Die Erfindung betrifft ein Hochdruck Aggregat mit in achsialer
Richtung federbaren oder deformierbaren Elementen fuer besonders hohe
Drucke von bis zu etwa 5000 Bar, wobei das gepumpte oder mit verwendete
Fluid eine nicht schmierende Fluessigkeit, wie zum Beispiel
Wasser, sein kann.
Aus dem Hauptpatent ist ein Hochdruckfluid Aggregat bekannt,
das zwei verschiedene Medien, von denen das eine ein
nicht schmierendes Fluid sein kann, durch ein in achsialer Richtung
dehnbares Ringelement trennt, das die beiden Medien voneinander
getrennt haelt, wenn das eine Fluid am einem Ende des
Elementes einen Pumphub auf das Element ausuebt und dadurch
das andere Fluid am anderen Ende des Elementes aus seiner Pumpkammer
herausgedrueckt wird. Im Hauptpatent konnte das Element
auch eine Membrane sein, weil die Drucke an beiden achsialen
Enden des Elements nach dem Hauptpatent im Prinzip gleich sind
und sich nur durch den Widerstand des Elements bei dessen Verformung
unterscheiden.
Die Ausfuehrung des Elementes des Hauptpatents hat aber
den Nachteil, dass der Hub des Elementes relativ kurz ist, weil
die Membrane bei langem Hube infolge Ueberspannung reissen wuerde.
Ausserdem ist die Membrane des Hauptpatents eine schwache,
ohne besondere eigene Staerke und Widerstandsfaehigkeit. Dadurch
ist dem Aggregat des Hauptpatents eine Leistungsgrenze durch
dessen Element, also durch dessen Membrane gegeben.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, ein widerstandfaehiges
Element und dazu zweckdienliche Teile eines Aggregates
mit hoher Haltbarkeit und langem Achsialhub des Elementes betriebssicher
und mit einfachen Mitteln zu schaffen, um Lebensdauer
und Leistung von Hochdruckaggregaten zu vergroessern.
Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnendem Teile des
Patentanspruchs 1 geloest. Weitere vorteilhafte Loesungen der
Aufgabe ergeben sich aus den Anspruechen 2 bis 30.
Die Fig. 1 bis 14 zeigen Laengsschnitte durch 14 verschiedene
Ausfuehrungsbeispiele eines Hochdruck Aggregates nach
der Erfindung oder durch Teile des Aggregates.
Fig. 1 zeigt in einem Deckel 1, 11 die zweite Pumpkammer
37 mit einem Einlassventil 38 und einem Auslassventil 39. Zu
den Ventilen fuehren die Leitungen 41 und 42. Die Ventile koennen
durch Federn 40 gespannt sein. In den Deckel 1 ist ein Einsatz
91 eingespannt und zum Beispiel mittels Schrauben 92 gehalten,
der im Deckel 1 das Fluid-Trenn-Element 61 einspannt, indem
es die Befestigung 104 des Elements bildet. Im Einsatz 91 befindet
sich der Zylinder 35, der mit der ersten Pumpkammer 35 zwischen
dem Element 61 und dem Einsatz 91 verbunden ist und in dem
sich der Hubkolben 52 auf und ab bewegt. Die Befestigung 104
bildet mit ihrem Innendurchmesser den Aussendurchmesser der
ersten und der zweiten Pumpkammern 35 und 37. In Fig. 1 ist
die Kammer 35 nicht sichtbar, weil das Element 61 mit seinem
Boden auf der Bodenauflage 101 aufliegt, die das obere Ende
des Einsatzes 91 bildet. Die genannte Befestigung 104 ist vorteilhafterweise
mit Dichtnuten 102 und 103 im Deckel 1 und Einsatz 91
zur Einlage von Dichtringen versehen, die die Abdichtung
des Elements und der beiden Kammern 35 und 37 voneinander
bewirken. Die zweite Pumpkammer 37 ist zwischen der oberen
Stirnflaeche des Elements 61 und der Kopfanlage 100 ausgebildet,
wobei die Kopfanlage 100 an dem Deckel 1 ausgeformt ist. In
den Fig. 1 und 2 ist die Kopfanlage ein schwachwinkliger
Hohlkegel, dessen achsiale Tiefe nicht laenger sein darf, als der
maximal zulaessige Hubweg des Elements 61 ist. Presst der Hubkolben
52 nach oben, dann wird Fluid aus dem Zylinder 35 gegen
den Boden des Elements 61 gedrueckt und das Element hebt sich
nach oben, dabei ueber Ventil 38 eingetretenes Fluid ueber Ventil
39 aus der zweiten Kammer 37 herauspumpend, bis die obere
Stirnflaeche des Elements 61 an der Kopafanlage 100 anliegt. In
diesem Zustande ist unter dem Element 61 die erste Pumpkammer
35 voll ausgebildet. Der Hubkolben 52 hat seinen vollen Hubweg
getan.
Wahrend im Hauptpatent die Membrane frei zwischen den
beiden Medien der Kammern 35 und 37 schwang, ohne mechanische
Endauflagen zu beruehren, hat das Element 61 der indung
jetzt Endanlagen 100 und 101 zwischen denen es sich achsial bewegt.
