DE3933445A1 - Hochdruck pumpen aggregat - Google Patents

Description

Beim Wasserstrahlschneiden und anderen Anwendungen werden Hochdruck- Aggregate eingesetzt, die Wasser bis zu 4000 Bar liefern. Darin wird ein doppeltwirkender oder werden zwei einfachwirkende Mitteldruck-Kolben durch Hydrofluid angetrieben, wobei die Mitteldruck-Kolben auf Hochdruck- Kolben wirken, die das Wasser mit dem hohem Druck über Auslaßventile aus den Hochdruck-Zylindern fördern. Bei niederem Druck liefern diese Aggregate einigermaßen gleichförmige Föderströme. Bei Drucken von über tausend Bar aber sind Öl und Wasser hoch kompressible. Bei 4000 Bar zum Beispiel, verringern sich die Volumen dieser Fluide um etwa 11 bis 14 Prozent. Dadurch entstehen bei den Zeiten der Umsteuerung vom einen auf den anderen Kolben oder zu Zeiten der Hubrichtungs-Umkehr Zeiten, zu denen die Aggregate nicht fördern können, weil die Fluide in den betreffenden Zylinder erst auf den vollen Druck komprimiert werden müssen, bevor die Auslaßventile öffnen können. Das ist beim Wasserstrahlschneiden und auch bei anderen Anwendungen schädlich. Die bekannten Aggregate verwenden daher Hochdruckspeicher in den Hochdruckleitungen von der Pumpe zur Anwendung, also zum Beispiel zwischen dem Axial Booster und der Düse des Wasserstrahlschneidgerätes.

Durch die Erfindung wird erkannt, daß diese Druckspeicher einmal teuer und schwer sind, und ferner, daß ihr Ausfluß bisher nicht steuerbar ist. Die Ausflußgeschwindigkeit aus dem Druckspeicher richtet sich meistens nach dem Widerstand in den Leitungen und der Verbraucherstelle, zum Beispiel der Schneid- Düse. Der Druck im Speicher nimmt dabei mit der Zeit ab und so seine Ausström-Geschwindigkeit. Folglich kann die Wasserstrahlschneid-Düse trotz Druckspeicher keine über alle Zeiten gleichbleibende Durchflußmenge und Schnittkraft haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der Hochdruck-Aggregate der bekannten Technik einzuschränken, insbesondere, die Druckspeicher mindestens teilweise zu ersetzen.

Diese Aufgabe wird in der Technik der Gattung des Patenanspruchs 1 nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen findet man in den Unteransprüchen.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen Schnitte durch Ausführungsbeispiele, (oder Teile derselben), der Erfindung, bzw. der Gesamtanordnung zugeschaltete Aggregate, wobei Teile oder Aggregate teilweise in Ansichten gezeichnet sind.

In Fig. 1 befinden sich in den Gehäusen 901 und 902 die Mitteldruckzylinder 1, 2 mit den darin reziprokierbaren Mitteldruck-Kolben 3, 4 die ihrerseits die Hochdruck-Kolben 5, 6 in den Hochdruck-Zylindern 7, 8 bewegen. An den Köpfen der Gehäuse ist der Kopfdeckel 903 mit den Einlaß- Leitungen 18, der Auslaßleitung 19 und den Einlaß-Ventilen 16, sowie den Auslaß-Ventilen 17 angeordnet. Am Boden sind die Mitteldruck-Zylinder durch das Steuerungsgehäuse 904 verschlossen. Soweit ist die Erfindung auch bereits in der Haupt-Patent-Anmeldung beschrieben, so daß man in ihr auch Einzelheiten der beispielhaften Steuerungs-Ausführungen nachlesen kann. Zum Beispiel können in den Betten 919, 920 (Fig. 2) rotierende, pivotierende oder reziprokierende Steuerkörper angeordnet sein, die beispielsweise von Antrieben 905, 906, ggf. über Getriebe oder Umlenkungen 907 betrieben werden können.

