zur Aufnahme des einen Endes 44 der Schubstange 26, die bei einem hohen Druck in den Endhohlräumen, die nachfolgend beschrie ben werden, fest gegen das Ende des mit einem Gewinde ver-•ehenen Teils der Schulter 36 anliegt.

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Ein Teil der entgegengesetzten Schulter 36 ist mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 46 versehen. Die Mutter 46 weist eine durchgehende axiale Bohrung 48 auf, die teilweise mit einem Gewinde für den Eingriff mit der Schulter 36 versehen ist. Der nicht in Eingriff befindliche Teil der Bohrung 48 dient zur Aufnahme des einen Endes 50 des Plungers 22. Die Mutter 46 und das Plungerende 50 sind mit ausgefluchteten diametralen Bohrungen 52 bzw. 54 versehen, durch welche ein geschlitzter Federstift 56 geführt ist.

Ein abgesetzter Teil 58 von verringerten Durchiaesser der Bohrung 30 an derem dem Plunger 22 am nächsten gelegenen Ende bildet zusammen mit der Mutter 46 einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern am Ende des Kolbenhubes zu verhindern.

Vom Plungerende 50 aus erstreckt sich der Plunger aus dem Zylinder 28 heraus und nacheinander mit Paßsitz durch eine gleichachsige Bohrung 60 im Zylinder 28 und eine ringförmige Dichtung 62, die durch einen Ring 64 in ihrer Lage gehalten wird. Sowohl die Dichtung als auch der Haltering befinden sich in einer Erweiterung 66 der gleichachsigen Bohrung 60. Ferner erstreckt sich der Plunger durch eine gleichachsige Bohrung 68 in einem Führungszylinder 70. Ein Teil des Führungszylinders 70 sitzt in einer gleich achsigen Bohrung 72 im äußeren Ende des Zylinders 28. Die Bohrung 72 steht mit der Erweiterung 66 der Bohrung in Verbindung.

Eine oder mehrere diametrale öffnungen 74 im Führungszylinder 70 dienen zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Innenbohrung 63, einer ringförmigen Ausnehmung 76 in demjenigen Teil der Außenfläche des Führungszylinders 70, der sich innerhalb der Bohrung 72 befindet, und der Außen-••ite de» Zylinders 29 her. Etwa durch die Bohrung 60 und die ringförmig· Dichtung 62 leckendes Arbeitsmittel wird

durch tlie öffnungen 74 abgeleitet, um zu verhindern, daß das leckende Arbeitsmittel innerhalb der Bohrung 68 zwischen dem Ring 64 und den diametralen öffnungen 74 einen Druck aufbaut.

Praktisch der ganze restliche Teil des Führungszylinders sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 78 in einem Hochdruck-Endkörper 80. Eine ringförmige Ausnehmung 79 in der Bohrung 78 in der Nähe des Sitzes für den Führungszylinder steht mit der Außenseite des Endkörpers 80 über einen Ableitkanal 81 in Verbindung. Die Ausnehmung und der Ableitkanal verhindern gemeinsam, daß leckendes Arbeitsmittel innerhalb der Bohrung 78 einen Druck aufbaut.

Der Plunger 22 erstreckt sich aus dem Ende des Führungszylinders 70 heraus und in eine gleichachsige Bohrung 82 in einem Einsatzstück 84. Das Einsatzstück 84 befindet sich in einem gleichachsigen Hohlraum 86 im Hockdruck-Endkörper 80.

Der Führungszylinder 70 liegt gegen das eine Ende des Hohlraumeinsatzstückes 84 an. An ihrer Berührungsstelle sitzen in einer ringförmigen Ausnehmung 88 zwei Halteringe 90 je von einem dreieckigem Querschnitt. Nach dem Einbau haben die Ringe einen rechteckigen Querschnitt. Innerhalb der Ausnehmung 88 wird ein O-Ring 92 durch die Halteringe 90 unter Druck gehalten, so daß er mit der Bohrung 86 abdichtet. Außerdem verlagern sie sich wegen der Form der Halteringe 90, wenn der Führungszylinder 70 gegen die Halteringe gedrückt wird, gegen die Bohrung 86 nach außen, so daß die Ringe ebenfalls dichten Kontakt machen.