Das hat den Vorteil, dass die Anlagen 100 und 101 so platziert
werden koennen, dass der zulaessige Hubweg des Elements
61 nie ueberschritten werden kann. Das Element 61 erhaelt so
eine lange Lebensdauer und Betriebssicherheit. Die Formgebung
der Anlagen 100 und 101 werden so bemessen, dass das Element
in allen Teilen zulaessige Spannungen behalt. Die Kopfanlage ist
daher radial in der Mitte weiter ausgebaucht, als an den radialen
Aussen Enden. Die Auflage des Elements 61 an der Bodenauflage
101 verhindert toten Raum und dadurch Kompressionsverluste
im Fluid. Diese werden ebenfalls durch das Anstossen des Elements
61 an die Kopfanlage 100 verhindert. Der Winkel des Hohlkonus
unter der Kopfanlage 100 ist in den Figuren stark vergroessert
gezeichnet. In der Praxis ist das Element in dem Massstab
der Figuren etwa 2 mm dick (plus minus 1,5 mm) und besteht
aus flexiblem Material, fuer Hochdruck Wasserpumpen von bis
zu 5000 Bar aber oft aus dem japanischem SUS 630 Stahl oder
aus Edelstahl von VEW. In den Fig. 1 und 2 ist dabei ein
Hubweg des Elements von 0,2 bis 0,4 mm zulaessig, wenn die
genannten Staehle verwendet sind.
Erwuenscht ist aber oft ein noch groesserer Hubweg des
Elements.
Daher zeigt die Fig. 3 im Mass-Stabe 1 : 1 ein Hochdruck
Aggregat fuer bis zu 5000 Bar Wasserdruck aus der zweiten
Pumpkammer 37 fuer etwa 10 Cubiccentimeter Foerdermenge pro
Hub. Das Element 61 macht dabei in der radialen Mitte etwa
4 mm Hub bei einer Dicke von 3 mm. Die Berechnung der Foerdermenge
erfolgt nach den Formeln der Fig. 29-A der Europa Offenlegungsschrift
01 02 441.
Der lange Hubweg des Elements 61 und damit die grosse
Foerdermenge der Kammer 37 bei dem hohem Druck ist nach der
Fig. 3 dadurch erreicht, dass das Element 61 mit Ringwellen (161, 261, 361)
geformt ist, die Wellen-Taeler und Berge bilden. Diese sind in
der Figur sehr stark ausgepraegt und bilden zwischen den Wellenhoehen
161, 261 und den Wellentiefen 461 fast achsparallele oder
nur schwach geneigte Elementenstuecke 361. In Radialrichtung
ist durch diese Ausformung der Wellenteile eine Laenge des Elements
61 geschaffen, die die Radialabmessung der Kammern 35, 37
bei weitem uebersteigt. Das Element 61 ist daher besonders elastisch,
obwohl es aus Teflon, anderen Werkstoffen oder aus Edelstahl
besteht. Die Wellenhoehen und Wellentiefen gehen in guten Boegen
in die Zwischenstuecke 361 ueber. Die radial aeusseren Wellenberge
und Wellentaeler sind praktischerweise achsial kuerzer, als die
radial inneren. So erreicht man eine automatische Entlueftung,
indem man das Auslassventil 39 an die hoechste Stelle der zweiten
Pumpkammer 37 setzt, wo sich der hoechste Wellenberg 161 befindet.
Die Figur ist etwa mass-staeblich gezeichnet. Der Deckel
1 ist entsprechend mit der Kopfanlage 112 geformt, wobei diese
den Hubweg des Elements 61 begrenzt und die obere Stirnflaeche
des Elements 61 nach Beendigung des Hubweges des Elements 61
an der Kopfanlage 112 anliegt. Die Kopfanlage hat also zum Element
komplementaere Wellenformen, wobei diese sich jedoch um die
betreffenden oertlichen Achsialmasse von der ungespannten Lage
des Elements 61 entfernen. Der Einsatz 91 hat an seinem oberem
Ende die Bodenauflage 111, die komplementaer zum Boden des
Elementes 61 geformt ist, also auch die Wellen Taeler und Berge
191 und 192 hat und auf der die Grundflaeche des Elements 61
in dessen ungespanntem Zustande aufliegt. Man sieht in
der Figur deutlich, dass die Berge des Deckels 1 und die Berge
des Einsatzes 91, zum Beispiel die Teile 191 und 212, tief in
die betreffenden Wellentaeler des Elements 61 eintreten. Totraum
ist dabei vermieden, um hohen Wirkungsgrad der Foerderung zu
erreichen. Die Ventile sind in der Figur so ausgebildet, dass
nur wenig Totraum entsteht und die Ventile trotzdem gut wirken.
Die Bohrungen 105 und 106 dienen zur Ableitung von Luft, die
sich in den Hoehen sonst sammeln und das Pumpen verhindern
wuerde. Die Bohrungen 105 und 106 verbinden die Hoehen der
Kammer 37 mit dem Auslassventil. Die Hoehen um 191 unter dem
Element 61, also in der Kammer 35, koennen durch die Entlueftungs
Bohrung 120, die dafuer angeordnet ist, entlueftet werden. Sie soll
an der hoechsten Stelle unter dem Element 61 muenden, wie gezeichnet,
um ihre Entlueftungswirkung erfuellen zu koennen.
Die Positionen 461, 312, 291 zeigen weitere Taeler, Hoehen oder Auflageflaechen
im Zusammenhang mit der Formgebung des Elementes oder der
Anlage- bzw. Auflage-Flaeche. Die Federbarkeit des Elementes 61 ergibt
sich auch durch die langen Achsialstege 361, die in radialer Richtung
federn koennen.
Der Deckel 1 und der Einsatz 91 sind durch
die Verbindungen 92 zusammen gehalten. Das Einlassventil 38 kann mit
den Federn 40 gespannt sein und die Anschluesse sind durch 41 und
42 gezeigt, wobei 32 der Einlass und 41 der Auslass Anschluss sind.
