DE3228494A1

DE3228494A1 - Druckverstaerker zur verstaerkung des druckes eines mediums auf einen hoeheren druck

Info

Publication number: DE3228494A1
Application number: DE19823228494
Authority: DE
Inventors: Konrad 6720 Speyer Ziesling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1984-02-02

Description

Druckverstärker zur Verstärkung
des Druckes eines Mediums auf einen höheren Druck Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckverstärker, der eingesetzt werden soll an druckführenden Leistungssystemen, um den vorhandenen Druck in einen höheren Druck umzusetzen. Die dem Druckverstärker nachgeschalteten Leitungen, Medien und Geräte können mit einem Druck beaufschlagt werden, der über dem liegt, der im Leitungssystem vorhanden ist.
Das System des Druckverstärkers ist allgemein bekannt. Ein Niederdruckkolben mit größerem Durchmesser ist verbunden mit einem Hochdruckkolben mit kleinerem Durchmesser. Das Kolbenverhältnis von Niederdruck zu Hochdruck ist das Übersetzungsverhältnis. Der Niederdruckkolben wird mit einem Medium niedrigen Druckes beaufschlagt, wodurch der Hochdruckkolben angetrieben wird und entsprechend dem Übersetzungs verhältnis einen höheren Druck erzeugt.
Es sind auch verschiedene Anwendungen des Druckübersetzers bekannt. So z.B. wird der Übersetzer mit Druckluft angetrieben, wobei Hochdruckteil als Medium

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verwendet wird. Der Hoch- aruclcteii ist uber Leitung mit einem Zylinder verbunden, der mit der Hydraulik beaufschlagt wird. Der hydraulische Druck ist entsprechend dem Kolbenübersetzungsverhältnis höher als der Luftdruck im Niederdruckteil. Es würde zu weit führen, wollte man noch ähnliche Beispiele bringen.
Das in der Erfindung beschriebene Anwendungssystem unterscheidet sich von den bekannten Systemen und erfordert einen vom Druck abhängig gesteuerten Druckverstärker, der automatisch arbeitet und sich automatisch ein- und ausschaltet. Es handelt sich hierbei umieinen Druckverstärker, der als Verdichter arbeitet und angeschlossen ist an ein vorhandenes Gas- oder Druckluftnetz.
Er hat die Aufgabe, den üblichen Netzdruck, z.B.
in der Druckluftleitung, von 6 bar auf einen höheren Druck, z.B. 24 bar zu erhöhen, um einen Teil des Druckluftnetzes oder ein Gerät mit diesem höheren Druck zu versorgen.
Dieser Verstärker bzw. Verdichter ist auch nicht gedacht, ein gesamtes Leitungsnetz, dessen Druck in normalen Bereichen liegt, z.B. 6 bar, mit Luft oder Gas zu versorgen. Voraussetzung für den Einsatz des Druckverstärkers ist das Vorhandensein eines Druckmediums, damit dieser betrieben werden kann.
Es ist bekannt, daß in einem Druckluftnetz aus wlrtscnartllcnen (runden Kompressoren

