TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucksteigerer zum
Druckbeaufschlagen eines Mediums mit einem Niederdruckzylinder, in dem ein
Niederdruckkolben achsial verschiebbar ist, mit einer ersten und einer zweiten
Hochdruckkammer zur Aufnahme des Mediums, in welchen Hochdruckkammern ein
erster bzw. ein zweiter Hochdruckkolben achsial verschiebbar sind und mit
mindestens einem Zulauf und einem Ablauf für das Medium, wobei die erste und die
zweite Hochdruckkammer konzentrisch zum Niederdruckzylinder auf jeweils einer
von dessen Seiten angeordnet sind und wobei der erste und der zweite
Hochdruckkolben am Niederdruckkolben befestigt sind.
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Der erfindungsgemäße Drucksteigerer ist besonders für die Verwendung bei
einem druckbeaufschlagten Medium geeignet um Hochdruck in einer außenliegenden
Druckvorrichtung, beispielsweise einer außerhalb des Drucksteigerers liegenden
Presse, zu erzeugen und für die Hochdruckbehandlung flüssiger Substanzen.
HINTERGRUND
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Drucksteigerer werden seit langem zur Druckbeaufschlagung von Medien auf
äußerst hohe Drücke verwendet. Gewöhnlicherweise umfaßt der Drucksteigerer eine
Niederdruckkammer und eine oder mehrere Hochdruckkammern. In der
Niederdruckkammer ist ein Niederdruckkolben achsial verschiebbar angeordnet.
Dieser Niederdruckkolben ist am Hochdruckkolben in der entsprechenden
Hochdruckkammer befestigt. Der Niederdruckkolben hat eine Fläche, die größer ist
als die Fläche der Hochdruckkolben.
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Während der Druckbeaufschlagung eines Mediums wird das Medium durch
einen Zulauf der Hochdruckkammer zugeleitet. Der Zulauf wird geschlossen, worauf
ein verhältnismäßig niedriger Druck der Niederdruckkammer zugeleitet wird. Dies
erfolgt gewöhnlicherweise hydraulisch. Wirkt der zugeführte Druck auf den
Niederdruckkolben, wird der Kolben verschoben und verschiebt den
Hochdruckkolben nach innen in die Hochdruckkammer. Da der Hochdruckkolben eine kleinere
Fläche hat als der Niederdruckkolben erzielt die Verschiebung einen gewissen
höheren Druck des Mediums in der Hochdruckkammer. Das druckbeaufschlagte
Medium kann darauf über einen in der Hochdruckkammer angeordneten Ablauf und
über Hochdruck -leitungen einer außenliegenden Druckvorrichtung, beispielsweise
einer Presse, zugeleitet werden. Mit Hilfe eines solchen Drucksteigerers können
Drücke bis zu ungefähr 15.000 bar erzielt werden.
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Eine bekannte Art von Drucksteigerern, beispielsweise gemäß DE-Ausführung-
3,027,878, umfaßt zwei Hochdruckkammern. Diese Hochdruckkammern sind
konzentrisch zur Niederdruckkammer auf je einer derer Seiten angeordnet. Jede
Hochdruckkammer wird an ihren Giebeln von einem Giebelteil begrenzt und weist
einen achsial verschiebbaren Hochdruckkolben auf, der am Niederdruckkolben in der
Niederdruckkammer befestigt ist. Wird niedriger Druck der Niederdruckkammer auf
einer Seite des Niederdruckkolbens zugeleitet wird der Niederdruckkolben in der
anderen Richtung verschoben. Dies führt zur Erzeugung hohen Druckes in der
Hochdruckkammer, die auf der Seite des Niederdruckkolbens liegt, der der
Niederdruckzufuhr gegenüberliegt.