Eine Reihe von diametralen Öffnungen 94 im Einsatzstück •teht mit einer ringförmigen Ausnehmung 96 in der Außenfläche dee Einsatestückes 84 in Verbindung. Der Zweck der

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ringförmigen Ausnehmung 96 und der Öffnungen 94 ist die Druckangleichung innerhalb und außerhalb des Sinsatzstückes derart, daß es dicht um den Plunger 22 herum sitzt.

Das Ende 93 des Pungers endet innerhalb der Bohrung des Einsatzstückes an einer Stelle in der Nähe des geschlossenen Endes des Hohlraums 36. Benachbart dem Ende 93 des Pungers 22 stellt ein Hochdruck-Arbeitsmittelauslaßkanal 100 eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 85 und der Außenseite des Hochdruckkörpers her. Das durch den Plunger 22 im Hohlraum 86 erzeugte Hochdruck-Arbeitsnittel wird durch den Kanal 100 zu der Stelle geleitet, an welcher der Druck gewünscht wird, zum Beispiel zum Druckbehälter einer isostatischen Presse. Der Kanal 100 kann durch ein nicht gezeigtes geeignetes Ventil geschlossen werden, das normalerweise vorgesehen ist.

Das an der Einheit 12 am nächsten liegende Ende des Zylinders 28 setzt in einer gleichachsigen Bohrung in einem Verbindungskörper 104, der sich zwischen den Einheiten 10 und 12 befindet. Ein O-Ring 106 innerhalb einer Ringnut in äußeren Ende des Zylinders 23 wird zwischen dem Verbindungskörper 104 und dem Zylinder unter Druck gehalten, um eine Abdichtung zu erhalten. Der abgesetzte Teil 108 von verringertem Durchmesser der gleichachsigen Bohrung 102 bildet zusammen mit der Mutter 40 einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern am Endhub des Kolbens 18 zu varhindern.

Ein ArbeitSaiitteleinlaßkanal 110 dient zur Verbindung zwischen der abgesetzten Bohrung 5 3 und der Außenseite des Zylinders 28. In gleicher Weise verbindet ein Arbeitsmitteleinlaßkanal 112 die abgesetzte Bohrung 108 mit der Außenseite des Verbindungskörpers 104. Wenn

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Arbeitsraittel von einem niedrigen Druck von einer äußeren Quelle (nicht gezeigt) zuerst durch den einen Einlaßkanal und dann durch den anderen eingeleitet wird, kann der Kolben 18 im Zylinder 23 vor- und zurückgetrieben werden.

Während dieses Antriebsvorgangs fließt durch einen der Einlaßkanäle, beispielsweise durch den Einlaßkanal 112, Arbeitsmittel in die Bohrung 103 auf der einen Seite des Kolbens, während der Kanal 110 als Auslaßkanal für das Arbeitsmittel innerhalb des Hohlraums 53 auf der anderen Seite des Kolbens dient. Nachdem der Kolben 18 das Ende seines Hubes erreicht hat, findet der umgekehrte Vorgang statt und wird Arbeitsmittel durch den Kanal 112 geleitet und durch den Kanal 110 eingeleitet.

Die Schubstange 26 erstreckt sich aus dem Zylinder 28 nach außen und von ihrem Ende 44 aus der Reihe nach durch eine eng-passende gleichachsige Bohrung 114 im Verbindungskörper 104, eine ringförmige Dichtung 116 und durch einen Haltering 118, der die Dichtung 116 in einer Erweiterung 120 der Bohrung 114 hält. Die Schubstange 26 erstreckt sich ferner durch eine gleichachsige Bohrung 122 in einem Führungszylinder 124. Ein erster Teil des FührungsZylinders 124 sitzt in einer größeren gleichachsigen Bohrung 126 im Verbindungskörper 104.

Die Bauform der Einheit 12 ist der der Einheit 10 im wesentlichen identisch, und ihre Teile sind untereinander auswechselbar. Der Kolben 20 ist in einer gleichachsigen Bohrung 128 in einem Hydrozylinder 130 gleitbar. Das offene Ende der Bohrung 128 dient zur Aufnahme des Plungers 24.