Durch die Erfindung wird erkannt, daß Hochdruck-Aggregate, falls sie durch einen einzigen Mitteldruck Förderstrom getrieben werden, nur dann zu gleichförmigen Hochdruckströmen führen können, wenn die Erfindungen nach Patentanmeldungen des Erfinders ausgeführt werden. Bei allen anderen bekannten Ausführungen können die eingangs beschriebenen Fördertäler der Zeiten der Umsteuerung nicht ohne Einsatz von Druckspeichern überwunden werden und bei Einsatz von Druckspeichern ist die Füllung der Fördertäler mangelhaft.

Die gegenwärtige Erfindung überwindet die beschriebenen Mängel zum Beispiel dadurch, daß entweder zwei Steuerkörper eingesetzt werden, die zeitlich unabhängig voneinander arbeiten, oder, daß mindestens zwei Mitteldruck-Fluidströme zum Antrieb der Mitteldruck-Kolben 3, 4 verwendet werden. Außerdem ist es nach der Erfindung zweckdienlich, zuverlässige "Sensor = Taster" einzusetzen, die genau erkennen, welchen Teil des betreffenden Hubes einer der Kolben zurückgelegt hat, um nach dem Tastergebnis die genaue Zeit zu bestimmen, in der dem folgend arbeitenden Mitteldruck- Kolben Mitteldruck-Fluid zugeleitet werden soll.

Entsprechend sind in den Fig. 1 und 2 zwei Steuerkörperbetten 919 und 920 angeordnet, die man in Fig. 1 nur strichliert sieht, die aber in der Fig. 2, die einen Schnitt durch Fig. 1 entlang der gepfeilten Linie der Fig. 1 ist, deutlich sichtbar sind. In Fig. 1 liegen sie hintereinander, so daß man auch durch die strichlierten Linien der Fig. 1 nicht erkennen kann, daß zwei Steuerkörperbetten 919 und 920 angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Zweck der zwei Steuerkörperbetten ist, daß man darin individuelle Steuerkörper anordnen kann, die zeitlich unabhängig voneinander über die Treibgeräte 905 oder 906 bewegt werden können.

Ferner zeigen die Fig. 1 und 2 die Anordnung der Tastgeräte 910, die in den Fig. durch Kolbenstangen 917, 918 gebildet werden. Diese Kolbenstangen sind durch das Steuergehäuse 904 oder in es hinein geleitet und bevorzugterweise mit Gebern 910 versehen, die scharfe Axialgeber 912 haben können und die an den Kolbenstangen mittels 911 verstellbar angeordnet sein können. In den Fig. 1 und 2, sowie auch in der Fig. 3, sind die Kolbenstangen 917, 918 mit den Mitteldruck-Kolben 3 bzw. 4 verbunden und übertragen deren Hubbewegung in das Steuergehäuse hinein oder durch es hindurch. In den Fig. sind die Kolbenstangen durch das Steuergehäuse 904 oder den Verschluß 913 hindurch erstreckt und mittels Dichtungen 908 abgedichtet.

Man sieht daher in Fig. 2 daß das Steuergehäuse mit mindestens vier Kanälen (Leitungen) 921, 922, 923, 924 zu den Mitteldruck-Zylindern versehen ist. Leitung 921 führt vom Bett 920 zum Zylinder 1, Leitung 922 vom Bett 920 zum Zylinder 2, Leitung 923 vom Bett 919 zum Zylinder 1 und die Leitung 924 führt vom Bett 919 zum Zylinder 21. Dadurch wird es möglich, den Steuerkörper in Bett 919 (Steuerkörper nicht eingezeichnet zu anderen Zeiten auf den Zylinder 1 wirken zu lassen, als den Steuerkörper des Bettes 920. Sinngemäß kann man den Zylinder 2 zu unterschiedlichen Zeiten durch die beiden Steuerschieber in den Betten 919 und 920 mit Fluid beaufschlagen, oder Fluid aus ihm entlassen.