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Indem der niedrige Druck alternativ auf jeder Seite des Niederdruckkolbens
zugeführt wird, kann diese Art Drucksteigerer dazu gebracht werden, als
doppeltwirkende Pumpe zu arbeiten. Liegen die Kolben in einer ihrer Endpositionen,
ist die erste Hochdruckkammer leer und die zweite Hochdruckkammer mit
drucklosem Medium gefüllt. Werden darauf die Kolben gegen die andere Endposition
verschoben, wird die erste Hochdruckkammer über ihren Zulauf mit drucklosem
Medium gefüllt. Das Medium in der zweiten Hochdruckkammer wird gleichzeitig
während des ersten Teiles der Verschiebung unter Druck gesetzt. Während der
übrigen Verschiebung bei erreichten Hochdruck wird das druckbeaufschlagte
Medium aus der zweiten Hochdruckkammer gedrückt und über deren Ablauf und
eine Hochdruckleitung der außenliegenden Druckvorrichtung zugeleitet, wo der
gleiche Druck herrscht. Werden die Kolben in ihre erste Endposition zurückgeführt,
wird die zweite Hochdruckkammer mit drucklosem Medium gefüllt, während das
Medium in der ersten Hochdruckkammer gleichzeitig unter Druck gesetzt und in die
außenliegende Einheit gedrückt wird.
Probleme
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Damit der oben beschriebene Drucksteigerer wirken kann, sind zwei Hochdruck
-leitungen und zwei Niederdruckleitungen erforderlich. Sowohl die erste wie die
zweite Hochdruckkammer müssen mit Zulauf und Ablauf versehen werden. Jede
Hochdruckkammer kann alternativ einen kombinierten Zu- und Ablauf aufweisen, der
an die Hochdruckleitung angeschlossen ist. Diese Hochdruckleitung muß dann mit
einer Abzweigung zum Anschluß einer Niederdruckleitung für die Zufuhr von
drucklosem Medium und einer Hochdruckleitung zum Transport des
druckbeaufschlagten Mediums zur außenliegenden Einheit versehen werden. Diese Zu- und
Abläufe, Abzweigungen bzw. Leitungen schaffen bei der Herstellung und beim
Betrieb des Drucksteigerers Probleme.
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Ist jede Hochdruckkammer mit Zu- und Ablauf versehen bedeutet dies, daß zwei
Öffnungen mit Kanälen in dem Giebelteil jeder druckbeaufschlagten
Hochdruckkammer angeordnet werden müssen. Jede dieser Öffnungen und Kanäle ergibt eine
Schwächung, die bei den herrschenden, sehr hohen und pulsierenden Drücken leicht
Anlaß zu Ermüdungserscheinungen im Werkstoff gibt. Dies bedeutet seinerseits, daß
die druckbeaufschlagten Teile erheblich überdimensioniert werden müssen um
notwendigen Sicherheitsraum zu schaffen. Alternativ müssen die Teile nach einer
geringeren Anzahl von Druckabläufen ausgetauscht werden als erforderlich wäre,
wenn lediglich eine Öffnung und ein Kanal im Giebelteil jeder Hochdruckkammer
angeordnet wäre.
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In den Fällen, wo die Hochdruckkammer mit einem kombinierten Zu- und Ablauf
versehen ist, der in eine Niederdruck- und eine Hochdruckleitung abzweigt, müssen
Kreuzbohrungen in den druckbeaufschlagten Teilen vorgesehen werden, d. h. an der
Zweigstelle. Auch diese Kreuzbohrungen bilden Schwachstellen, die
Ermüdungsprobleme bei herrschenden, sehr hohen und pulsierenden Drücken schaffen.
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Die oben beschriebene Ausführung eines Drucksteigerers bedeutet außerdem,
daß zumindestens eine der beiden Hochdruckleitungen nicht gerade verlaufen kann,
sondern mit Winkeln oder Krümmern versehen werden muß. Der Grund hierfür ist,
daß die Abläufe der beiden Hochdruckkammern in völlig entgegengesetzten
Richtungen verlaufen und die an die Abläufe angeschlossenen Hochdruckleitungen
zu einer gemeinsamen Hochdruckvorrichtung weisen. Diese Winkel und Krümmer
sind in Bezug auf den Hochdruck äußerst schwierig, da sie Kreuzbohrungen oder
andere für Ermüdungen empfindliche Schwachstellen aufweisen.