Ein zweiter Teil des FührungsZylinders 124 sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 132 in demjenigen Ende des Hydrozylinders 30, das der Einheit 10 am nächsten gelegen ist.

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Zwei diametrale Arbeitsmittelleck-Ableitöffnungen 134 verbinden die Innenbohrung 125 des FührungsZylinders und eine ringförmige Ausnehmung 136 in demjenigen Teil der Außenfläche des Führungszylinders_f der sich innerhalb der Bohrung 132 befindet. 3ine der Öffnungen 134 steht ferner mit der Außenseite des Zylinders 13O in Verbindung.

Nachfolgend dem Führungszylinder 124 erstreckt sich die Schubstange 26 durch einen Haltering 138 und eine ring- V förmige Dichtung 140, die durch den Haltering innerhalb einer gleichachsigen Bohrung 142 im Hydrozylinder 130 gehalten wird. Die Schubstange erstreckt sich außerdem mit Paßsitz durch eine noch kleinere gleichachsige Bohrung 144 im Zylinder 130, die mit der Bohrung 142 in Verbindung steht. Die Schubstange endet an ihrem einen Ende 146 innerhalb eines abgesetzten Teils 148 von verringertem Querschnitt in der gleichachsigen Bohrung 128.

Der Xolben 20 ist mit mehreren zylindrischen Schultern von abnehmendem Durchmesser ausgebildet, auf denen Dichtungen, Halteringe und buttern angeordnet sind. Auf den Schultern 150 des ersten Satzes sind Dichtungsringe 152 angeordnet. Die Schultern 154 des nächsten Satzes weisen je einen gewindefreien Teil auf, auf denen Halteringe 156 sitzen, welche die Dichtungen 152 zusammendrücken und diese im Kontakt mit den Wänden der gleichachsigen Bohrung 128 drücken. Sine Mutter 158 ist auf die Schulter 154 benachbart dem Schubstangenende 146 aufgeschraubt. Die Mutter 158 erstreckt sich über das Ende der Schulter 156 hinaus und begrenzt einen Raum zur Aufnahme des Endes 146 der Schubstange 26. Der Hohlraum 148 bildet zusammen mit der Mutter 158 einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern an diesem Ende des Kolbenhubes zu verhindern.

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Auf die entgegengesetzte Schulter 154 ist eine Mutter ISO aufgeschraubt/ die sich über diese hinaus erstreckt unci einen Aufnahmeraum für das eine Ende 162 des Plungers 24 bildet. Das Plungerende ist an der Mutter durch einen geschlitzten Federstift 16 4 befestigt, der durch in Ausfluchtung befindliche diametrale Bohrungen 166 und Io3 in Plungorende und in der Mutter geführt ist.

Die Schubstange 26 braucht an den Kolbenmuttern 40 und 153 nicht durch Federstifte befestigt zu werden, da sich die Kolben während des Betriebs der Vorrichtung gemeinsam bewegen. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die Kolbenmuttern 40, 46, 153 und 150 einander ira wesentlichen identisch, so daß die Muttern 40 und 158 mit diametralen Bohrungen dargestellt sind.

Dasjenige -^nde des Zylinders 130, das dem Plunger 24 am nächsten liegt, ist in einer gleichachsigen Bohrung

170 eines Verbindungskörpers 172 gleitbar. Ein O-Ring

171 im EnUe des Zylinders 130 dichtet gegen einen Sitz im Verbindungskörper 172 ab. Ein abgesetzter Teil 174 von verringertem Durchmesser in der gleichachsigen Bohrung 170 i· Verbindungskörper 172 dient zur gleitenden Aufnahme der Kolbenmutter 160 am Ende des Kolbenhubes. Die abgesetzte Bohrung 174 und die Mutter 160 bilden zusammen einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern des Kolbens zu verhindern.