Zum Beispiel kann ein Antriebsaggregat, wie z. B. der Elektromotor 632, zwei Mitteldruck-Hydropumpen 630 und 631 treiben. Die Lieferleitung 935 der Pumpe 630 läßt man z. B. zum Einlaß des Bettes 919 fördern, während Lieferleitung 936 der Pumpe 631 zur Förderung in den Einlaß des Bettes 920 geschaltet wird (oder vice-versa Verbindung). Die Sensoren 912 der Taster 917 und 918 kann man dann individuell auf die Antriebe 905 und 906 der Fig. 1 wirken lassen. So ist erreichbar, daß der später drückende der Kolben 3, 4 bereits eine bestimmte Zeit vor Ende des Druckhubs des vorher arbeitenden Kolbens 3, 4 mit Mitteldruckfluid aus einer der beiden Pumpen beaufschlagt wird. In den Fig. 1 bis 3 zum Beispiel läßt man die auf den folgend arbeitenden Kolben wirkende Pumpe bereits etwa 3 Prozent bei 1000 Bar, etwa 6 Prozent bei 2000 Bar, etwa 9 Prozent bei 3000 Bar und etwa 12 Prozent bei 4000 Bar der Zeit des gesamten Hubes früher durch die Steuerung im betreffendem Bett 919 oder 920 fördern. Dann erreicht die Kompression im später arbeitenden Kolben bei Ende des Druckhubs des voraufgehend arbeitenden Kolbens gerade den Kompressionsdruck, der dem Enddruck entspricht. So daß das Auslaßventil des später arbeitenden Hochdruckzylinders gerade dann öffnet, und der Zylinder zu fördern beginnt, wenn der früher arbeitende Hochdruck-Zylinder der sein Auslaßventil schließt, weil der Druckhub des betreffenden Hochdruckkolbens 5 oder 6 gerade beendet ist. Auf diese Weise wird durch die Erfindung ein gleichförmiger Förderstrom in der Hochdruckleitung 19 erreicht und zwar, ohne daß ein Druckspeicher in sie eingeschaltet werden muß.

In der Fig. 3 sind die Mitteldruckzylinder 1 und 2 lediglich durch eine Bodenplatte 913 verschlossen. Diese ersetzt das Steuergehäuse 904 der Fig. 1 und 2. Die Tasterkolben 917 und 918 sind wieder durch die Bodenplatte oder in sie hinein erstreckt. Anstelle von Steuerkörperbetten 919, 920 und anstelle von Leitungen 921 bis 924 hat die Bodenplatte 913 der Fig. 3 nur die Anschlußleitungen 914 und 916 zu den Mitteldruck- Zylindern 1 und 2.

Man kann dann die Taster oder Geber 910 der Taster 917 und 918 individuell auf einen der Schalter 634 oder 635 der Pumpen 630 oder 631 der Fig. 5 wirken lassen. Diese Schalter schalten dann die betreffende Verbindungsleitung 928 des betreffenden Schalters 634 oder 635 entweder zur Lieferleitung 935 oder 936 der betreffenden Pumpe 630 oder 613, oder aber zu der betreffenden Rücklaufleitung 932 des betreffenden Schalters 634 oder 635. Die Taster 917, 918′ können jedoch auch auf die Regelorgane 853, 854 der regelbaren und förderrichtungs-umkehrbaren Pumpen 642, 643 wirkend, angeordnet oder ausgebildet werden.