Das Element 61 ist mit dem Flansch 104 versehen, mit dem es zwischen
dem Deckel 1 und dem Einsatz 91 gespannt ist, wobei die Abdichtung
durch Dichtringe - nicht eingezeichnet - in den Dichtring Nuten 102
und 103 erfolgen kann. Fuer die Entlueftung der Wellen Berge sorgen
die Entlueftungsbohrungen 105 und 106. Die Ringnase 110 zeigt den tiefen
Eingriff in das Wellental oberhalb des Talbodens 291.
Im Zylinder 35 der Hubdruck Kammer 35 laeuft der Kolben 52,
der die Kammer 35 periodisch fuellt und entleert. Der Antrieb des
Kolbens 52 erfolgt zum Beispiel nach der genannten Europa Offenlegungs
Schrift oder mittels einem Druck Kolben 124 in einem Zylinder 125
mit Einlass 123. Statt dem Druckkolben 124 zu benutzen, kann man auch
einen mechanisch angetriebenen Druck Kolben 128 verwenden, der dazu
einen Kolbenschuh 127 im Kolben 128 schwenkbar enthaelt, waehrend
der Kolbenschuh auf einer Laufflaeche eines Exzenters 126 angetrieben
ist. Der Kolbenschuh mag hydrostatische Lagertaschen 130 und Verbindungsleitungen
129 enthalten. Ein Mass Stab ist links in der Figur eingezeichnet,
um die Groesse fuer die benannte Foerdermenge in etwa zu
zeigen. Wenn der Kolben 124 im Zylinder 125 angeordnet ist, wird am
oberem Zylinderende eine Entlueftungsbohrung 122 angeordnet. Von besonderer
Bedeutung fuer die Praxis ist die Fuell-Kontrol Bohrung 121,
die sich in der unteren Totpunktlage des Kolbens 52 befindet und dort
in den Zylinder 35 muendet. In der unteren Totpunktlage gibt der Kolben
52 diese Bohrung frei, damit die Kammer 35 voll mit Fluid von aussen
her durch die Bohrung 121 gefuellt werden kann. Nach kurzem Hubweg
verschliesst der Kolben 52 die Bohrung 121 und beginnt damit die Hubfoerderung
des betreffenden Druckfluids aus dem Zylinder 35 in die
Kammer 35 unter das Element 61 hinein, um das Element 61 nach oben
zu druecken und dadurch das andere Fluid aus der Kammer 37 durch
das Auslass Ventil 39 und den Auslass 41 zu foerdern. Das Element
61 haelt dabei die beiden unterschiedlichen Fluide in den Kammern
35 und 37 voneinander getrennt, damit sie nicht vermischen koennen.
Fig. 4 entspricht im Wesentlichen der Fig. 2, doch ist das
Auslassventil 39 nahe dem Einlassventil 38 angeordnet, was eine einfache
Herstellung bringt, aber wirkungsgradmaessig der Fig. 2 nachstehen
kann, weil die Entlueftung in Fig. 4 nicht so gut automatisch erfolgt,
wie in Fig. 2, denn der Anschluss des Ventils 39 liegt in Fig.
4 nicht an der oberen Stelle, an der sich die Luft sammelt. Verdreht
man die Fig. 4 um 90 Grad nach links, dann ist die automatische
Entlueftung jedoch wieder gesichert.
In Fig. 5 ist eines der effektivsten Ausfuehrungsbeispiele der
Erfindung fuer grosse Foerdermenge gezeigt. Die Besonderheit dieses
Ausfuehrungsbeispiels ist die Anordnung des Multi-Axial Elementes
der Fig. 6. Es ist in Fig. 6 separiert dargestellt. Mit dem Flansch
210, 284 ist das Element 210 zwischen den Dichtungen 209 und 211 zwischen dem Deckel 201 und dem Gehaeuse 222 eingespannt. An den Flansch
schliesst sich ein konisches Ringteil radial nach innen an, das in den
Talboden 281 einbiegt, von wo aus ein konisches Ringteil radial nach
aussen in entgegengesetzter Richtung konisch erstreckt, bis es in einem
Aussenringbogen 280 endet, an den sich wieder ein radial nach innen
erstrecktes konisches Ringteil, wie das erstgenannte, anschliesst. Das
ganze Element 284, 210 ist in dem Ausfuehrungsbeispiel aus einem einzigem
Teile geformt. Zum Beispiel ist es aus dem japanischen Edelstahl SUS
630 oder aus einem VEW Edelstahle gedreht. Die inneren und ausseren
Boegen sind keine scharfen Spitzen, damit sie nicht brechen. Ein Boden
218 mag das andere Ende des Elementes bilden. Die Herstellung mittels
Drehen aus dem einem Werkstueck ist relativ einfach und kann auch
automatisch erfolgen. Doch wuerde das Element hohe Foerderverluste
durch innere Kompression haben, denn die doppelkonischen Innenraeume
282 lassen sich nicht mit nicht komprimierbaren Fuellstoffen ausfuellen
und bilden toten Raum, in dem das Fluid komprimieren und dadurch
an Foerdermenge verlieren wuerde. Dieser Nachteil ist jedoch durch
die gegenwaertige Erfindung ueberwunden. Zum Beispiel giesst man danach
das Element, bzw. die Elementensaule 210 innen voll mit Aluminium
oder einem anderem geeignetem Stoffe aus. Aluminium ist gut geeignet,
weil es eine so geringe Schmelztemperatur hat, dass beim Ausgiessen
mit der Aluminium Schmelztemperatur der Edelstahl, aus dem das Element
meistens besteht, noch nicht beschaedigt wird und ausserdem
weil das Aluminium unter Druck (Zusammendrueckung) wenig an Volumen