Ein Arbeitsinitteleinlaßkanal 176 verbindet die Außenseite des Körpers 172 mit der abgesetzten Bohrung 174. Ein weiterer Arbeitsmitteleinlaßkanal 178 am entgegengesetzten Ende des Zylinders 130 verbindet dessen Außenseite mit der gleichachsigen Bohrung 148. Während des Betriebs der Vorrichtung wird Arbeitsmittel von einer äußeren Quelle über den Kanal 176 eingeleitet, und

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übsr einen Kanal 178 abgeleitet, um den Kolben 20 in der gewünschten Richtung zu bev/egen. Dies geschieht gleichzeitig mit dem Einleiten von Arbeitsmittel durch den Kanal 112 und dem Ableiten von Arbeitsmittel durch den Kanal 110. Wenn die Kanäle für den Einlaß und den Auslaß des Arbeitsmittels umgeschaltet v/erden, wird der Kolben in der entgegengesetzten Richtung bewegt.

Der Plunger erstreckt sich an seinem Ende 16 2 durch die abgesetzte gleichachsige Bohrung 174 und wird gleitbar von einer noch kleineren gleichachsigen Bohrung 180 ira Körper 172 .nit enger Passung aufgenommen. Der Plunger 24 erstreckt sich ferner durch eine ringförmige Dichtung 182, die in einer gleichachsigen Bohrung 184 des Verbindungskörpers 172 durch einen Haltering 186 gehalten wird.

Eine gleichachsige Bohrung 133 in einem Führungszylinder 190 dient zur gleitenden Aufnahme des Plungers 24 und steht mit der Bohrung 184 in Verbindung. Ein Teil des Führungszylinders 190 sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 192 in Verbindungskörper 172. Zwei diametral entgegengesetzte öffnungen 194 im Führungszylinder 190 dienen zur Verbindung der Bohrung 133 mit einer größeren ringförmigen Ausnehmung 196 iui Führungszylinder. Eine dieser Öffnungen steht ferner mit der Außenseite des Verbindungskörpers 172 in Verbindung. Die Öffnungen 194 haban die /idf gäbe, als Ableitkanal für leckendes Arbeitsmittel in der Bohrung 138 zu dienen. Der übrige Teil des Führungszylinders 190 sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 19 3 in einem Hochdruck-Endkörper 200.

Der Plunger 24 erstreckt sich aus dem Ende des Führungszylinders 190 heraus und in eine gleichachsige Bohrung in einein Einsatzstück 204. Das Einsatzstück 204 sitzt in

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einem gleichachsigen Hohlraum 206 im Hochdruck-Endkörper 200. Eine ringförmige Ausnehmung 199 in demjenigen Ende der Bohrung 198, das dem Einsatzstück 204 am nächsten liegt, steht mit einem Kanal 201 in Verbindung, der zur Außenseite des Endkörpers 200 führt. Die Ausnehmung und der Kanal dienen zum Ableiten des aus der Bohrung 19 8 leckenden Arbeitsmittels.

Der Führungszylinder 190 liegt gegen das eine Ende des Hohlraumeinsatzstückes 204 an. An der Berührungsstelle zwischen beiden sitzen in einer ringförmigen Ausnehmung 208 zwei Halteringe 210 je von dreieckigem Querschnitt. Nach dem Zusammenbau haben die Ringe einen rechteckigen Querschnitt. Innerhalb der Ausnehmung 203 wird ein 0-Ring 212 durch die Halteringe 210 so zusammengedrückt, daß er mit der Bohrung 206 dichtet. Außerdem verlagern sich, wenn der Führungszylinder 190 gegen die Halteringe 210 gepreßt wird, diese nach außen gegen die Bohrung 206, um einen dichten Abschluß zu bilden.

Eine Reihe von diametralen Öffnungen 214 im Einsatzstück 2O4 verbinden die Bohrung 202 mit einer ringförmigen Ausnehmung 216 an der Außenfläche des Einsatzstückes. Die Öffnungen und die ringförmige Ausnehmung haben die Aufgabe, den Druck innerhalb und außerhalb des Einsatzstückes anzugleichen, so daß das Einsatzstück den Plunger dichtend umgibt.

