DE3033739A1 - Druckuebersetzer zur hoechstdruckerzeugung - Google Patents

Description

• Druckübersetzer zur Höchstdruckerzeugung
• Die Erfindung betrifft einen Druckübersetzer für Höchstdruckanlagen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art. Solche Übersetzer werden z.B. bei Hochdruckhydraulikanlagen an Kaltumformern eingesetzt; z.B. kann damit das Autofrittieren von Rohren erfolgen.
• Dadurch wird eine bleibende Verformung des Rohres durch Überdruck zum Zwecke seiner Verfestigung vorgenommen. Dadurch kann das Rohr nach dieser Verformung höhere Drücke aufnehmen.
• Diese Übersetzer arbeiten nach dem Prinzip, daß im Niederdruckteil ein kleiner Druck auf eine große Kolbcnfläche wirkt, wodurch im Hochdruckteil infolge der kleinen Pläche des Hochdruckkolbens ein hoher Druck erzeugt wird. Es erfolgt dabei z.B. eine Druckumwandlung von 140 bar auf 14 000 bar, also im Verhältnis 1 : 100, Bekannte Druckübersetzer der eingangs genannten Art weisen den Nachteil auf, daß sie sehr materialaufwendig sind und dadurch große Außenabmessungen haben, so daß sie z.B. bei engen Raumverhältnissen, wie sie im 13erghau vorkommn, nicht einsetzbar sind. Dieser Nachteil wird insbesondere dadurch hervorgerufen daß die bekannten Vbersetzer zur Unterbringung der Schalter für die abwechselnde Bewegung der Kolben in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen zwischen Hochdruckzylindern und Niederdruckzylinder besondere Zwischenstücke benötigen. Dadurch bedingt wird die Zahl der Abdichtstellen erhöht, wodurch aufwendige Dichtungen erforderlich werden. Außerdem lassen die bekannten Dichtungen eine Leckstelle nur schwer oder gar nicht erkennen, wodurch Störungen, die wegen des Hochdrucks lebensgefährdend werden können, nicht ausgeschlossen werden können.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Übersetzer der eingangs genannten dahingehend zu verbessern, daß er bei geringstmöglichem Material- und Bearbeitungsaufwand kleinere Abmessungen, insbesondere eine kürzere Baulänge, aufweist, wobei das Umschalten der Kolbenbewegung und die Abdichtung der Anlage so erfolgen, daß keine Störungen zu errwarten sind bzw.- eine eventuelle Undichtigkeit unverzüglich nach ihrem Entstehen erkannt werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche- genannten Merkmale vorgeschlagen.
• Aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1 verkürzt sich die Baulänge des Übersetzers, da besondere Zwischenstücke für die Schalter sich dabei erübrigen. Damit die Schalter nicht bei Druckerhöhung im Niederdruckraum zur Unzeit anspringen. ist die offene Verbindung nach Anspruch 2 geschaffen. Deren Wirkung wird noch die Federn nach Anspruch .3 unterstützt.
• Durch den Aufbau der Hochdruckzylinder aus drei Teilen nach Anspruch 4 ergibt sich die Möglichkeit, einerseits für den äußeren Zylinder ein geringwertigeres Material zu verwenden und andererseits die Zylinder im Schrumpfverband miteinander zu verbinden. Dabei wird das Innenrohr vorgespannt, so daS es bei kleinerem Querschnitt größere Drücke aufnehmen kann, was zur Materialersparnis führt. Aufgrund der möglichen unmittelbaren Verbindung der Zylinder miteinander, z.B. mittels Dehnschrauben ergibt sich eine sichere Verbindun der beiden Zylinder, die den Einsatz verhältnismäßig einfacher Dichtungen möglich macht. Zur Abdichtung des Hochdruckraumes genügt nach Anspruch 5 einerseits ein Vierkantring und andererseits ein Lamellenring als Mehrfachringdichtung am Kolben. Besondere Kolben und Lamellenringe können eingespart werden, wenn man nach Anspruch 6 einen weiteren Vierkantring und eine Dichtungspackung an einem zusätzlichen Deckelteil einsetzt. Dann-wirkt die äußere Stirnwand der Kolbenstange als Kolben und eine stärkerem Verschleim unterliegende, mit dem Kolben bewegliche Dichtung wird eingespart.
• Außerdem unterliegt der Hochdruckzylinder keinem Verschleiß.