verliert. Es verliert etwas weniger, als das 16tel des Volumens,
das Wasser unter gleichem Druck verlieren wuerde. Wasser verliert
bei 5000 Bar schon fast 20 Prozent an Volumen, Blei etwa 2,3 Prozent,
Aluminium aber nur etwa 0,55 Prozent. Der Foerdermengenverlust des
Aggregates bei Ausfuellung der Innenraeume mit Aluminium verringert
also die Kompressionsverluste im Vergleich zu Wasser fast um das dreissig
bis 40fache. Nachdem die Innenraeume des Elementes mit dem
Blei oder Aluminium ausgegossen sind, wird aus dem Element der Fuellstoff,
also zum Beispiel das Aluminium auf den Innendurchmesser der
Innenboegen 281 ausgedreht. Dann wird das Element auf die Knet-Temperatur
des Ausfuellstoffes erhitzt, nachdem auch die auesseren Zwischenraueme
283 mit dem Fuellstoff ausgegossen waren. Bei Erreichen der
Knet-Temperatur wird das Element unter einer Presse auf die gewollte
Hublaenge axial zusammengedrueckt, wobei sich der Fuellstoff entsprechend
auch zusammendrueckt. Nach dem Erkalten wird erneut ausgedreht
und zwar wieder auf den Innendurchmesser der Innenboegen 281 und
radial aussen auf den Aussendruchmesser der Aussenboegen 280. Dabei
haben sich dann infolge der Zusammendrueckung des Fullstoffes die
Zwischenraeume zwischen Fuellstoff und konischen Teilen des Elementes
gebildet, die nunmehr einen Teil der Arbeitskammer bilden. Das Element
arbeitet dann zwischen dem entspanntem Zustande der Fig. 5 und
6, und dem gespanntem Zustande, in dem die genannten Zwischenraeume
verschwunden sind, weil Elementenwaende und Fuellstoffwaende dann
aneinander anliegen. Der Innenraum des Elementes erhaelt dann einen
Innenraum Fuellklotz, z. B. 216 und die genannten Zwischenraeume stehen
mit der ersten Arbeitskammer 212 in Verbindung und bilden Teile dieser.
Mann kann auch einen Zylinderkolben 217 einsetzen und mit den Bolzen
221 am Elementenboden befestigen. Das hat naemlich den Vorteil, dass
man dann den Hubkolben 227 in den Zylinderraum 220 des Fuellkolbens
217, 219 eintauchen lassen kann, um eine kurze Baulaenge des Aggregates
zu bekommen. Der mittels der Befestigungsschrauben am Gehaeuse 222
gehaltene Kopfdeckel enthaelt die Einlass- und Auslass-Ventile 202, 204,
206 und 208, die auch die Spannfedern 203 haben koennen. Die aeusseren
der Doppelventile sind aus Herstellungsgrueden in Einsaetzen 205, 207
im Kopfdeckel 201 untergebracht. Im Aggregat befinden sich die erste
Arbeitskammer 212 fuer das zu pumpende, nicht schmierende Fluid,
z. B. das Wasser und die zweite Arbeitskammer oder Hubkammer 213,
wobei die letztere mit dem Zylinderraum 220 verbunden ist. Die Hubkammer
wird mittels des Hubkolbens 227 mit dem Hubdruckfluid gefuellt
was meistens eine schmierende Fluessigkeit ist, zum Beispiel: Oel.
Der Hubkolben 227 mag hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein,
wie aus der Europa Offenlegungsschrift oder aus der Hauptanmeldung
bzw. aus anderen Figuren bekannt. Der Antrieb kann aber auch mechanisch
ueber eine Kurbelwelle mit Pleueln oder ueber einen Kolben
226 mit Kolbenschuh 230 und einem Langhubexzenter 232 mit Hubflaeche 233
an einer Welle 231 nach der DE OS 33 30 983, z. B. Fig. 30, erfolgen,
wobei dem Kolbenschuh Druckfluidtaschen 228, 229 zugeordnet sein
moegen. Der im Kolbenbett schwenkbare Kolbenschuh 230 laeuft mit
der Gleitflaeche 234 an den Kolbenhub Fuehrungsflaechen 233 des Exzenters
232. Wichtig ist wieder die Fuell-Kontroll Bohrung 223, die auf
die innerste Totpunktlage des Hubkolbens 227 muenden soll, damit
die Hubkammer 213 rationell ohne Stoerung und Verluste gefuellt werden
kann. Beim Druckhub des Hubkolbens 227 wird die Elementenanordnung
210 unter dem Fluiddruck in Hubkammer 213 nach oben zusammen gedrueckt,
wodurch die erste Arbeitskammer 212 komprimiert und das nicht
schmierende Fluid aus der Kammer 212 über die Auslass Ventile 206
und 208 aus dem Aggregat heraus foerdert. Des hohen Druckes in der
Kammer 212 wegen hat der Hubkolben 227 im Vergleich zum Elementensatz
210 relativ kleinen Durchmesser, dafuer aber langen Hub. Es ist daher
gelegentlich zweckdienlich, dem Hubkolben einen Fuehrungskolben 226
im Fuehrungszylinder 224 zuzuordnen, der durch Federn 225 jeweils
in der Mitte zwischen dem Kolben 226 und dem oberen Ende des Zylinders
224 gehalten wird. Der Kolben 226 hat meistens die Druckfluid
Taschen 227 zum Lauf an der Zylinderwand des Zylinders 224. Dieses
Aggregat ist in der Abmessung des Mass Stabes ebenfalls fuer die Foerderung
von etwa 10 Cubiccentimeter bei etwa 4000 Bar. Man beachte
des hohen Druckes wegen die Dicke der Wand des Gehaeuses 222, damit
es nicht radial ausdehnt, was Foerderverluste bringen wuerde.