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Ein weiteres Problem der bekannten Technik wie oben beschrieben ist, daß der
Drucksteigerer mit vier Rückschlagventilen für jeweils eine Zu- bzw. Ablaufleitung
versehen werden muß. Rückschlagventile für Leitungen, die Drücken von ungefähr
15.000 Bar ausgesetzt werden, sind teuer und empfindlich und können leicht
Betriebsstörungen verursachen. Daher ist es wünschenswert die Anzahl der
Rückschlagventile in größtmöglichem Umfange zu verringern.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher einen Drucksteigerer zu
erstellen, der zuverlässiger und billiger herzustellen ist als früher hergestellte
Drucksteigerer. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Drucksteigerer erstellt wird, der
die Notwendigkeit von Kreuzbohrungen in hochdruckbeaufschlagten Teilen beseitigt,
die Verwendung gerader Hochdruckleitungen ermöglicht, die Anzahl der
Rückschlagventile von vier auf zwei bzw. die Anzahl der Hochdruck- und
Niederdruckleitungen von zwei auf eine verringert und wo die Rohrverlegung
verringert werden kann.
Die Lösung
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Der oben beschriebene Zweck wird mit einem in der Einleitung der Beschreibung
geschilderten Drucksteigerer erreicht, der durch einen durch den Niederdruckkolben
und den ersten und den zweiten Hochdruckkolben verlaufenden Kanal
gekennzeichnet ist, um das Medium zwischen der ersten und der zweiten
Hochdruckkammer zu führen, wobei eine Vorrichtung das Medium daran
hindern aus der zweiten Hochdruckkammer in die erste Hochdruckkammer zu
strömen.
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Da ein Kanal zwischen der ersten und der zweiten Hochdruckkammer
angeordnet ist, ist es möglich das Medium in die erste Hochdruckkammer zu fördern
und das Medium während der Druckbeaufschlagung in die zweite Hochdruckkammer
strömen zu lassen, um das druckbeaufschlagte Medium bei Erreichung des korrekten
Druckes über einen Ablauf in die zweite Hochdruckkammer zu leiten. Dies bedeutet,
daß die erste Hochdruckkammer lediglich mit einem Niederdruckzulauf und die
zweite Hochdruckkammer nur mit einem Hochdruckablauf versehen werden muß.
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Außerdem ist es möglich, die vom Ablauf zu der außenliegenden Druckvorrichtung
verlaufende Hochdruckleitung als gerade Leitung auszubilden.
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Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Drucksteigerers besteht die
Vorrichtung, die das Medium daran hindert aus der zweiten Hochdruckkammer in die
erste Hochdruckkammer zu strömen, aus einem im Kanal angeordneten
Rückschlagventil. Verglichen mit bereits bekannter Technik ermöglicht diese
Gestaltung die Anzahl der Rückschlagventile auf zwei zu verringern, das eine nahe
dem Zulauf und das andere im Kanal.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung des Drucksteigerers beinhaltet, daß die
Fläche des ersten Hochdruckkolbens größer ist als die Fläche des zweiten
Hochdruckkolbens. Der Inhalt der ersten Hochdruckkammer ist auf diese Weise größer als
der Inhalt der zweiten Hochdruckkammer. Dadurch wird ein Strom
druckbeaufschlagten Mediums aus dem Drucksteigerer heraus ermöglicht, wenn die Kolben in
beiden Richtungen verschoben werden. Indem unterschiedliche Flächenproportionen
zwischen den beiden Hochdruckkolben gewählt werden, ist es möglich
unterschiedliche Proportionen für das ausströmende Medium zu erhalten, wenn der
Kolben in die entsprechende Richtung verschoben wird.
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Ein besonderer Fall der Flächenproportionen wird von einer Ausführung der
Erfindung gebildet, in der die Fläche des ersten Hochdruckkolbens ungefähr doppelt
so groß ist wie die Fläche des zweiten Hochdruckkolbens. Dadurch wird der Strom
aus der zweiten Hochdruckkammer genau so groß, wenn die Kolben sich in beiden
Richtungen bewegen. Diese Ausführung ermöglicht auch den gleichen niedrigen
Druck auf beiden Seiten des Niederdruckzylinders anzubringen um die Kolben in den
entsprechenden Richtungen zu verschieben. Dadurch wird die für die Zufuhr des
niedrigen Druckes verwendete Hydrauleinheit bestmöglich verwendet, da sie bei
höchstmöglichem Druck wirken kann, um die Kolben in beiden Richtungen zu
verschieben.