Wenn man die regelbaren und umkehrbaren Pumpen "PVR" = 642, 643 der Fig. 6 zum Betrieb des Aggregates der Fig. 3 einsetzt, erhält man eine Anlage von besonders hohem Wirkungsgrad. Die Förderleitungen 933, 934 der Pumpen 642, 643 werden dann individuell mit einer der Anschluß- Mündungen 914 bzw. 915 der Fig. 3 verbunden. Die Sensoren 910 der Taster 917, 918 läßt man dann auf die Regelorgane = Kolbenhub- und Förderrichtungsregler 853, 854 der PVR-Pumpen 642, 643 der Fig. 6 wirken. Etwa 3 bis 12 Prozent vor Ende des Hubes des voraufgehend arbeitenden Mitteldruck Kolbens 3 bzw. 4 schaltet der betreffende Sensor die nachfolgend arbeitende der beiden Pumpen 642 bzw. 643 auf volle Förderung. Der Prozentsatz des dem gerade arbeitendem Mitteldruck Kolben vorauseilenden Schaltens richtet sich wieder nach dem Druck im Hauptaggregat, also etwa 3 Prozent bei 1000 Bar, etwa 12 Prozent bei 4000 Bar in der Hochdruckleitung 19 usw. Wenn der gerade im Druckhub wirkende Mitteldruck Kolben 3 bzw. 4 seinen Druckhub beendet, schalten die Sensoren über die betreffende Regelung 853 bzw. 854 der betreffenden zugeschalteten Pumpe 642 bzw. 643 auf umgekehrte Förderrichtung. Das in dem betroffenem Zylinder (in den betroffenen Zylindern) 1,7 bzw. 2,8 und denen verbundenen Toträumen noch komprimierte Fluid expandiert dann in die betreffende Pumpe 642, 643 herein und da die betreffende Pumpe gerade in diesem Moment auf umgekehrte Förder- Richtung geschaltet wurde, wirkt das in sie strömende Fluid jetzt so auf die Innenteile der betreffende Pumpe, daß die Pumpe als vom betreffendem Expansionsfluid getriebener Fluidmotor wirkt. Auf diese erfindungsgemäße Weise wird das noch komprimierte Fluid, nicht, wie in der bekannten Technik, in den Fluidtank zurückgeleitet, sondern es wird erfindungsgemäß zum Antrieb eines Fluidmotors benutzt. Die innere Energie des komprimierten Fluids wird also durch die Erfindung dem Antriebs-System zugeführt. Zum Beispiel hilft es, durch den Elektromotor oder die Antriebsmaschine 632 der Fig. 6 hindurch die jetzt mit voller Leistung arbeitende andere der Pumpen 643, 643 mit anzutreiben.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß zwischen dem Ventilkopfdeckel 903 und den Gehäusen 901, 902 ein ein zweites Druckfluid enthaltender Kammernsatz 35, 37, 916, 925, 926 angeordnet ist. Die Hochdruck-Zylinder 7, 8 sind in dieser Fig. mit schmierendem Fluid, z. B. Öl, gefüllt. Sie Pumpen in die Außenkammern 35. Die Innenkammern 37 sind mit den Einlaß- und Auslaß-Ventilen 16, 17 in Verbindung und können auch mit nicht schmierendem Fluid, zum Beispiel mit Wasser, gefüllt werden. Zwischen den Innenkammern 37 und den Außenkammern 35 sind Trennmittel 925 angeordnet, damit die beiden unterschiedlichen Fluide, wie Öl und Wasser, nicht miteinander vermischt werden können. Während in Fig. 1 nur ein Fluid im Hochdruck-Bereich vorhanden ist, sind in der Fig. 4 also zwei Fluide im Hochdruck-Bereich vorhanden. Beide komprimieren, verringern also ihr Volumen unter Druck. Bei Drucken über tausend Bar sehr viel. Öl etwas mehr, als Wasser. Da das Öl in den Hochdruck-Zylindern bleibt, expandiert es nach der Beendigung des betreffenden Druckhubs. Auch das Wasser-Volumen der Toträume der Innenkammern 37 expandiert nach vollendetem Druckhub. Man sieht hier sofort, wie sehr vorteilhaft es ist, wenn das Expansionsfluid nicht in den Tank expandiert, sondern durch die Hilfe der Fig. 6 zum Antrieb der Treiborgane mit benutzt wird. Denn bei 4000 Bar ist das ja schon über 10 Prozent der Arbeitsleistung.