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werden, die Drücke erzeugen zwischen 6 bis 10 bar. Der durchschnittliche Druck im Druckluftnetz:liegt allgemein bei 6 bar. Bei stark beanspruchtem Druckluftnetz, d.h. bei hoher Luftentnahme, kann der Druck bis auf 3 bar abfallen und natürlich auch noch weiter.
Um mit dem vorhandenen Druck von 6 bar arbeiten zu können, müssen bei Zylindern z.B. die Kolbenflächen so groß ausgelegt werden, um die gewünschte Kolbenkraft zu erzielen. Beispielsweise wird bei 5 bar und einem Kolbendurchmesser von 100 mm eine Kolbenkraft von 3454 N erzielt.
Bei verschiedenen Geräten und Maschinen ist es aus bautechnischen Gründen, die sich aus der Anwendung ergeben können, nicht möglich, die normalen Bauteilegrößen, wie sie in der Drucklufttechnik vorhanden sind, einzusetzen. Man muß auf hydraulische Antriebe ausweichen, da diese mit höheren Drücken arbeiten und daher die Bauteile, wie zuw Beispiel Zylinder, wesentlich kleiner bauen. Bekanntlich sind Hydraulik-Geräte durch den technischen Aufwand wesentlich teuerer als Pneumatikelemente.
In diesen Fällen ist dann der Einsatz eines Druckverstärkers angezeigt. Druckluft ist in jedem Betrieb vorhanden. An dieser Stelle, wo nun ein höherer Druck für bestimmte Geräte, Maschinen oder einen Teil des Netzes erforderlich ist, kann nun der Verstärker eingesetzt werden, der den vorhandenen Netzdruck von z.B. 5 bar, bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:4, auf 20 bar erhöht. Anstelle eines Zylinders von 100 Durchmesser kann man hier einen solchen von Durchmesser 50 einsetzen, der 3450 N bringt. Beispielsweise benötigt man große Kräfte bei kleinem Kolbendurchmesser beim Spannen, Pressen, Stanzen, Drücken, an Vorschubgeräten, zum Biegen, Schneiden u.ä.
Ebenfalls müssen in Anlagen wie z.B. Roboter oder Automaten eine Vielzahl von Funktionen auf kleinstem Raum untergebracht werden. Viele Funktionen der genannten Maschinen werden von Zylindern ausgeführt. Steht hier ein höherer Betriebsdruck zur Verfügung, so können diese Bauteile wesentlich kleiner gehalten werden.
Die gesamte Anlage kann dann kleiner gebaut werden. Damit der geplante Druck für diese Antriebselemente auch mit Sicherheit zur Verfügung steht, kann an dieser Maschine dem Druckluftversorgungsystem ein Druckverstärker vorgeschaltet werden. Der Druckverstärker ist Bestandteil dieser Anlage und kann beim Anwender an das normale vorhandene Druckluftnetz angeschlossen werden. Der Verstärker liefert bei normalem Druck Druckluftnetz, z.B. 6 bar, sodann 20 bar (Übersetzungsverhältnis 1:4).
Außerdem ist der Einsatz eines solchen Druckverstärkers auch dann angezeigt, wenn bei Überlastung des Druckluftnetzes der Druck in einem bestimmten Netzbereich z.B. nicht unter 8 bar absinken soll. Bei Abfall des Druckes in diesen Netzbereich, z.B. auf 8 bar, beginnt der Druckverstärker zu arbeiten und schaltet sich z.B.
bei 9 bar ab. Der übrige Netzdruck kann dann auf wesentlich niedrigere Werte abfallen z.B.
auf 3 bar.
Die Idee der Erfindung ist eine Kombination von Ausführung und Anwendung des an und für sich bekannten Druckübersetzers. Der erste Teil der kombinierten Erfindung ist zu sehen der Ausführung des Druckübersetzers als Pumpaggregat, das automatisch arbeitet, wenn ein eingestellter Druck unterschritten wird und aufhört zu pumpen, wenn ein eingestellter Druck erreicht wurde.
Der zweite Teil der kombinierten Erfindung ist zu sehen in der Anwendung des Druckübersetzers als Pumpaggregat an Anlagen, Maschinen, Geräten und Teilen des Druckluftnetzes, wo höhere Drükke erforderlich werden, um kleinere Antriebsgeräte bauen zu können, Kräfte zu erzielen, die mit dem normalen Druckluftnetz nicht erzielt werden können, Drücke in bestimmten Netzabschnitten aufrechtzuerhalten u.ä.
Diese Erfindung ermöglicht, wie schon erwähnt, kleine Baumaße von Anlagen, Maschinen, Geräten usw. und schafft ein Aggregat, das eine Paralelle bzw. eine Alternative zu hydraulischen Pumpen als Aggregat ist.