Die Fig. 6 ist zusammen mit der Fig. 5 bereits beschrieben
worden.
In Fig. 7 ist eine Alternative zum Element der Fig. 6 dargestellt.
In dieser Figur ist das Element aus faserverstaerktem Kunststoff,
zum Beispiel aus Carbon Fiber hergestellt. An den Flansch 250 schliesst
sich wieder ein konisches Ringelement an. Am radial innerem Ende
ist dieses erste Element mit einem zweiten symmetrisch konischem
Ringelement 252 zusammen geklebt, das heisst, unter Druck zusammen
gefuegt, zum Beispiel mit Epoxy Resin, dem Bindestoff im Carbon
Fiber. Am radial aeusserem Ende ist bei 253 dem zweitem Element
wieder ein erstes Element angeklebt undsoweiter, bis zum Boden 256.
Von Bedeutung ist, dass die inneren Verbindestellen 254 leicht herstellbar
sind, indem man jeweils ein Element 251 und ein Element 252
unter der Presse zusammen klebt. Danach koennen dann die Aussenverbindungen
263 dadurch hergestellt werden, dass man einen radial geteilten
Ring 255 radial von aussen her zwischen zwei benachbarte Ringelemente
252 legt. Der Ring 255 bildet dann die Unterlage fuer das Zusammenpressen
beim Verkleben der benachbarten Elemente 252 in der Verbindung
252.
In der Fig. 8 ist ein sinngemaesser Elementensatz
aus rein mechanischen Einzelteilen hergestellt. Er besteht aus
symmetrisch gegeneinander gelegten konischen Ringen, wie Tellerfedern,
260 und 266 mit Distanzringen 263 und 270 zwischen den benachbarten
radial inneren und aeusseren Enden der Elemente. Jeweils radial innerhalb
und radial ausserhalb der Distanzringe befinden sich die plastischen
Dichtringe 264 und 268 bzw. 269 und 271. Die radial inneren
und aeusseren Enden der konischen Ringe 260 und 266 sind mit Bordringen
264 bzw. 272 achsial umgriffen und zusammen gehalten. Dabei moegen
die Bordringe radial kleiner oder groesser gedreht werden und radial
nach innen oder aussen aufgerollt werden, um die betreffenden Enden
der konischen Elemente zu umgreifen. Es ist hier wichtig, dass die
Distanzringe 263 und 270 radial von innen und radial von aussen von
plastischen Dichtringen umgeben sein muessen. Die Dichtringe 271 und
264 muessen dabei jeweils einen Distanzring und zwei konische Ringelemente
radial umgreifen, um die benoetigte Dichtwirkung fuer das Aggregat
zu erreichen.
Die Fig. 10 zeigt in grossem Masstabe ein entsprechendes
konisches Ringelement der Erfindung und die ihm zugeordneten wichtigen
Teile dieses Ausfuehrungsbeispiels der Erfindung. Das Element 301 hat
die Ausdrehung 371 zur Aufnahme des Zentrierungsringes und des Dichtringes
der Fig. 9 oder einer Figur der Hauptanmeldung. Radial nach
innen erstreckt sich davon die konische Abschraegung 370, die den
Pumpraum bildet und an die sich die zylindrische Innenflaeche 379 anschliesst,
die am jenseitigem Ende im Ausfuehrungsbeispiel den Konus
378 sehr kleinen Winkels hat. Diese Abschraegung (der Konus) ist deshalb
wichtig, weil das Element axial zusammengedrueckt wird und
diese Axialdrueckung eine Innendurchmesser Verringerung bringt, die
am rueckwaertigem Ende staerker ist, als am vorderem Ende des Elementes.
Nach der Zusammendrueckung wuerde die Innenflaeche daher
nicht mehr zylindrisch sein. Als naechstes folgt die rueckwaertige
Auflageflaeche, an die sich die Verstaerkungsausbauchung 374 anschliesst
und schliesslich hat das Element 301 noch die Halteflaeche 373 zum
Ansatz der Klampenringe der Hauptanmeldung und der Fig. 9 zum Zusammenbau
zweier benachbarter, symmetrisch angeordneter Elemente
301 zu einem Elementen Paare. Die Elemente liegen auf den Stuetzringen
375 des Distanz Stueckes 376 auf. Gemaess diesem Ausfuehrungsbeispiel
der Erfindung ist das Distanzstueck einteilig mit dem Dichtlippen-Traeger
386 und zwar deshalb, damit die Dichtlippen 380 keine achsiale Relativ
Verschiebung relativ zum Element 301 erleiden koennen, weil solche
Verschiebung die Dichtlippen 380 und die Dichtrtinge 387 beschaedigen
bzw. abnuetzen koennten.
Wichtiges Erfindungsmerkmal ist in diesem
Ausfuehrungsbeispiel noch der Dichtlippentraeger 381 mit seinen Ergaenzungsteilen.