Der Plunger 24 endet an seinem Ende 218 innerhalb der Bohrung 202 und in der Nähe der Mündung derselben. Die Enden 98 und 218 der Plunger 22 und 24 sind in Figur 1 und 2 in den Stellungen gezeigt, die sie etwa am Ende des einen Kolbenhubes einnehmen. In der Nähe des Endes des entgegengesetzten Kolbenhubes befinden sich die Kolben in den gestrichelt gezeichneten Stellungen, die der Umkehrung der mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten Stellungen entsprechen.

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Dem Ende 218 des Plungers 24 ist ein Auslaßkanal 220 im Endkörper 2OO zugekehrt, der zur Verbindung des Arbeitsmittelhohlraums 206 mit der Außenseite dient. Durch diesen Auslaßkanal wird das Arbeitsmittel unter hohem Druck durch den Plunger 24 zu der gewünschten Stelle gepumpt, an der ein hoher Druck gewünscht wird. Für den Verschluß des Kanals 220 ist normalerweise ein geeignetes Ventil (nicht gezeigt) vorgesehen.

Zwei parallele Zugstangen 222 sind durch hintereinander-. geschaltete durchgehende Bohrungen in Endkörper 8O im Verbindungskörper 104, im Verbindungskörper 172 und im Endkörper 200 geführt. Eine Anzahl geeigneter .iuttern und Zwischenlegscheiben 224 an den Enden jeder Zugstange drücken die Endkörper, die Zylinder und die Verbindungskörper entlang der gemeinsamen Längsachse gegeneinander und beanspruchen die Stangen 222 auf Zug. An den beiden 3ndan einer der Stangen sind L-förmige Anbauhalterungen 226 angeordnet.

Obwohl bei den in Verbindung mit Figur 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen nur zwei Kolben-Zylinder-Aggregate vorgesehen sind, läßt sich eine Vorrichtung zur Erzeugung ) hoher Drücke bauen, die mehr als zwei solcher Aggregate aufweist. Die gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Kolben-Zylinder-Aggregate können den Einheiten IO und im wesentlichen identisch sein.

Das Verhältnis des hohen Druckes an den Auslassen der Vorrichtung zum Druck des Arbeitsmittels von der äußeren Quelle ergibt das Verhältnis der Druckverstärkung. Dieses Verhältnis wird durch die Verhältnisse der Querschnittsflächen der Kolben zu den Querschnittsflächen der Plunger und der Schubstange bestimmt. Der mit P„ bezeichnete Druck, der am Auslaß aus der.i Hohlraum im Hochdruck-Endkörper, in

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den ein Planger getrieben wird, beispielsweise aus dem Hohlraum 86, k-inn wie folgt berechnet werden:

Wenn P = der niedrige Druck des Arbeitsmittels von der äußeren Quelle, der den Kolbenköpfen zugefährt wird,

P = der hohe Druck, des Arbeitsmittels am Auslaßkanal 100 des Hochdruckendkörpers 30,

A = Querschnittsfläche jedes der Kolben,

A₉ = Querschnittsfläche der Schubstange 26 und der Plunger 22 und 24.

Die Gleichung für die Kräfte infolge des Arbeitsmitteldruckes ist

P^, X A„ = P₁ X A₁ + P₁ X A₁ - P₁ X A₂ - P₁ X A₃

(Kolben-

(Endkör- (Einheit (Einheit stangen- (Plunger-

per 30 10) 12) ende 44) ende 162)

oder

P 2 X(A -1)

__ = ;^ = Verhältnis der Druckverstärkung,

1 2

Das Hinzufügen eines weiteren Kolben-Zylinder-Aggregats ergibt eine Zunahme der rechten Seite der obigen Kräftegleichung um den Ausdruck P X A. - P. X A₃. Hierdurch das Druckverstärkungsverhältnis erhöht auf

3 X (A₁ -1)

^A2

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Im allgemeinen ist das Druckverstärkungsverhältnis für N doppelt-wirkende Kolben-Zylinder-Aggregate

N X (A₁ -1)

Daher ist, wenn die Zahl der doppelt-wirkenden Kolben-Zylinder-Aggregate 2 ist und das Verhältnis der Querschnittsfläche der Enden der Kolben zur Querschnittsfläche der Plunger und der Schubstange 4 ist, das Verhältnis der Druckverstärkung 6. Bei dem gleichen Verhältnis der Querschnittsflächen der Kolben und der Plunger sowie der Schubstangen beträgt, wenn die Zahl der Aggregate 3 ist, das Druckverstärkungsverhältnis 9.