Der erfindungsgemäße Druckverstärker hat die umgekehrte Funktion des Druckreduzierventils.
Als Gegenpol zu dem Druckreduzierungsventil, das fast in jeder Druckluftanlage oder Druckgasleitung als Bauelement vorhanden ist, soll die Funktion des Druckverstärkers hier ebenfalls als Bauelement eingeführt werden. Um dies zu erreichen, weist der erfindungsgemäße Druckverstärker Merkmale auf, die die entsprechenden Voraussetzungen schaffen, als Bauelement in die Palette der hier üblichen Steuer- und Antriebsgeräte eingeordnet werden zu können.
Der erfindungsgemäße Druckverstärker ist unter anderem gekennzeichnet durch seine kurze Bauweise. Es wurde herausgefunden, daß mit der hier angeordenten Steuerung verhältnismäßig hohe Hubgeschwindigkeiten des Kolben 11 bei kurzer Hublänge erzielt werden können. Wird die Hublänge größer, so wird die Hubzahl pro Zeiteinheit kleiner. Das Produkt Anzahl der Hübe zur Hublänge pro Zeiteinheit ist gleich.
Bei Veränderung der Hublänge z.B. können bei 10 mm Hub des Kolbens 11 ca. 60 Hübe pro min, bei 20 mm nur 30 Hübe und bei 40 mm nur 15 Hübe erzielt werden. Das Produkt ist die Fördermenge. Aufgrund dieses Versuches ist es zweckmäßig, einen kurzen Hub des Kolbens 11 zu wählen. Auf diese Art wird die vorgenannte kurze Bauweise des Druckverstärkers erzielt. Es kommen zudem Materialersparnisse hinzu, so daß auch dieses Element ein geringes Gewicht aufweist. Zusammenfassend sind folgende Merkmale durch die Auslegung der Steuerung und der Bauweise erreicht worden: Kleine und kompakte Bauweise, geringes Gewicht, hohe Förderleistung.
Schematische Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt den möglichen Aufbau eines Druckverstärkers,der für die erfindungsgemäße Anwendung eingesetzt werden kann und zudem einige erfindungsgemäße Details zeigt.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Einsatz des Druckverstärkers zur Erhöhung des Druckes in einem Teilbereich des Druckluftnetzes.
Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Einsatz des Druckverstärkers, der dem Druckluftnetz bzw. der Druckluft steuerung einer Maschine, eines Apparates, einer Anlage oder Gerätes vorgeschaltet ist.
Fig. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Einsatz des Druckverstärkers zur Aufrechtrhaltung des Druckes in wichtigen Bereichen des Druckluftnetzes.
Einen Druckverstärker mit erfingungsgemäßen Details zeigt Fig. 1 sowie das erfindungsgemäße Steuersystem.
An das Druckluftnetz 1 ist über das Ein- und Ausschaltventil 2 und das Druckabschaltventil 3 der Druckverstärker 4 am Niederdruckteilanschluß 5 und Hochdruckteilanschluß 6 angeschlos sen. Wird das Ein- und Ausschaltventil 2 auf Durchgang gestellt, so strömt die Druckluft über Ventil 3 zu Anschluß 5 und 6. Über An- schluß 6 gelangt die Druckluft inYHochdruckzylinder 7 und über das Rückschlagventil 8 in den Speicher 9. Es wird die Hochdruckfläche 10 des Kolbens 11 beaufschlagt. Über ein Zeitglied 15 und den Niederdruckanschluß 5 strömt Druckluft in den NiederdruckzylidEer 12 und beaufschlagt die Niederdruckkolbenfläche 13 des Kolbens 11. Der Kolben bewegt sich in Richtung A. Die im Hochdruckzylinder 7 befindliche Luft wird verdichtet auf einen höheren Druck und über Rückschlagventil 8 in den Speicher 9 gedrückt. Gleichzeitig strömt über Anschluß 14 Druckmedium an den Steueranschluß des Zeitgliedes 15. Ist die vom Zeitglied 15 eingestellte Zeit abgelaufen, so steuert dies infolge des Steuerdruckes um von der Sperrstellung auf Durchgangsstellung.
Die im Niederdruckzylinder befindliche Luft strömt nun über Anschluß 16 des Zeitgliedes 15 ins Freie.
Es kommt nun die von Anschluß 6 anstehende Luft zur Wirkung. Diese beaufschlagt die Hochdruckkolbenfläche 10 so, daß sich nun der Kolben 11 in Richtung B bewegt. Ist der Kolben 11 in seiner linken Endlage, so schaltet das Zeitglied 15 auf Sperrstellung für den Anschluß 16 und auf