Der Dichtlippentraeger hat die an der Innenflaeche
379 des Elementes anliegende Dichtkante (den Dichtsteg) 380, vor dem,
der Arbeitskammer zu gerichtet, der Dichtringsitz (die Dichtrtingnut)
zur Aufnahme des plastischen Dichtrings 387 angeordnet ist. Die Dichtlippe
380 ist eng in die Innenflaeche 379 des Elementes aingepasst.
Die Dichtringnut ist nahe der Arbeitskammer, also ganz vorne im Element
301 angeordnet, um die radiale Aufweitung des Elementes 301 unter
hohem Innendruck zu vermeiden, weil solche Radialaufweitung des Elementes
301 einmal die Lebensdauer beschraenkt, dann auch die Dichtwirkung
der Dichtlippe und des Dichtringes 387 unsicher macht und schliesslich
die Foerdermenge des Pumpaggregates abnimmt, wenn das Element 301
radial aufweitet.
Aus den gleichen Gruenden ist die Dichtringnut mit dem Dichtring
387 in achsialer Richtung kurz gehalten, denn der plastisch verformbare
Dichtring 387 wuerde den Druck radial von innen her auf die radiale
Innenflaeche 380 des Elementes 301 uebertragen. Der Dichtring 387,
der in die Dichtringnut eingelegt ist, kann durch den Flansch der Halterung
383 gehalten werden. Die Halterung 383 ist gleichzeitig als
Totraum Fuellklotz ausgebildet, denn der Dichtlippentraeger 381 muss
radial von innen her mit Druck beaufschlagt werden, damit die Dichtlippe
380 den Radial-Bewegungen der Innenflaeche 380 des Elementes
301 folgen kann, indem der Innendruck sie jeweils an die Innenflaeche
380 andrueckt und angepresst haelt, wenn das Element 301 sich radial
im Durchmesser veraendert. Der Dichtlippentraeger 381 ist daher in
diesem Ausfuehrungsbeispiel ein vom Koerper 386 aus achsial erstrecktes
duennes rohrfoermiges Teil 381, dass am Koerper 386 dadurch ausgebildet
ist, dass der Koerper 386 die Ausnehmung 382 hat, in die der Fuellklotz
383 eingelegt ist. Zwischem dem Fuellklotz 383 und dem Dichtlippentraeger
381 bleibt ein enger Ringspalt 382, zu dem die Bohrung(en)
388 durch den Halteflaeche des Klotzes 383 fuehren, um die Arbeitskammer
mit dem Ringspalt 382 verbunden zu halten, damit der Druck
der Arbeitskammer auch allezeit in dem Ringspalt 382 wirkt. Rueckwaertig
der Dichtlippe 380 hat der Dichtlippentraeger oft die Durchmesser
Verringerung 377, die dafuer dient, das Anstossen des rueckwaertigen
Teiles des Innendurchmessers 379 des Elementes 301 an den Dichtlippentraeger
381, 386 zu verhindern. Die Dichtlippe 380 des Dichtlippentraegers
381 ist in achsialer Richtung wieder sehr kurz, weil achsiale
Laenge bei der Federung des Elementes 301, die die zylindrische Innenflaeche
379 nach der Erfindungserkenntnis periodisch in eine konische
verwandelt, die Dichtlippe 380 entweder am vorderen oder am hinterem
achsialem Ende periodisch um einige tausendstel oder hundertstel Millimeter
von der Innenflaeche 379 abhebt, was zu einem Spalte fuehrt,
in den Teile des plastischen Dichtrings 387 eintreten, wodurch der
Dichtring 387 abgeschabt und nach einigen Stunden Betrieb bei mehreren
tausend Bar in der Arbeitskammer unbrauchbar wird.
Die Dichtlippen Ausbildung, wie die Ausbildung des Elementes
und der Umgebungsteile erfordert hohe Aufmerksamkeit, weil man ohne Harmonie
aller Einzelheiten das Aggregat keinen Wirkunsgrad oder keine Lebensdauer
erreicht. Die Tiefe der Ringnut 382 bewirkt die Aneinander-
Presskraft zwischen der Dichtlippe 380 und der Innenflaeche 379. Ist
sie zu tief, also der Dichtlippentraeger 381 zu lang, dann nutzt die
Dichtlippe 380 infolge zu hoher Flaechenpressung zu schnell ab. Ist
sie aber zu kurz, dann reicht der Fluiddruck im Spalt 382 nicht aus,
um die Dichtlippe 380 ausreichend stark an die Innenflaeche 379 des
Elementes 301 zu druecken. Der Fuellklotz 383 kann zum Beispiel mittells
der Rohrniete 384 im und am Koerper 386 gehalten werden, wobei die
Rohrform der Niete die Bohrung 385 zur Verbindung mehrer Arbeitskammern
enthaelt.