In Fig. 4 muß bei Beginn des Druckhubs des nachfolgend arbeitenden Kolbens aber auch das Fluid (z. B. Öl) in den Zylindern 7, 8 zusätzlich zu dem Fluid (z. B. Wasser) in den Innenkammern 37 komprimiert werden. Daher läßt man, wenn die Fig. 6 und 4 kombiniert benutzt werden, die nachfolgend arbeitende der Pumpen der Fig. 6 durch den betreffenden Sensor 910 bei 1000 bar bereits etwa 6%, bei 2000 Bar etwa 12%, bei 3000 Bar etwa 18% und bei 6000 Bar etwa 24% vor dem Ende des Hubes des voraufgehend arbeitenden Kolbens 3, 4 in den nachfolgend arbeitenden Zylinder 1 bzw. 2 zu fördern beginnen. Dann hat der nachfolgend arbeitende Kolbensatz 3, 5 bzw. 4, 6 gerade dann die Kompression beider Fluide in den Kammern 37 und 35 auf vollen Liefer-Hochdruck beendet, wenn der voraufgehend arbeitende Kolben seinen Fluid liefernden Druckhub beendet hat. So wird erfindungsgemäß wiederum ohne große Druckspeicher in der Hochdruckleitung 19 eine gleichmäßige, uniforme, ununterbrochene Hochdruckfluid Förderung in der Leitung 19 erreicht. Zu bedenken ist, daß die genannten Prozentualwerte nur Nährungswerte zum allgemeinen Verständnis sind. Für aktuelle Konstruktionen sollten die genaueren RER- Berichte der Firma Rotary Engine Kenkyusho oder die einschlägigen anderen Patentanmeldungen des Erfinders konsultiert werden. Die Arbeitsleistungen bei der Kompression und Expansion sind etwa die Hälfte der oben beschriebenen Prozentsätze, denn das Fluid komprimiert und expandiert zwischen Maximal- und Minimal-Druck. Über die Zeit wirkt etwa der mittlere dieser Drucke. Das stimmt nicht ganz genau, weil die Kompressions- Koeffizienten der Fluide nicht genau parallel zum Druck sind. Doch sind sie es annähernd.

In der Haupt-Patentanmeldung ist noch beschrieben, daß Anordnungen getroffen werden können, um einen Teil des Expansions-Fluids dem Kompressions-Fluid nutzbar zu machen. Wenn solche Anordnungen getroffen werden, verringern sich die beschriebenen Prozentualwerte entsprechend.

Wenn die Hochdruck-Pumpe immer den gleichen Druck liefert, ist ein Tester der Hubbewegung des betreffenden Kolbens ausreichend. Diese Taster oder Sensoren sind in den Fig. als mechanische beispielhafte Ausführung gezeigt. Doch können die mechanischen Kolbenhub-Taster oder Sensoren auch durch elektrische, elektronische, hydraulische, pneumatische oder andere Ausführungsarten ersetzt werden. Wenn die betreffende Pumpe aber unterschiedliche Drucke liefern soll, dann ist es zweckdienlich, auch die Verstellung der Prozentzahl des Hubweges automatisch in Abhängigkeit vom Druck einzustellen.

Fig. 7 zeigt daher eine beispielhafte Ausführung eines kombinierten Hubweg- und Druck-Tasters oder Sensors. Darin ist die Kolbenstange 917 oder 918 mindestens stellenweise mit einem inneren Zylinder 937 versehen, der mit dem betreffenden Zylinder einer der Fig. 1 bis 4 kommunizierend verbunden ist. Im Zylinder 937 ist ein gegen eine Feder 941 mit Gegenlager 940 wirkender Kolben 938 reziprokierbar gelagert. Der Kolben 938 drückt gegen den jetzt in Axialrichtung der Kolbenstange 917, 918 veränderlich gelagerten Taster oder Geber 912. Unter Fluiddruck im betreffenden Zylinder drückt der Kolben 938 gegen den Regler 910 und dieser drückt gegen die Feder 941, verlagert die Spitze 912, und als Folge der Verlagerung verstellt sich die beschriebene Prozentzahl des Hubweges an der Spitze 912 in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruck-Pumpen-Aggregat. Die Ausführung der Fig. 7 in Verbindung mit einer oder mehreren der voraufgehend beschriebenen Fig. ermöglicht daher die Einstellung des Beginns des Druckhubs des jeweiligen folgend arbeitenden Kolbens des Hauptaggregates in Analogie mit dem Hubweg des betreffenden Kolbens und dem Druck des betreffenden Hochdruck-Aggregates. Das Aggregat der Erfindung liefert dann etwa gleichmäßigen Hochdruck-Fluidstrom automatisch, und gleichgültig, wie hoch der Enddruck = Hochdruck in der Hochdruckleitung 19 ist.