• Durch den Zwischenring zwischen den beiden Zylindern ergibt sich die Möglichkeit nach Anspruch 7, einen Öler für das zwischen dem Hochdruck-und Niederdruckteil liegende Teil der Kolbenstange mit Leckanzeige nach außen hin in diesem Zwischenring unterzubringen. Sobald infolge Undichtigkeit Flüssigkeit aus einem der Druckräume zur Kolbenstange hin durchtritt, tritt sie durch die Querbohrung als rot gefärbtes Flüssigkeitsgemisch aus und zeigt somit die Undichtigkeit an.
• Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen des neuen Übersetzers und zwar in Figur 1 und 2 eine schematische Darstellung der Gesamtanlage in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen, in Figur 3 und 4 im lotrechten Schnitt den linken Teil unterschiedlicher Konstruktionen des Übersetzers, in Figur 5 eine Ansicht teilweise im Schnitt des einen Grenztaster darstellenden Schaltstifts des Schalters und in Figur 6 eine Draufsicht auf den Zwischenring mit Bohrungen für den Einsatz des Ölers und für die Leckanzeige.
• In Figur 1 und 2 sind mit 1 und 2 Ventile in der Hochdruckleitung 11 angedeutet. An den Niederdruckzylinder 3 schließen sich zu beiden Seiten die Hochdruckzylinder 4 an. Der Niederdruckkolben 5 ist mit den Kolbenstangen 6 mit den Hochdruckkolben, deren Kolbenfläche mit a be-.
• zeichnet ist, verbunden. Die Kolbenfläche des Niederdruckkolbens ist mit A bezeichnet. 7 ist die Zuleitung für ein von einer Hydraulikpumpe kommendes dl, das über ein Vier-Wege-Ventil 9 wahlweise über die Zuleitungen 12 bzw. 13 auf die linke bzw. rechte Seite des Niederdruckkolbens 5 in den Innenraum des Niederdrackzylinders 3 geleitet werden kann, aus dem es über die Leitung 13 bzw. 12, das Vier-Wege-Ventil 9 und über die Leitung 8 zur Hydraulikpumpe zurückfließt. Die Zuleitung für das Hochdruckmittel, zsB. eine Mischung aus Wasser und Glycerin, ist mit 10 bezeichnet. Mit p ist der Druck im Niederdruckzylinder, mit P der Druck im Hochdruckzylinder bezeichnet. Es herrscht immer p x A P x a.
• Bei der Anordnung nach Figur 1 bewegt sich der Kolben 5 nach rechts. Dabei ist das linke Ventil 2 geschlossen, das rechte Ventil 2 offen, so daß die komprimierte Flüssigkeit über das rechte Ventil in die zur Verbrauchsstelle führende Leitung 11 eintreten kann. Zugleich ist das rechte Ventil 1 geschlossen, das linke geöffnet, so daß aus der Leitung 10 kommende Hochdruckflüssigkeit in den Innenraum des linken Hochdruckkolbens, in den sie eingesaugt wird, strömen kann.
• Bei Figur 2 bewegt sich der Niederdruckkolben nach links, es ist das linke Ventil 2 geöffnet, das rechte geschlossen und das rechte Ventil 1 geöffnet, dagegen das linke geschlossen. Die komprimierte Flüssigkeit strömt nun über das linke Ventil 2 in die Leitung 11 und aus der Leitung 10 kommende Hochdruckflüssigkeit über das offene Ventil 1 in den rechten Hochdruckzylinder.
• In Figur 3 entsprechen die Bezugszeichen 3 bis 14, soweit vorhanden, denen der Figur 1. Mit 15 ist der neue Zwischenring bezeichnet, an dem mittels Befestigungsring 24 und Dehnschrauben 41 Hochdruckzylinder 4 und Niederdruckzylinder 3 befestigt sind. In den Niederdruckzylinder sind beidendig die Schalter 16 mittels Haltestücken 42 eingesetzt. In dem Schalter 16 ist axial gleitbar der in Figur 5 dargestellte Schaltstift 18 mit Bohrung 19 und Dichtungsnut 21 eingesetzt. Zwischen der Innenwand des Haltestücks 42 und der Außenwand des Schaltstifts 18 bleibt der Druckausgleichsraum 20 frei, in den eine Druckfeder 22 eingesetzt ist.
• Sobald der Niederdruckkolben 5 in den Bereich des Schaltstifts 18.gelangt, gleitet er an der schrägen Kontaktfläcbe 17 des Kolbens entlang.