In der Fig. 9 befinden sich unter dem
nicht eingezeichnetem Kopfdeckel mit den Einlass und Auslass Ventilen
die Pumpelemente 301 als Elementenpaare mit ihren Klampenringen 327
und 328. Die Klampenringe haben die Ringnuten 329, durch die die
radial federbaren Halterungen 332 zum Angriff an den Spannflaechen
der Elemente 301 ausgebildet werden, damit die Elementen Paare 301
symmetrisch zueinander zusammengehalten sind, um die Pumpkammer(n)
zu bilden. Die Bolzen halten die Klampenringe zusammen. Die Totraum
Ausfuellkloetze einschliesslich der Kloetze 359 sind angeordnet und
so die Dichtringe 393, die Fluidnuten 361, die Dichtringtraeger 360
und die Distanzringe 302. Die Besonderheit dieses Ausfuehrungsbeispiels
der Erfindung besteht darin, dass eine Beaufschlagung des Innenraumes
350 des Gehaeuses automatisch und parallel zum Druckanstieg und Abfall
in der Hauptpumpkammer (den Hauptpumpkammern) zwischen den Elementen
301 mit einem geeignetem Druck erfolgt. Um dieses Erfindungsziel
zu erreichen, durch das die Elemente 301 zwischen zwei Drucken federn
und dadurch hoehere Drucke in der Hauptarbeitskammer zwischen den
Elementen zulassen, wird der Druck aus dem Hubzylinder 352 unter
dem Hubkolben 354 durch die Verbindungsbohrung 351 in den Gehaeuse
Innenraum 350 geleitet. Diese Bohrung oder Fluidleitung 351 ist daher
ein wichtiges Erfindungsmerkmal. Der Hubkolben 354 zum Zusammendruecken
der Pumpelemente 301 und damit zur Foerderung aus der Haupt
Arbeitskammer, drueckt auf den Boden der Arbeitskammernanlage, ist
im Zylinder 352 achsial beweglich und drueckt die Elemente 301 zusammen,
wenn Druckfluid in den Hubzylinder 354 geleitet wird. Dazu
hat der Zylinder 354 den Leitungsanschluss 355. Der Hubkolben 354
ist in diesem Ausfuehrungsbeispiel als Differentialkolben mit dem Hauptteil
354 und dem Kolbenteil 357 von geringerem Durchmesser ausgebildet.
Der Kolbenteil 357 ist von einer Kammer 356 umgeben, die durch Bohrung
358 diese Kammer unter geringem Druck oder unter Atmosphaerendruck
haelt. Damit der Differentialkolben 354-357 montiert werden kann, ist
das Gehaeuse 306 mit einem abnehmbarem Boden 362 versehen, der mittels der
Halterung 363 (z. B. Schrauben) am Gehaeuse 306 gehalten ist. Der Unterschied der Durchmesser
der Kolbenteile 354 und 357 zusammen mit den Durchmessern der Kammern innerhalb der Elemente 301
den Unterschied des Druckes in der Arbeitskammer zwischen den Elementen
301 und dem Druck im Hubzylinder 352 und dem dazu gleichem
Drucke im Innenraum 350. Wird das Aggregat zum Beispiel als Pumpe
mit 3200 Bar in der Arbeitskammer zwischen den Elementen 301 gefahren
und ist der Kolbendurchmesser Unterschied so, dass die Haelfte dieses
Druckes im Zylinder 352 mit Raum 350 herrscht, dann halten die Elemente
301 bei 3200 Bar genau so lange, wie sie bei 1600 Bar halten wuerden,
wenn kein Druck im Innenraum 350 waere. Denn die Elemente unterliegen
bei 3200 Bar in der Arbeitskammer und 1600 Bar im Innenraum
350 den gleichen Belastungen wie bei 1600 Bar in der Arbeitrskammer
und Atmospherendruck im Innenraum 350. Auf diese Weise, also mittels
Anordnung des Differentialkolbens 354-357 und der Leitung 351 ist es
also moeglich geworden, das Aggregat mit hoeheren Drucken, zum Beispiel
mit doppeltem Drucke zu fahren, als in den Aggregaten nach
der genannten Europa Offenlegungsschrift. Gleichzeitig ist bei dieser
Ausfuehrung sichergestellt, dass der Druckanstieg und Abfall in der
Arbeitskammer und im Innenraum 350 parallel zueinander erfolgt, sodass
zu den betreffenden Zeiten, von Spannungen in den Elementen 301 abgesehen,
der Druck im Innenraum 350 immer einen bestimmten, durch das Durchmesserverhaeltnis
354-357 bestimmten Prozentsatz des Druckes in der Arbeitskammer hat. Ausfuellkloetze
362 zwischen Teilen innerhalb 306 reduzieren den Totraum im Raum 350 auf ein Minimum.
Durch 363 ist ein Dichtring gezeigt.
In der Fig. 11 ist eine andere
Dichtlippen Anordnung gezeigt. Die Dichtlippen 408 liegen hierbei nicht
radial innerhalb der Innenflaeche des betreffenden Elementes 401, sondern
sie bilden eine Achsial-Auflagedichtung an den achsial inneren
Waenden der Elemente 401. Die Dichtlippentraeger 408 bilden daher
die Dichtlippen 408 und die radial davon angeordneten Dichtringnuten
406 zur Aufnahme der plastischen Dichtringe, wobei noch Halteborde 407 zur Halterung der Dichtringe, die in die Niuten 406 eingesetzt werden,
angeordnet sein koennen. Bei dieser Ausbildung nach diesem Ausfuehrungsbeispiel
faellt die Radialaufweitung der Elemente 301 der Fig.
10 und damit der Problematik fort. Die Elemente 401 liegen mit
Flaechen 402 aneinander und sie sind durch den Zentrierring 403 zueinander
zentriert. Mehrere Elementenpaare sind wieder durch die Distanzringe
405 aneinander gelegt. Die Dichtlippentraeger 409 bilden also
in diesem Ausfuehrungsbeispiel Radialfortsaetze 417 als Dichtlippenteile
aus, die die Auflageflaechen 415 bilden, die dann gleichzeitig die Dichtlippen
sind und an den Radialplanflaechen Innen-Teilflaechen 416 der
Elemente 401 anliegen und die Achsialauflage und Dichtung 408 bilden.