Die Fig. 8 beschreibt ein Ausführungsbeispiel einer Abdichtung eines Hochdruck-Kolbens eines Axial-Boosters oder der Kolben 5, 6 der Fig. 1. In Axial-Boostern der angewendeten Technik wird der Hochdruck-Kolben durch plastische Dichtungen oder durch Stopfbuchsen abgedichtet. Diese nutzen einmal schnell ab und zum anderen entsteht durch sie eine hohe Reibung an der Kolbenstange, die oft 10 bis 15 Prozent der Leistung des Aggregates verbraucht. In der Fig. 8 wird diese Art Abdichtung erfindungsgemäß durch eine Dichtung mittels engem Passungsspalt zwischen einer Dichthülse und dem Kolben ersetzt. Im durch den Ventilkopfdeckel 903 verschlossenem Zylinder 7, 8 reziprokiert der Hochdruck-Kolben 5 bzw. 6. Erfindungsgemäß ist er von einer Dichthülse 942 oder 945 umgeben, wobei der Kolben den Durchmesser "d" und die Hülse den Innendurchmesser "D" hat. Das Durchmesserspiel dazwischen ist: 2δ = (D-d). Somit ist das Radialspiel = "δ", = (D-d)/2. Durch den hohen Druck im Zylinder 7 oder 8 entweicht Fluid aus diesem Zylinder durch den Passungsspalt "D-d" in der Fig. 8 von rechts nach links. Am linken Ende des Dichtspaltes ist der Druck = null und entweicht die Leckage. Im Passungspalt sinkt der Druck vom Hochdruckende her etwa gleichmäßig bis zum Druck "null" am Niederdruck-Ende ab. Ist dieser Dichtspalt an der Zylinderwand ausgebildet, dann dehnt sich der Zylinder unter dem hohem Innendruck radial nach außen aus und erweitert den Spalt "D-d", wobei sich die Leckage durch diesen Dichtspalt erhöht. Um das zu verhindern, ist der Kolben 5 oder 6 im Rahmen der Erfindung nach Fig. 8 von einer Dichthülse 943 oder 945 umgeben, die in den Zylinder 901, 902 derartig eingebaut, daß der Innendruck innerhalb der Zylinderkammern 7, 8, aus Raum 954, radial von außen her auf die Dichthülse 942 oder 945 wirkt, und zwar in radialer Richtung nach innen. Dadurch wird radiale Aufweitung des Passungsspaltes "D-d" ausgeschaltet. Denn der Druck radial außerhalb der erfindungsgemäß angeordneten Dichthülse verhindert eine derartige Auweitung des Passungsspaltes "D-d". Im Rahmen der Erfindung wird die Dichthülse den Druckverhältnissen in Hochdruck-Aggregaten mit über tausend Bar angepaßt. Da der Druck im Passungspalt von dem Hochdruckende her zum Niederdruckende hin abnimmt, wird die Dichthülse erfindungsgemäß vom Hochdruckende her konisch, in der Dicke zum Niederdruckende hin zunehmend ausgebildet. Der Fluiddruck radial außerhalb der Dichthülse kann also die Dichthülse am dünneren Hochdruckende der Hülse radial nach innen mehr zusammendrücken als am dickeren Niederdruckende. Diese Zusammendrückung erfolgt aber nicht, weil der Druck im Passungsspalt "D-d" am dünneren Hochdruckende der Hülse höher, als am Niederdruckende der Hülse ist. Die Dicke der Dichthülse 942 oder 945 ist also erfindungsgemäß derartig ausgebildet, daß der Passungspalt "D-d" auf der ganzen Länge der Hülse gleich bleibt, auch dann, wenn hoher Druck im Zylinder 7, 8 auftritt.