Als Beispiel wird angeführt, daß, wenn in letzteren Falle der Druck des Arbeitsmittels von der äußeren Quelle

2
844 kg/cm (12 000 psi) beträgt, der Auslaßdruck aus der

Vorrichtung etwa 7592 kg/cm² (etwa 108 000 psi) beträgt. Natürlich können viel größere Druckverstärkungsverhältnisse bei Ausführungsformen erzielt werden, bei welchen die Durchmesser der Kolben die Durchmesser der Plunger und Schubstangen stark überschreiten.

Der im Endkörperhohlraum 86 entwickelte hohe Druck wird auch in Endkörperhohlraum 206 während der nächsten Halbperiode des Betriebs der Vorrichtung erzeugt, wenn der Plunger 24 in die Bohrung 202 getrieben wird. Bei Verwendung geeigneter Ventile (nicht gezeigt) wird das unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel normalerweise von den i\. slaßkanälen 100 und 220 dem gewünschten Verwencte'os™ z.;eck zugeführt. Geeignete Ventile (nicht gezeigt; ermöglichen ebenfalls normalerweise den Eintritt von Arbeitsmittel unter niedrigem Druck in die Endkörperhohlräume, wenn der entsprechende Plunger zurückgezogen wird.

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Obwohl die Kanäle 100, 110, 112, 176, 178 und 220 in Figur 1 und 2 mit Erweiterungen dargestellt sind, die mit einem Gewinde zur Aufnahme von Rohrenden versehen sind, können auch andere geeignete -.iieder- und Hochdruck-Arbeitsmittelf ittings verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Vl.) Druckerzeugungsvorrichtung mit mindestens zwei Kolben, von denen jeder zur Bewegung innerhalb voneinander in Abstand befindlichen, axial ausgefluchteten Zylindern angeordnet ist, wobei einer gewählten Seite dieser Kolben ein Arbeitsrnitteldruck zugeführt werden kann, um die Kolben in ihren Zylindern zu bewegen, gekennzeichnet durch eine Schubstange (26), die geführt zwischen benachbarten ^nden der Kolben für den Angriff derselben angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche jedes der Kolben größer als die Querschnittsflächen der Schubstange (26) und der den Kolben (18, 20) zugeordneten Plunger (22, 24) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben doppelt-wirkend sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende jedes Plungers ein Ende des Kolbens angreift, das dem Ende entgegengesetzt ist, gegen welches die Schubstange anliegt, wobei jeder Plunger sich von seinem zugeordneten Kolben aus dem Zylinder heraus erstreckt und gleitbar sowie dichtend in Hohlräumen (86,206) gelagert ist, die in Endkörpern (80, 200) der Vorrichtung ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Arbeitsmittel-Auslaßkanäle (100, 220), die zur Verbindung der erwähnten Hohlräume mit der Außenseite der Endkörper dienen.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Verbindungskörper (104, 172) zwischen den Endkörpern zur Halterung der Zylinder in Abstand voneinander und zwei Zugstangen (222), welche durch die Verbindungskörper (104, 172) und die Endkörper (80, 200) geführt sind, welche Zugstangen durch Mittel (224) unter Spannung gehalten werden, die am Enda der Stangen vorgesehen sind und die Endkörper, die Zylinder und die dazwischen befindlichen Verbindungskörper zusammendrücken.
6. Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch zwei Sätze von Arbeitsmittelkanälen, die mit jedem Zylinder an den entgegengesetzten Seiten jedes Kolbens in Verbindung stehen.
7. Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben, der Plunger und der Zylinder der einen hydraulischen Presse mit dem Kolben, dem Plunger und mit dem Zylinder der anderen hydraulischen Presse ίτ wesentlichen identisch und auswechselbar ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plunger mit den Kolben durch geschlitzte Federstifte verbunden sind.

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