• Die Abdichtung des Innenraums des aus den Zylindern 4a-, 4b, 4c bestehenden Hochdruckzylinders 4 erfolgt einerseits durch eine Vierkantringdichtung 23 zwischen einem Mutterteil 25 und der Stirnwand des Zylinders 4a, andererseits durch die Mehrfachringdichtung 32 an dem Hochdruckkolben 31. In den Zwischenring 15 ist eine Ringmuffe 26 eingesetzt, die beidseitig Dichtungseinge 36 und zwischen Fülirungsringe 37 für die Kolbenstange aufweist. Wie im rechten Teil der Figur 3 ersichtlich, ragt in den Bereich zwischen den Dlchtungsringen 36 und den Führungsringen 37 der Stutzen 27 des Ölers 28 hinein. Dieser Stutzen 27 weist im unteren Bereich kleineren Durchmesser als die ihn umgebende Bohrung im Zwischenring 15 auf, so daß um i-hn herum eine Ringleitung 29 gebildet wird, von der, wie aus Figur 6 ersichtlich, eine Querbohrung 30 nach außen führt. Die Kolbenstange 6 ist am Kolben 5 über einen Flansch 43 mit nicht näher bezeichneten Schrauben befestigt. Der Zwischenring 15 ist durch die Dichtringe 38, 39, 40 gegen seine benachbarten Teile abgedichtet.
• Die Ausführungsform nach Figur 4 zeigt zusätzlich zu der nach Figur 3 ein zwischen Hochdruckzylinder 4 und Zwischenring 15 eingesetztes Deckelteil 34, welches die Dichtungspackung 35 zur Abdichtung des Hochdruckraumes aufnimmt. Zusätzlich ist die Vierkantringdichtung 33 vorgesehen. Auch hier sind Niederdruckzylinder 3 und Hochdruckzylinder 4 mittels der Dehnschraube 41 über den Befestigungsring 24 miteinander verbunden. Die Ringmuffe 26 ist am Zwischenring 15 und das Deckelteil 34 ebenfalls am Zwischenring 15 mittels nicht näher bezeichneter, im Kreis angeordneter Sechskantschrauben befestigt; Die Löcher für die im Kreis angeordneten Schrauben, auch für die Dehnschrauben 41, sind in Figur 6 ersichtlich. Dort sind auch Bohrungen 44 zur Befestigung von Anschlußplatten, in die Rohrverschraubungen eingesetzt werden zur Einleitung der Niederdruckflüssigkeit in die Bohrung, ersichtlich.
• Die Wirkungsweise ist, wie anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Sobald der Niederdruckkolben 5 mit seiner Kontaktfläche 17 den Taststift 18 nach oben drückt, erfolgt die Zuleitung der Niederdruckflüssigkeit durch die Leitung.7-jeweils aus dem gegenüberliegenden Zwischenring. Die Zuleitung 7 ist im rechten Zwischenring der Figur 3 nicht ersichtlich, da dieser Ring, wie Figur 6 ausweist, um 48° geschwenkt dargestellt ist. Die Bohrungen 45, 46 im Mutterteil 25 bzw. Deckelteil 34 dienen zur Druckentlastung der Hochdruckflüssigkeit bei eventueller Undichtigkeit der Vierkantringdichtungen 23. Durch diese nach außen geführten Bohrungen wird ein Druckaufbau außerhalb des Hochdruckraumes verhindert.
• Bezugszeichenliste 1 Ventil in Hochdruckleitung 2 Ventil in Hochdruckleitung 3 Niederdruckzylinder 4 Hochdruckzylinder 4a innerer Teil des Hochdruckzylinders 4b mittlerer Teil des Hochdruckzylinders 4c äußerer Teil des Hochdruckzylinders 5 Niederdruckkolben 6 Kolbenstange 7 Zuleitung für Niederdruckzylind-8 Ableitung für Niederdruckzylinder 9 Vier-Wege-Ventil 10 Zuleitung für Hochdruckzylinder 11 Ableitung der Hochdruckzylinder 12 Verbindungsleitung 13 Verbindungsleitung 14 Zu- bzw. Ableitung der Hochdruckflüssigkeit 15 Zwischenring 1-6 Druckschalter 17 Kontaktfläche 18 Schaltstift 19 ' Bohrung 20 Druckausgleichsraum 21 Dichtungsnut 22 Druckfeder 23 - Vierkantringdichtung 24 Befestigungsring 25 Mutterteil 26 Ringmuffe 27 Stutzen 28 Öler 29 Ringleitung 30 Öler 31 Hochdruckkolben 32 Mehr fach r ingd ich tung 33 Vierkantringdichtung 34 Deckelteil 35 Dichtungspackung 36 Dichtungsring 37 Führungsring 38 Dichtring 39 Dichtring 40 Dichtring 41 Dehnschraube 42 Haltestück 43 Ringflansch 44 Bohrung 45 Bohrung 46 Bohrung Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Druckübersetzer zur Höchstdruckerzeugung, bestehend aus einem Niederdruckkolben in einem