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Eine Ausführung der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf in
der ersten Hochdruckkammer angeordnet ist, daß dieser Zulauf an eine Zulaufleitung
für das Medium angeschlossen ist, daß diese Leitung mit Vorrichtungen versehen ist,
die steuerbar sind oder das Medium durch die Leitung in einer Richtung aus der
ersten Hochdruckkammer strömen lassen, daß der Ablauf in der zweiten
Hochdruckkammer angeordnet ist und daß eine Ablaufleitung, die mit Vorrichtungen,
die das Medium daran hindern in Richtung zur zweiten Hochdruck -kammer zu
strömen, versehen ist, an den Ablauf angeschlossen ist.
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Bei einem Drucksteigerer gemäß dieser Ausführung ist es möglich zwei
unterschiedliche Auswechselungen des Drucksteigerers zu erhalten. Wenn die
steuerbaren Vorrichtungen das Medium daran hindern aus der ersten
Hochdruckkammer durch die Förderleitung zurückzuströmen, sind beide Hochdruck
-kammern in Betrieb und der Drucksteigerer fördert eine starken Strom bei
verhältnismäßig geringem Druck. Die Kraft des Niederdruckzylinders ist in diesem
Fall ungefähr gleich groß wie die Kraft, die auf grund des Flächenunterschiedes
zwischen dem ersten und dem zweiten Hochdruckkolben entsteht. Werden darauf
die steuerbaren Vorrichtungen geöffnet, um das Medium in einer Richtung aus der
ersten Hochdruckkammer strömen zu lassen, ist lediglich die zweite
Hochdruckkammer in Betrieb. Der Drucksteigerer liefert sodann einen geringeren Strom, der auf
den höchstmöglichen Druck beaufschlagt werden kann. Ein und dieselbe
Hydrauleinheit kann daher zur Betätigung des Drucksteigerers in beiden Fällen der
Auswechselung verwendet werden. Die Hydrauleinheit kann verhältnismäßig klein
sein.
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Ein Ausfluß druckbeaufschlagten Mediums, der wie oben beschrieben geändert
werden kann, kann wünschenswert sein, beispielsweise zur Hochdruckbehandlung
von Lebensmitteln. Diese Ausführung ermöglicht auch, die achsialen Kräfte auf die
Giebelteile des Drucksteigerers verhältnismäßig klein zu halten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier unten im Anschluß an die
beiliegende Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsquerschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Drucksteigerer.
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Der in Fig. 1 gezeigte Drucksteigerer umfaßt einen Niederdruckzylinder 1, in
welchem ein Niederdruckkolben 2 achsial verschiebbar ist. Der Niederdruckzylinder 1
ist somit in zwei Seiten aufgeteilt und auf beiden Seiten mit einer Hydraulflüssigkeit
gefüllt. Auf einer Seite des Niederdruckzylinders 1 und dazu konzentrisch ist ein
erster Hochdruckzylinder 5 angeordnet. Auf der entgegengesetzten Seite des
Niederdruckzylinders ist ein zweiter Hochdruckzylinder 6 konzentrisch zum
Niederdruckzylinder 1 angeordnet. Die beiden Hochdruckzylinder 5, 6 sind radial mit
Hilfe einer Drahtwindung 5 Ausführung bzw. 6 Ausführung auf bekannte Weise
vorgespannt. Ein Giebelteil 7 bzw. 8 ist außerdem am äußeren Ende der beiden
Hochdruckzylinder 5, 6 angeordnet. Diese beiden Giebelteile 7, 8 werden nach
außen von einem hier nicht veranschaulichten Glied zur Aufnahme achsialer Kräfte
gestützt. Ein erster, am Niederdruckkolben 2 befestigter Hochdruckkolben 9 ist im
ersten Hochdruckzylinder 5 achsial verschiebbar angeordnet. Ein zweiter
Hochdruckkolben 10 ist auf entsprechende Weise am Niederdruckkolben 2 und im
zweiten Hochdruckzylinder 6 achsial verschiebbar befestigt. Die Hochdruckzylinder
5, 6, die Giebelteile 7, 8 und die Hochdruckkolben 9, 10 begrenzen auf diese Weise
eine erste 3 bzw. eine zweite Hochdruckkammer 4 zur Aufnahme des Mediums. Die
Flächen der beiden Hochdruckkolben 9, 10 verhalten sich zueinander so, daß die
Fläche des ersten Hochdruckkolbens 9 doppelt so groß ist wie die Fläche des
zweiten 10.