Im oberen Teil der Fig. 8 ist die Dichthülse einteilig mit dem vorderen Deckel 952 ausgeführt und an dem Zylinder 901, 902 befestigt. Im unteren Teil der Fig. 8 ist gezeigt, daß die Dichthülse 945 ein separiertes Element sein kann und daß die Dichthülse 945 dann radial beweglich und schwenkbar relativ zur Zylinderwand 901, 902 gelagert und gehalten sein kann. Zwischen einer Halterung 946 und der rückwärtigen, kugelteilförmigen Fläche 947 ist daher ein Ring 948 angeordnet, der mit einer komplementären sphärischen Fläche auf der Fläche 947 der Dichthülse und auf einer Planfläche 949 am Deckel 953 gelagert ist. Dadurch ist dieser Ring radial beweglich und erlaubt das Schwenken der Dichthülse auf seiner kugelteilförmigen Komplementärfläche zur Fläche 947. In die beschriebenen planen und sphärischen (kugelteilförmigen) Flächen können nicht eingezeichnete plastische Dichtringe eingearbeitet oder in Nuten eingelegt werden. Die Sammelnut 951 sammelt die durch den Dichtspalt "D-d" entwichene Leckage und führt sie durch die Leitung 950 zum Fluid-Tank zurück.

Für die Leckage gilt die Gleichung:

mit "P" = Druck in Kg/cm², "η" = Kgs/m², "d", "L" und "δ" = mm; Q = cm³/Sekunden.

Man möge die Hülse 5 bis 6mal länger bauen als der Durchmesser des Kolbens 5 oder 6 ist. Als Durchmesser- Toleranz "D-d" verwende man 0,012 bis 0,024 mm, je nach Durchmesser. Diese Werte sind beim heutigen Stande der Werkzeugmaschinen und Handarbeitswerkzeuge relativ leicht verwirklichbar. Dann erhält man folgende Leckagen, wenn im Zylinder 7 oder 8 Wasser von etwa 40°C vorhanden ist mit dem Hochdruck = P in Kg/cm²:

Man erkennt aus der obigen Berechnung, daß für gewisse Hochdruck-Kolben Abdichtungen die Abdichtung mittels Passungsspalt weniger Verluste verursacht, als die Abdichtung mit plastischen Dichtungen oder Stopfbuchsen. Denn manche Wasserstrahlschneidanlage arbeitet mit 8 Litern Wasser pro Minute und dann sind 0,7 Liter/min Leckage weniger als 10 Prozent Verlust.

Bei der praktischen Ausführung der Abdichtung ist aber zu bedenken, daß Zylinder und Dichtungen sich unter hohem Innendruck stark radial nach außen ausdehnen. Selbst dann noch um mehr als 0,01 mm, wenn die Wand des Zylinders zehn mal dicker, als der Radius des abzudichtenden Kolbens ist. Man erkennt daran, wie wichtig es wird, die Abdichtung mittels Passungsspalt nach der Fig. 8 auszuführen. Dann aber entsteht eine erhebliche Zusammendrückung der Buchse 942 oder 945, weil der Druck im Passungsspalt (nach links in Fig. 8) ständig abnimmt und so die Druck- Differenz zwischen Druck von radial außen und innen ständig, nach links hin in der Fig., größer wird. Bereits nach etwa 30 Prozent der Dichtlänge (von rechts nach links in Fig. 8) wird die Buchse bei 4000 Bar Druck um mehr als 0,01 mm zusammengedrückt, wenn die Buchse rechts das zweifache des Kolbendurchmessers und links das Vierfache des Kolbendurchmessers hat.

Für Einzelheiten siehe RER-8919.

Die Buchse nach der Fig. 8 kann daher nur dann präzise arbeiten, wenn man das Herstellungs "know-how" des REK-Berichts RER-8919 beachtet.