Niederdruckzylinder, der an zwei Seiten über Kolbenstangen mit Hochdruckkolben in Hochdruckzylindern geringeren Querschnitts als der Querschnitt des Niederdruckzylinders verbunden ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Niederdruckflüssigkeit abwechselnd in den Raum vor und hinter dem Niederdruckkolben im Niederdruckzylinder hinein- bzw. herausleiten und Mittel zur Zuleitung einer Hocfrdruckflüssigkeit abwechselnd in den Innenraum des einen Hochdruckzylinders und Herausleiten der dann hochgespannten Flüssigkeit aus dem Innenraum des anderen Hochdruckzylinders zu einer Verbrauchsstelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hochdruckzylinder (4) über Zwischenringe (15) unmittelbar an den Niederdruckzylinder (3) angesetzt, vorzugsweise angeflanscht sind, und daß zum Auslösen der Umschaltung der Zuleitung (7) der Niederdruckflüssigkeit in den Raum vor bzw. hinter dem Niederdruckkolben (5) Druckschalter (16) im Bereich der Stirnw.incle des Niedcri iuckiyliidcrs (3) vorzugsweise in der Zylinderumfangswand angeordnet sind, die durch Kontaktflächen (17) an dem Niederdruckkolben (2) betätigt werden.
2. 2..Übersetzer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e ts daß der Schaltstift (18) des Druckschalters (16)einen zum Innenraum des Niederdruckzylinders hin offenen Durchbruch (19) aufweist, der den Innenraum mit einem Druckausgleichsraum (20)im DruckschaLter hinter einem erweiterten Flansch (21)verbindet (Fig.3,5).
3. 3. Übersetzer nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Druckfeder (22) im Druckaüsgleidisraum (20), die mit zum Innenraum des Niederdruckzylinders (3) gerichteter Kraft an dem Flansch (21) anliegt.
4. 4. Übersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r.c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder Hochdruckzylinder (4) aus einem inneren zylindrischen Teil (4a), auf den zwei weitere konische Teile (4b, 4c) aufgeschrumpft sind, besteht.
5. 5. Übersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Abdichtung der äußeren Enden des Innenraums der Hochdruckzylinder zur Hochdruckflüssigkeitszu- bzw. Ableitung hin Vierkantringdichtungen (23) zwischen Stirnwand des Hochdruckzylinders und Stirnwand eines die Zu- bzw.

   Ableitung (14) umgebenden Mutter teils (25) angeordnet sind, während zur Abdichtung dieses Innenraumes zur Niederdruckseite hin am Außenumfang des in die Kolbenstange (6) eingreifenden Hochdruckkolbens (31) eine Mehrfachringdichtung (32) angeordnet ist (Fig. 3).
6. 6. Übersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Abdichtung der äußeren Enden des Innenraums der Hochdruckzylinder zur Hochdruckflüssigkeitszu-bzw. Ableitung hin Vierkantringdichtungen (23) zwischen Stirnwand des Hochdruckzylinders und Stirnwand eines die Zu- bzw. Ableitung (14) umgebenden Mutterteils (25) angeordnet sind, während zur Abdichtung dieses -Innenraums zur Niederdruckseite hin zur Außenabdichtung Vierkantdichtringe (33) zwischen der niederdruckseitigen Stirnwand des Hochdruckzylinders (4) und einem Deckelteil (34) und zur Abdichtung in Längsrichtung der Kolbenstange (6) eine Dichtungspackung (35) zwischen dem Deckelteil (34) und der Kolbenstange (6) angeordnet ist (Fig. 4).
7. 7. Übersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Abdichtung des Innenraumes des Niederdruckzylinders zwischen der Kolbenstange (6) und einem Zwischenring (15) eine mit Dichtungsringen (36) und Führungsringen (37) ausgerüstete Ringmuffe (26) eingesetzt ist,und daß in diese Ringmuffe (26) hinein der Stutzen (27) eines Ölers (28) zum Schmieren der Kolbenstange (6) hineinragt, der von einer zur Kolbenstange hin offenen Ringleitung (29) umgeben ist, die über eine Querbohrung (30) nach außen geführt ist, wobei die Abdichtung des Niederdruckraumes nach außen hin durch in den Zwischenring (15) eingesetzte Dichtringe (38, 39, 40) erfolgt (Fig. 6).