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Im Giebelteil 7 der ersten Hochdruckkammer 3 ist ein Zulauf 11 für das Medium
angeordnet. An diesen Zulauf 11 ist eine Leitung 12 für die Zufuhr des Mediums
angeschlossen. Die Leitung 12 ist an ihrem anderen Ende an eine hier nicht gezeigte
Niederdruckpumpe angeschlossen, die das Medium aus einem hier nicht gezeigten
Lagerbehälter fördert. Ein erstes Rückschlagventil 13 ist außerdem nahe dem Zulauf
11 angeordnet. Dieses erste Rückschlagventil 13 ermöglicht den Durchfluß des
Mediums in einer Richtung zum Drucksteigerer, hindert jedoch das Medium daran
aus dem Drucksteigerer zu strömen. Ein Ablauf 14 ist außerdem im Giebelteil 8 der
zweiten Hochdruckkammer 4 angeordnet. Dieser Ablauf 4 ist an die
Hochdruckleitung 15 zur Förderung des druckbeaufschlagten Mediums aus dem Drucksteigerer
angeschlossen. Die Hochdruckleitung 15 kann beispielsweise an eine Presse oder
an einen außenliegenden Druckbehälter angeschlossen sein.
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Durch den ersten und den zweiten Hochdruckkolben 9, 10 und durch den
Niederdruckkolben 2 läuft ein Kanal 16. Dieser Kanal 16 verbindet die erste
Hochdruckkammer 3 mit der zweiten Hochdruckkammer 4 und läßt das Medium aus
der ersten 3 in die zweite Hochdruckkammer 4 strömen. Ein zweites
Rückschlagventil 17 ist im Kanal angeordnet und hindert das Medium daran aus der
zweiten Hochdruckkammer 4 in die erste Hochdruckkammer 3 zu strömen.
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Die beiden Hochdruckkammern 3, 4 sind mit Hilfe von Hochdruckdichtungen 18,
19 auf bekannte Weise abgedichtet. Außerdem sind hier nicht gezeigte
Niederdruckdichtungen auf bekannte Weise angeordnet um den Niederdruckzylinder
1 abzudichten.
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Für die Bedienung des Drucksteigerers ist der Niederdruckzylinder mit zwei
Hydraulanschlüssen 20, 21 für Hydraulflüssigkeit versehen, welche mit Hilfe einer
hier nicht geeigneten Hydrauleinheit versorgt werden.
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Hier unten wird nun beschrieben, wie der Drucksteigerer während des Betriebes
wirkt. Zu Beginn eines Ablaufes befinden sich die beiden Hochdruckkolben 9, 10 und
der Niederdruckkolben 2 gemäß der Figur in ihrer linken Endposition. Die erste
Hochdruckkammer 3 ist leer, wogegen die zweite Hochdruckkammer 4 mit
druckbeaufschlagtem Medium gefüllt ist. Der Druck in der zweiten Hochdruckkammer
kann im veranschaulichten Beispiel ungefähr 8.000 Bar betragen. Der
Niederdruckkolben 2 wird nun nach rechts in der Figur verschoben. Dies erfolgt, indem die
Hydraulflüssigkeit auf die linke Seite des Niederdruckzylinders 1 über den
Hydraulanschluß 20 gefördert wird, wogegen die entsprechende Menge
Hydraulflüssigkeit gleichzeitig von der rechten Seite des Niederdruckzylinders 1
durch den Hydraulanschluß 21 strömt. Der Druck der geförderten Hydraulflüssigkeit
kann in dem veranschaulichten Beispiel ungefähr 250 Bar betragen.
