DE69514517T2 - Druckerhöhungsvorrichtung - Google Patents

Druckerhöhungsvorrichtung

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DE69514517T2
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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids

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Description

    TECHNISCHER BEREICH
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • Außerdem ist es möglich, die vom Ablauf zu der außenliegenden Druckvorrichtung verlaufende Hochdruckleitung als gerade Leitung auszubilden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier unten im Anschluß an die beiliegende Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drucksteigerer.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann im Rahmen der hier folgenden Patentansprüche verändert werden.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

1. Drucksteigerer zum Druckbeaufschlagen eines Mediums mit einem Niederdruckzylinder (1), in dem ein Niederdruckkolben (2) achsial verschiebbar ist, mit einer ersten (3) und einer zweiten Hochdruckkammer (4) zur Aufnahme des Mediums, in welchen Hochdruckkammern (3, 4) ein erster (9) bzw. ein zweiter Hochdruckkolben (10) achsial verschiebbar sind und mit mindestens einem Zulauf (11) und einem Ablauf (14) für das Medium, wobei die erste und die zweite Hochdruckkammer (3, 4) konzentrisch zum Niederdruckzylinder (1) auf jeweils einer von dessen Seiten angeordnet sind und wobei der erste und der zweite Hochdruckkolben (9, 10) am Niederdruckkolben (2) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (16) durch den Niederdruckkolben (2) und den ersten (9) und den zweiten Hochdruckkolben (10) verläuft zum Transport des Mediums zwischen der ersten (3) und der zweiten Hochdruckkammer (4), und mit Hilfe von einer Vorrichtung (17) das Medium daran hindert aus der zweiten Hochdruckkammer (4) in die erste Hochdruckkammer (3) zu strömen.
2. Drucksteigerer gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17) aus einem im Kanal (16) angeordneten Rückschlagventil besteht.
3. Drucksteigerer gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des ersten Hochdruckkolbens (9) größer ist als die Fläche des zweiten Hochdruckkolbens (10).
4. Drucksteigerer gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des ersten Hochdruckkolbens (9) ungefähr doppelt so groß ist wie die Fläche des zweiten Hochdruckkolbens (10).
5. Drucksteigerer gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (11) in der ersten Hochdruckkammer (3) angeordnet ist, daß eine Förderleitung (12) am Zulauf (11) angeschlossen ist, daß Vorrichtungen, die kontrolliert werden können um das Medium daran zu hindern und durch die Förderleitung (12) in einer Richtung aus der ersten Hochdruckkammer (3) strömen zu lassen, an der Förderleitung (12) angeordnet sind, und daß der Ablauf (14) in der zweiten Hochdruckkammer (4) angeordnet ist, daß eine Ablaufleitung (15) am Ablauf (14) angeschlossen ist und daß Vorrichtungen, die das Medium daran hindern in Richtung auf die zweite Hochdruckkammer (4) zu strömen, an der Ablaufleitung (15) angeordnet sind.
DE69514517T 1994-06-06 1995-06-01 Druckerhöhungsvorrichtung Revoked DE69514517T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9401938A SE510191C2 (sv) 1994-06-06 1994-06-06 Tryckförstärkare
PCT/SE1995/000625 WO1995033928A1 (en) 1994-06-06 1995-06-01 Pressure intensifier

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