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für den Anschluß~=5.
Über Anschluß 5 gelangt nun Druckluft in Zylinder 12. Der Kolben 11 bewegt sich in Richtung A, wobei wiederum die im Hochdruckzylinder 7 befindliche Luft höher verdichtet wird und über Rückschlagventil 8 in den Speicher 9 transportiert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis im Hochdrucksystem sich ein Druck eingestellt hat1 der sich ergibt aus dem Verhältnis Kolbenfläche des Niederdruckzylinders zur Kolbenfläche des Hochdruckzylinders. Ist dieser erreicht, so wird Ventil 3 auf Sperrstellung geschaltet. Die Luftzufuhr vom Druckluftnetz 1 zum Druckverstärker ist unterbrochen.
Über Ventil 17 kann aus dem Speicher 9 Druckmedium entnommen werden, dessen Druck über dem des Druckluftnetzes 1 liegt. Fällt der Druck im Hochdruckteil (Speicher 9, Zylinder 7) unter den beschriebenen Verhältnisdruck ab, so schaltet Ventil 3 auf Durchgang. Der Druckverstärker beginnt wieder automatisch zu arbeiten, wobei die Luft aus Druckluftnetz 1 auf einen höheren Druck verdichtet wird, die über Ventil 17 zu entnehmen ist. Ventil 3 ist ein Differenzdruckventil. An der Steuerkolbenseite mit der großen Fläche wirkt der Netzdruck von 1 und an der gegenüberliegenden Steuerkolbenseite mit kleiner Fläche wirkt Medium aus dem Hochdruckteil.
Fig. 2) zeigt den erfindungsgemäßen Einsatz des Druckverstärkers. Der nach Fig. 1 beschriebene Druckverstärker soll ein Zusatzelement in einem gasbetriebenen bzw. druckluftbetriebenen Steuerkreis darstellen, dessen Einsatz dann angezeigt ist, wenn ein Druck benötigt wird, der über dem des Netzdruckes liegt. Es ist bekannt, daß der durchschnittliche Druck im Druckluftnetz bei 6 bar, der max. Druck bei 10 bar liegt. Diese Druckgrößen im Druckluftsystem sind wirtschaftlich am günstigsten zu erzeugen und zu warten. In den meisten Fällen wo man nicht mit diesen Drücken auskommt, weicht man in die Hydraulik aus. Es ist aber wünschenswert, bei einem Medium, z.B.
Druckluft zu bleiben. Dieses kann erfolgen, wenn man den beschriebenen Druckverstärker im Druckluftsystem als Hilfselement verwendet, wie in Fig. 2 gezeigt. An das Druckluftnetz 1 mit z.B. 6 bar ist ein Druckverstärker 4 angeschlossen. Das Druckluftnetz 1 versorgt alle Verbraucher 18, die mit 6 bar betrieben werden können. Der Druckverstärker 4 hat beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis 4:1, somit kann dieser bei 6 bar Netzdruck einen max. Druck von 24 bar erzeugen, womit z.B. das Hochdrucknetz 19 beaufschlagt wird.
An Netz 19 können nun Geräte 20 angeschlossen werden, die mit einem höheren Druck beaufschlagt werden. Somit kann man an diesem Teil infolge des höheren Druckes größere Kolbenkräfte erzeugen oder aber man kommt mit kleineren Kolbenflächen aus, so daß die Geräte kleiner gebaut werden können.
Fig. 3) Eine Maschine 21, oder Apparat 21, oder ein Gerät 21 wird ganz oder teilweise von Druckluftelementen (Zylindern, Ventilen, Motoren) angetrieben. Es soll sichergestellt werden, daß diese Maschine usw. mit einem Druck z.B. von 10 bar stets versorgt werden sollen. Der Hersteller dieser Maschine 21 usw.
weiß jedoch nicht von vornherein, welcher Druck an der Einsatzstelle im Druckluftnetz vorhanden ist oder wie weit dieser Druck dort abfallen kann. Es wird ein Druckverstärker 4 der Wartungseinheit 22 und dem Anschluß 1 der Maschine 21 usw. nachgeschaltet und von hier aus das gesamte Netz der Maschine 21 usw. beaufschlagt. Bei einem Übersetzunqsverhältnis 4:1 des Druckverstärkers kann auch beim Absinken des Druckes im Druckluftnetz auf 3 bar ein Druck an oder in der Maschine 21 usw. von 10 bar aufrechterhalten werden. Bei 6 bar max. Netzdruck kann die Steuerung am Druckverstärker an einem Druckabschaltventil so eingestellt werden, daß der gewünschte Druck von 10 bar nicht über- und nicht unterschritten wird.
(s. Fig. 1, Pos. 3 Druckabschalteventil).
Fig. 4) Im Druckluftnetz 1 schwankt z.B.
der Druck zwischen 3 und 6 bar. Es ist aber ein konstanter Druck von 6 bar erforderlich. Hier wird dann so verfahren, daß an Netz 1 ein Druckverstärker 4 angeschlossen wird. Mittels eines Ventils 23 wird das Netz 1 von Netz 24 getrennt.
Das Netz 24 wird vom Hochdruckteil des Druckverstärkers gespeist, wobei die beschriebene Steuerung des Druckverstärkers den Druck im Netz 24 konstant auf 6 bar hält.
Diese wenigen Beispiele zeigen deutlich die Idee dieser Erfindung. In groben Zügen gesehen, soll der Druckverstärker in einem Druckluftnetz die umgekehrte Funktion eines Druckregelventils übernehmen.
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Claims