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Sind die Kolben 2, 9, 10 somit nach rechts verschoben, wird das
druckbeaufschlagte Medium in der zweiten Hochdruckkammer 4 durch einen Ablauf 14
und desweiteren durch die Hochdruckleitung 15 zu einer außenliegenden Presse
oder einem Druckbehälter gedrückt. Das zweite Rückschlagventil 17 hindert das
Medium daran aus der zweiten Hochdruckkammer 4 in die erste Hochdruckkammer
3 zu strömen. Druckloses Medium wird gleichzeitg in die erste Hochdruckkammer 3
über die Zulaufleitung 12, das erste Rückschlagventil 13 und den Zulauf 11
eingesaugt.
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Befinden sich die Kolben 2, 9, 10 in ihrer rechten Endposition wird die erste
Hochdruckkammer 3 mit drucklosem Medium gefüllt, wogegen die zweite
Hochdruckkammer 4 leer ist. Der Hochdruck vom Außendruck oder dem
Druckbehälter wirkt über die Hochdruckleitung 15 auf den zweiten Hochdruckkolben 10
ein. In dieser Lage wird der auf die linke Seite des Niederdruckkolbens 12 wirkende
Hydrauldruck unterbrochen. Damit werden die Kolben 2, 9, 10 unter Einfluß des
Hochdruckes in der außenliegenden Einheit veranlaßt etwas nach links in der Figur
zu wandern, bis ein Druckausgleich zwischen der ersten und der zweiten
Hochdruckkammer 3, 4 erreicht ist. Das Medium in der ersten Hochdruckkammer 3
wird damit mit einem Druck beaufschlagt, der dem halben Druck in der zweiten
Hochdruckkammer 4 entspricht. Das erste Rückschlagventil 13 hindert somit das
Medium daran diese Kammer durch den Zulauf 11 zu verlassen. Danach wird die
rechte Seite des Niederdruckzylinders 1 mit demselben Druck beaufschlagt wie
vorher auf der linken Seite, indem Hydraulflüssigkeit über den Hydraulanschluß 21
zugeleitet wird. Die Hydraulflüssigkeit wandert gleichzeitig von der linken Seite des
Niederdruckzylinders durch den Hydraulanschluß 20. Die Kolben 2, 9, 10 werden
damit nach links in der Figur verschoben, wodurch das in der ersten
Hochdruckkammer 3 vorhandene Medium mit vollem Druck beaufschlagt wird, d. h.
demselben Druck der in der zweiten Hochdruckkammer 4 herrscht. Das Medium
wandert darauf durch den Kanal 9 über das Rückschlagventil 17 aus der ersten 3 in
die zweite Hochdruckkammer 4. Die Hälfte dieses Mediums wird auch desweiteren
durch den Ablauf 14 und über die Hochdruckleitung 15 zur außenliegenden Einheit
gedrückt. Der Grund hierfür ist, das die Fläche des zweiten Hochdruckkolbens 10
halb so groß ist wie die Fläche des ersten Hochdruckkolbens 9 und die zweite
Hochdruckkammer 4 enthält somit lediglich die Hälfte des Inhaltes der ersten
Hochdruckkammer 3.
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Haben die Kolben 2, 9, 10 erneut ihre linke Endpositionen eingenommen, ist der
Ablauf vollendet und der nächste Ablauf kann beginnen. Der oben beschriebene
Drucksteigerer wirkt also als doppeltwirkende Pumpe. Bei jedem Ablauf wird eine
gewisse Menge des Mediums in den Drucksteigerer während eines Kolbenhubes
hereingesaugt. Dieselbe Menge druckbeaufschlagten Mediums wird in jedem Ablauf
auf zwei Kolbenhübe verteilt herausgedrückt. Außer den oben beschriebenen
Vorteilen ergibt diese Ausführung des Drucksteigerers, daß der Giebelteil 8 der
zweiten Hochdruckkammer 4 während des gesamten Ablaufes einem im
wesentlichen gleichbleibenden Druck ausgesetzt wird. Auf diese Weise werden
Druckstöße, die leicht Anlaß zu Ermüdungserscheinungen geben, vermieden.