Die Dichtlippentraeger 409 koennen nicht einteilig fuer zwei Elemente
401 sein bei dieser Ausfuehrung. Daher hat jedes Element 401 einen
eigenen Dichtlippentraeger 409 in Ringform. In zwei dieser ringfoermigen
Dichtlippentraeger 409 ist ein Ausfuellklotz 410 mit Fluidleitungsbohrung
412 eingesetzt. Die Traeger 409 haben praezise zylindrische Innenflaechen,
damit Dichtringe in Dichtringnuten 411 zwischen Klotz 410
und Trager 409 die Abdichtung von einem Trager 409 zum beachbartem
herstellen und somit die Arbeitskammern zwischen den Elementen 401
abdichten koennen. Die Elementenpaare 401 werden wieder durch die
Klampenringe 327, 328 der Fig. 9 zusammen gehalten. Halteborde 413
koennen zwei benachbarte Dichtlippentraeger 409 durch den Fuellteil
410 zusammen halten.
Fig. 12 zeigt ein U-Element nach einer der
Voranmeldungen. Es hat das Pumpelement aus zwei symmetrisch zueinander
ausgebildeten konischen Ringteilen, die radial aussen miteinander
den Aussenbogen 423 bilden. Radial innen haben sie die Auflagenansaetze
oder Anlageflaechen 424, 425. Bei diesen Elementen bestand das Problem,
dass der Innenraum 426 im U-Ring mit Fluid gefuellt war und einen
Totraum bildete, in dem beim Pumpvorgang das Fluid unter Druck komprimierte,
wodurch ein Foerdermengenverlust entstand. Nach der Erfindung
wird das Element jetzt mit einem Fuellstoff, zum Beispiel Aluminium,
Blei, oder dergleichen ausgefuellt. Die Ausfuellung erfolgt dabei so,
wie anhand der Fig. 6 beschrieben wurde. Durch Ausgiessen, dann
abdrehen, Erwaermen auf Knettemperatur und Zusammenpressen, bis der
Hubraum 426 ausgebildet ist. Die Ausfuellung ist in der Figur mit 427
bezeichnet. Das U-Element kann zylindrische Innenflaechen zum Einsatz
von Dichtlippentraegern erhalten, oder die Planflaechen 424 und 425
koennen aneinander abdichten, wenn mehrere U-Elemente aneinander
gelegt sind, so dass jeweils eine Auflageflaeche 425 and der Auflageflaeche
424 des benachbarten U-Elementes aufliegt und und unter Druck
durch Vorspannung des Elemenets oder unter Hubkolbendruck dichtet.
In Fig. 13 ist gezeigt, dass die Pumpelemente der Fig. 8 auch
aus einem einzigem Stueck zusammenhaengend hergestellt werden koennen.
Sie entsprechen dann etwa dem Elementensatz der Fig. 6, haben dann
jedoch Kanten statt der Boegen zwischen den konischen Ringelementen.
An den Flansch 250 schliesst sich das erste konische Element 266
an, um in die innere Verbindung 270 zum naechstem, zum erstem symmetrischem
konischem Ringelement 260 uebergeht. Dieses verbindet mittels
der Aussenverbindung zum naechstem Element 266 und so fort.
Fig. 14 zeigt einen Ringelementensatz der Fig. 6 in Verbindung
mit einer Zugvorrichtung nach der Erfindung. Am Boden 440 des Elementensatzes
210, 284, 280, 281 mit konischen Ringteilen 510, 610, ist ein Zugbolzen
441 mit dem Kopf 442 befestigt. Der Zugbolzen ragt durch den
Zylinderverschluss in einen Zylinder 444 hinein und traegt darin einen
Kolben 443, der zusammen mit dem Bolzen 441 in dem Zylinder 444
abgedichtet achsial beweglich ist. Zum Zylinder 444 fuehrt die Druckfluidleitung
445. Das jenseits des Kolbens 443 ausgebildete Zylinderstueck
ist durch die Entlastungsbohrung 446 von Druck befreit. Wenn das Element
210 durch den durch den Kolben 227 im Zylinder 213 gelieferte
Druckfluid das Element 210 gespannt hat, wobei das erste Fluid aus
dem Innerem 710, des Elementes 210, also aus der Arbeitskammer 710
gefoerdert war, wird Druckfluid durch Bohrung 445 in den Zylinder
444 geleitet und drueckt darin den Kolben 443 nach unten. Dabei wird
durch den Kopf 442 des Bolzens 441 der Elementenboden 440 nach unten
gezogen und so das Element 210 entspannt, bis es die in der Figur
dargestellte Lage erreicht hat. Dadurch wird erreicht, das Fluid durch
das Einlassventil (der anderen Figuren) in die Arbeitskammer 710 eingesaugt
werden kann. Das ist besonders bei duennwandigen Elementen
zweckdienlich, weil diese keine so grosse Spannung haben, um mit
Sicherheit neues Fluid schnell genug durch das Ansaugventil anzusaugen,
weil ja das Herausdruecken des Fluids in der Kammer um das Element
herum Kraft benoetigt, vor allem dann, wenn die Neueinleitung von
Fluid in die Arbeitskammer 710 schnell erfolgen soll. Diese Anordnung
kann auch in anderen Figuren angewendet werden.
Aus einer der Figuren erkennbare Teile sind in anderen Figuren
meistens nicht mehr eingezeichnet, weil sie bereits aus der einen Figur
erkennbar sind. Es ist daher so, dass Teile einer der Figuren mindestens
teilweise auch fuer andere gelten.
Im uebrigen beschreiben die Patentansprueche zum Teil weitere
Einzelheiten der Erfindung, sodass die Patentansprueche auch
Teil der Figurenbeschreibung der Erfindung sind.