Schutzansprüche 1.) Druckverstärker zur Druckerhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Druckmedium, vorzeugs weise Gas oder Druckluft, angetriebener Druckverstärker eingesetzt wird, dessen Aufgabe es ist, den im Gas- oder Druckluftnetz vorhandenen Druck auf einen höheren zu verdichten und diesen in ein weiteres Netz, eines Teilbereiches des Netzes, in Geräte, Maschinen, Apparate, Anlagen usw. zu fördern, so daß hier ein höherer Druck zur Verfügung steht als im normalen Netz vorhanden, wobei der Druckverstärker eine automatische Pumpbewegung ausführt und diese Pumpbewegung aufhört, sobald ein eingestellter max. Druck erreicht ist und wieder automatisch beginnt zu pumpen, sobald ein eingestellter min. Druck erreicht ist.
2.) Druckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesem Druckverstärker Maschinen, Geräte und Anlagen ausgestattet werden, wenn diese, oder Teilmechanismen dieser, wie z.B. Antriebszylinder oder ähnliches, mit einem Druck beaufschlagt werden sollen, z.B. 20 bar, der über dem üblichen Druck, z.B. 6 bar, des im Einsatzbetriebes vorhandenen Gas- oder Druckluftnetzes liegt.
3.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Druckverstärker an vorhandene Gas- oder Druckluftleitungen angeschlos- sen werden kann, um den vorhanden Druck, z.B. 6 bar, für Teilbereiche des Netzes auf einen höheren Druck, z.B. 24 bar, zu erhöhen, um im Gas- oder Druckluftbereich auch solche Geräte betreiben zu können, wie z.B. Spannzylinder, Pressen, Stanzen, Scheren, Vorschubgeräte u.ä., die mit einem höheren Druck betrieben werden sollen, um auch bei Gas- oder Druckluftbetrieb höhere Kräfte an den Geräten erzielen zu können.
4.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Druckverstärker in Teilbereichen oder Abschnittenbes Gas- oder Druckluftnetzes dafür verwendet wird, um hier einen bestimmten Druck, z.B.