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Eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Drucksteigerers wird hier
unten beschrieben. Auch in diesem Falle wird auf Fig. 1 verwiesen. Die Elemente 9
und 13 haben hier eine etwas andere Gestaltung als in der bereits beschriebenen
Ausführung. Die Unterschiede gehen aus dem Text hier unten hervor.
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Diese Ausführung umfaßt außer den oben erwähnten Teilen auch ein drittes
Rückschlagventil 22, das in der Ablaufleitung 15 angeordnet ist und das Medium in
einer Richtung aus der zweiten Hochdruckkammer 4 strömen läßt, aber das Medium
daran hindert zurückzuströmen. In dieser Ausführung ist außerdem die Fläche des
ersten Hochdruckkolbens 9 fünfmal so groß wie die Fläche des zweiten
Hochdruckkolbens 10. Das erste Rückschlagventil 13 ist darüberhinaus so
ausgebildet, daß es auch für eine Strömung in Richtung aus der ersten
Hochdruckkammer 3 geöffnet werden kann.
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Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Drucksteigerers kann beispielsweise
dann verwendet werden, wenn die außenliegende Druckeinheit sowohl mit einem
großen Volumen des Mediums gefüllt als auch dann druckbeaufschlagt werden soll.
Die Ausführung ermöglicht die Verwendung einer verhältnismäßig kleinen
Hydrauleinheit um den Drucksteigerer zu bedienen, erst als Pumpe mit großem Fluß
mit niedrigem Druck und dann als Hochdruckerzeuger mit kleinerem Fluß bei
bedeutend höherem Druck.
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In dieser Ausführung arbeitet der Drucksteigerer wie folgt. Bei Beginn des
Ablaufes ist der außenliegende Druckbehälter leer. Um ihn mit Medium zu füllen wird
der Drucksteigerer nun als doppeltwirkende Pumpe betrieben. Für jeden Hub der
Pumpe nach rechts in der Figur wird eine gewisse Menge des Mediums, die dem
Inhalt der zweiten Hochdruckkammer entspricht, durch den Ablauf 14 und die
Ablaufleitung 15 in den außenliegenden Druckbehälter verschoben. Die erste
Hochdruckkammer 3 wird gleichzeitig mit einem Volumen des Mediums gefüllt, das
fünfmal so groß ist. Für jeden Hub der Pumpe nach links wandert dieses gesamte
größere Volumen über den Kanal 16 aus der ersten 3 in die zweite
Hochdruckkammer 4. Vier Fünftel des Volumens wird durch den Ablauf 14 und die
Ablaufleitung 15 in den außenliegenden Druckbehälter verschoben, und so lange der
außenliegende Druckbehälter nicht gefüllt ist, entsteht kein Rückdruck in der
Ablaufleitung 15. Daher ist es möglich eine verhältnismäßig kleine Hydrauleinheit
auch für die Verschiebung zur Linken des ersten Hochdruckzylinders 9 mit großer
Fläche zu verwenden.
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Ist der außenliegende Druckbehälter einmal gefüllt, entsteht ein Rückdruck in der
Ablaufleitung 15. Das dritte Rückschlagventil 22 hindert diesen Rückdruck daran den
Drucksteigerer zu beaufschlagen. Auf der anderen Seite wirkt der Rückdruck auf das
Medium an, das aus der zweiten Hochdruckkammer 4 durch den Ablauf 14, die
Ablaufleitung 15 und das dritte Rückschlagventil 22 gedrückt wird. Beim Anwachsen
des Druckes im außenliegenden Druckbehälter wird natürlich der Rückdruck auch
größer. Erreicht der Rückdruck ein gewisses Niveau, wird die Leistung einer kleinen
Hydrauleinheit nicht genügen das Medium durch den Ablauf 14 und die Ablaufleitung
15 bei Verschiebung des ersten Hochdruckkolbens 9 nach links herauszudrücken.
Der Grund hierfür ist, daß die auf den ersten Hochdruckkolben 9 wirkende
Gegenkraft gleich dem Rückdruck multipliziert mit der großen Fläche des ersten
Hochdruckkolbens 9 ist.