Zum Beispiel kann die Buchse 942 oder 945 bei der Produktion rechts der Buchse (in Fig. 8) mit ausreichendem Abstand nach rechts verschlossen und der die Buchse dann umgebende Zylinder mit dem Hochdruck gefüllt werden. Die ganze Zeit über bei der Herstellung und Bearbeitung der Wand der Bohrung in ihr. Wenn die Innenbohrung der Buchse so maßgenau bearbeitet ist und aus dem Druckbehälter entnommen wird, dehnt der Innendurchmesser der Bohrung radial nach außen auf. Und zwar zu unterschiedlichen Durchmessern entlang der Längsrichtung der Bohrung. Diese Durchmesser kann man dann über der Längsrichtung an den verschiedenen Stellen messen und protokollieren. Nach Einsatz der Buchse in den Hochdruck- Zylinder 901, 902 drückt sich die Buchse unter dem dann im Betrieb wirkenden hohen Innendruck wieder zu gewolltem, idealem, Passungs- Spalt zusammen.

Die Erfindung, ihre Aufgaben, Lösungen und Ausführungsbeispiele sind in den jetzigen und eventuellen späteren Patentansprüchen teilweise noch näher beschrieben. Die Patentansprüche sollen daher als Teil der Beschreibung der Ausführungsbeispiele gewürdigt werden.

Claims (11)

1. Hochdruckpumpen-Aggregat, insbesondere nach der Haupt-Patent Anmeldung P 39 02 092.4, P 39 11 545.3 und/oder P 39 17 598.3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Aktivierung des Druckhubs des nachfolgend arbeitenden Druck-Kolbens angeordnet sind, wobei die genannte Aktivierung beginnt, bevor der Druckhub des voraufgehende arbeitenden Kolbens beendet ist.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Nivellierung des Hochdruck-Förderstroms angeordnet sind.

3. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben-Sensoren (z. B. 917, 917, 912) zur Erfassung der derzeitigen Lage des betreffenden Kolbens während seines Hubweges zugeordnet und so ausgebildet sind, daß die Tastwerte auf Steuerungs- Mittel (z. B. 905, 906, 907, 927, 853, 854) wirkend, abgeben können.

4. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine durch den Bodenverschluß (904, 913) des betreffenden Zylinders (1, 2) erstreckte, mit dem Kolben (3, 4) verbundene Kolbenstange 917, 918 ist.

5. Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (z. B. nach Fig. 7) mit einer druckabhängigen Verstellvorrichtung (z. B. 937, 938, 910, 939, 941, 912) versehen ist.

6. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren auf die Regelorgane 853, 854 von regelbaren und umkehrbaren Hydropumpen 642, 643 oder auf die Fluidstrom - Richtungs- Organe (z. B. Umsteuerschieber oder Schalter 927) von Hydropumpen 630, 631 wirkend, ausgebildet sind.

7. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Aggregat Innenkammern und Außenkammern 37, 35 mit sie voneinander trennenden, dehnbaren Trennmitteln 925 (z. B. Membranen) versehen, angeordnet sind. (Fig. 4).

8. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung eines in einem Zylinder 901, 902 axial beweglichen Kolbens 5, 6 eine Buchse 942 den Kolben mit Passungsspalt umgebend eingesetzt und radial außerhalb der Buchse 942, 945 ein mit dem Zylinder 7, 8 in kommunizierender Verbindung stehender Raum 954 angeordnet ist.

9. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse 942, 945 radial außen konisch geformt ist, also ihr Außendurchmesser am Hochdruckende dünner, als am Niederdruck-Ende des Passungs-Spaltes geformt ist.

10. Aggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Buchse 942, 943 so ausgebildet ist, daß er bei Wirken des Druckes in dem Raum 954 zu einem technisch verwertbaren Passungs-Spalt relativ zum Außendurchmesser des abzudichtenden Kolbens 5, 6 verengt.

11. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse 942, 945 radial beweglich und winkelmäßig schwenkfähig unter Verwendung mindestens eines Ringes mit einer planen und einer kugelteilförmigen achsialen Endfläche 947 bis 949 am Zylinder 901, 902 oder dessen Deckel 953, befestigt ist.