6 bar, aufrechtzuerhalten, wenn bei Ubermäßiger Gasentnahme der Druck im übrigen Netz, z.B. auf 6 bar, abfällt.
5.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 4, dadurch qekennzeichnet, daß dieser eing e tzllt

wird zur Erhöhung des Druckes in einem Teilbereich des Druckluftnetzes gemäß Fig. 2 oder ähnlichen Fällen.
6.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 5, dadurch geknnzeichnet, daß dieser der Drucklufteinrichtung, einer Maschine, einer Anlage, eines Apparates, eines Gerätes oder einer ähnlichen Baueinheit vorgeschaltet wird beispielsweise wie nach Fig. 3 beschrieben, damit der an diesen Baueinheiten erforderliche Druck garantiert vorhanden ist, unabhängig vom Netzdruck am Einsatzort.
7.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker, der ein beliebiges Übersetzungsverhältnis haben kann, das Fördervolumen durch hin- und herbewegen des Hochdruckkolbens erbringt, der vom Niederdruckkolben mitbewegt wird (Kolben 11), wobei vorzugsweise das Antriebsmedium aus dem Niederdruckbereich des Gas- oder Druckluftnetzes entnommen wir und der vom Hochdruckteil des Übersetzers erzeugte höhere Gas- oder Luftdruck in den Hochdruckteil des Netzes gepumpt wird, wobei diese Arbeitsweise automatisch erfolgt und automatisch ausgelöst wird, wenn der im Hochdruckteil vorhandene Druck auf einen bestimmten eingestellten Wert zurückgeht und diese automatische Arbeitsweise abgeschaltet wird, wenn der eingestellte Druck erreicht ist.
8,) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker aus einem Niederdruck- und einem Hochdruckteil besteht und dem Hochdruckteil direkt ein Speicher nachgeordnet ist, so daß der Hochdruckteil über ein Rückschlagventil das Gas- oder Druckluftvolumen direkt in diesen Speicher 9 fördert.
9.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdichtungsvorgang ein Druckmedium verbraucht wird, für die Rückstellung des Nieder- und Hochdruckkolbenverbundes jedoch das Druckmedium verwendet wird, das in den Hochdruckteil einströmt und anschließend als höher kompremiertes Medium verwendet wird.
.10.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung vom Druckluftnetz 1 über ein Zeitglied 15 erfolgt, das den Niederdruckzylinder belüftet und gleichzeitig von dieser Belüftungsluft zeitlich so gesteuert wird, daß, wenn der Kolben 11 die Endlage A erreicht, oder annähernd erreicht hat, so umschaltet, daß die Luftzufuhr zum Niederdruckzylinder 12 unterbrochen und gleichzeitig der Niederdruckzylinder 12 entlüftet wird, wobei durch die Einwirkung der Luft auf die Hochdruckfläche 10 der Kolben 11 in die Endlage B bewegt wird.
11.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Arbeitsweise des Kolbens 11 durch ein Ventil (z,B, Differenzdruckventil 3) unterbrochen wird, wenn der Druck im Hochdruckteil (7 u. 9) einen Wert erreicht hat, der infolge des gegebenen Übersetzungsverhältnisses nicht weiter steigen kann.
12.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker mit einer Steuerung verbunden ist, die eine automatische Arbeitsweise des Verdichtungsvorganges bewirkt.
13.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker als Element im Druckluftnetz eingesetzt wird, der hier die umgekehrte Funktion des Elements Druckreduzierventil hat.
14.) Druckverstärker nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine hohe Förderleitstung durch einen kurzen Hub und einet hohet Hubzahl erzielt wird, so daß eine kurze und leichte Bauweise den Druckverstärker zum handlichen Element werden läßt.