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Für eine vollständige Druckbeaufschlagung des außenliegenden Druckbehälters
auf einen größtmöglichen Druck wird die erste Hochdruckkammer 3 ausgeschaltet,
indem das erste Rückschlagventil 13 auch für eine Strömung in entgegengesetzter
Richtung geöffnet wird. Bei jedem Kolbenhub nach rechts wird das maximal
druckbeaufschlagte Medium in der zweiten Hochdruckkammer 4 durch den Ablauf 14
und die Ablaufleitung 15 in den außenliegenden Druckbehälter herausgedrückt. Da
der zweite Hochdruckkolben 10 verglichen mit dem Niederdruckzylinder 2 sehr klein
ist, genügt ein verhältnismäßig geringer, von einer kleinen Hydrauleinheit erzeugter
Druck um den Rückdruck zu überwinden. Während der Verschiebung der Kolben 2,
9, 10 wird die erste Hochdruckkammer 3 mit Medium gefüllt.
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Bei Kolbenhüben nach links strömt ein Fünftel des Mediums in der ersten
Hochdruckkammer 3 durch den Kanal 16 in die zweite Hochdruckkammer 4. Die
übrigen vier Fünftel werden durch den Zulauf 11, die Zulaufleitung 12 und vorbei am
ersten Rückschlagventil 13 zurückgedrückt. Steht das erste Rückschlagventil 13 in
entgegengesetzter Richtung offen, wirkt der Drucksteigerer somit als
einfachwirkende Pumpe, die einen sehr hohen Druck erzeugen kann. Die Druckverhältnisse
sind dann lediglich vom Verhältnis zwischen der Fläche des Niederdruckkolbens 2
und der Fläche des zweiten Hochdruckkolbens 10 abhängig.
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Diese Ausführung bedeutet auch, daß die auf den Drucksteigerer einwirkenden
Achsialkräfte verhältnismäßig gering werden. Dies beruht darauf, daß der Hochdruck
in achsialer Richtung lediglich kleine Flächen des Kolbens 10 und des Giebelteiles 8
der zweiten Hochdruckkammer 4 beaufschlagt.
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Um sicher zu stellen, daß wirklich vier Fünftel des Mediums in der ersten
Hochdruckkammer 3 den Kanal 16 in die zweite Hochdruckkammer 4 hinein
durchströmen, wenn die Kolben 2, 9, 10 nach links verschoben sind, kann ein hier
nicht gezeigtes Entlastungsventil im Zulauf 11 angeordnet werden. Dieses
entgenwirkende Ventil erzeugt eine Drucksenkung, die größer ist als der Druckabfall
über das Rückschlagventil 17 und den Kanal 16.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann im Rahmen der hier folgenden Patentansprüche
verändert werden.
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Indem unterschiedliche Flächenverhältnisse zwischen dem ersten und dem
zweiten Hochdruckkolben gewählt werden, kann das Verhältnis zwischen den an den
beiden Kolbenhüben anstehenden Volumen geändert werden. Wird das
Flächenverhältnis beispielsweise drei zu eins gewählt, wird ein Drittel der während
eines Ablaufes geförderten Menge an dem Kolbenhub in einer Richtung auf die
zweite Hochdruckkammer erstellt und zwei Drittel der Menge werden beim
Kolbenhub in Richtung zur ersten Hochdruckkammer erstellt.
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Das druckbeaufschlagte Medium kann wie in den Beispielen hier oben ein
Druckmedium sein, das verwendet wird um einen Druck in einer außenliegenden
Presse oder Ähnlichem zu erzeugen. Der Drucksteigerer kann jedoch direkt für die
Hochdruckbehandlung von beispielsweise Lebensmitteln verwendet werden. Das
Medium besteht dann aus den zu behandelnden Substanzen. Hat die Substanz den
Drucksteigerer verlassen, kann sie direkt über ein Gegendruckventil normalen Druck
erhalten. Alternativ kann sie unter Beibehaltung des Hochdruckes aus dem
Drucksteigerer direkt an einen außenliegenden Druckbehälter abgegeben werden
um eine gewisse Verweilzeit zu erzielen.