EP3012453B1 - Hydraulikantrieb für einen druckübersetzer - Google Patents

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EP3012453B1
EP3012453B1 EP15455007.3A EP15455007A EP3012453B1 EP 3012453 B1 EP3012453 B1 EP 3012453B1 EP 15455007 A EP15455007 A EP 15455007A EP 3012453 B1 EP3012453 B1 EP 3012453B1
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    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic pressure intensifier with two plungers in a fluid high-pressure device, in particular for a water jet cutting system, which pressure intensifier has a hydraulic drive with a hydraulic pump that delivers a constant volume per revolution, driven by an electric servo drive, operatively connected to an electric controllable by measuring signals
  • a hydraulic drive with a hydraulic pump that delivers a constant volume per revolution driven by an electric servo drive, operatively connected to an electric controllable by measuring signals
  • Hydraulic drives for pressure intensifiers which are driven by an adjustable servo drive, are state of the art.
  • a hydraulic drive for example, which includes a constant flow rate pump with a controllable servo drive, through which constant flow rate pump, a pressure booster having two plunger pistons can be acted upon with working fluid by means of a switching block.
  • Switching over the loading of the respective working piston surfaces with a working fluid takes place, as explained above, by means of a switching block or switching block.
  • a switching block for alternating loading of the working piston surfaces of the pressure intensifier represents, on the one hand, a high level of constructional complexity and, on the other hand, it can introduce shocks into the hydraulic high-pressure system, particularly when the working fluid under pressure is switched over, which in addition to the basic static load causes a superimposed mechanical peak stress on the parts.
  • the hydraulic pump can be driven bidirectionally, i.e. reversibly, by a motor in servo mode, with the control of the electrical supply of the motor in servo mode using signals from at least one of the measuring devices for pressure in the working fluid, for pressure in the High pressure fluid and is controllable for a position of the plunger in the pressure intensifier.
  • a particularly advantageous embodiment of the pressure intensifier or the drive according to the invention for a pressure intensifier is achieved if in the area of the line of the working fluid between the hydraulic pump and pressure intensifier and/or in the area of provision in a vessel at least one heat exchanger in the guide means and/or in the vessel for adjusting the Temperature of the working fluid is positioned.
  • the conducting means or lines between the hydraulic pump and the pressure intensifier each have means for feeding working fluid into the system of the hydraulic drive, when working fluid is returned from the pressure intensifier to the hydraulic pump, an excess pressure that is lower than the environment can be set in the latter.
  • optimal starting conditions can be set for the pressure side of the hydraulic drive or the pump.
  • Low overpressure values of 0 to about 5 bar have proven useful, if necessary to prevent gas formation.
  • FIG. 1 shows a high-pressure fluid device with a hydraulic drive 1 for a pressure booster 2.
  • a constant flow rate pump 11 can be driven by a servo drive 12 .
  • a controlled supply 15 of the servo motor 12 regulates its rotation parameters and its shutdown.
  • a feed system 4 for working fluid has, for example, a feed pump with a drive motor 40 which is connected to the respective control means between the hydraulic pump 11 and the pressure booster 2 via check valves 41 , 42 .
  • Such a feed system can also have a heat exchanger 5, by means of which the temperature of the working fluid in the supply vessel can be regulated.
  • a heat exchanger 51 for the working fluid can be arranged in the area of a supply vessel 10 and/or the conducting means from the hydraulic pump 11 to the pressure booster 2 each have a heat exchanger 52, 53.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckübersetzer mit zwei Plungerkolben in einer Fluid- Hochdruckeinrichtung insbesondere für eine Anlage zum Wasserstrahlschneiden, welcher Drückübersetzer einen Hydraulikantrieb mit einer Hydraulikpumpe, welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, angetrieben von einem elektrischen Servoantrieb, wirkverbunden mit einer durch Messsignale regelbaren elektrischen Versorgung sowie Mittel zur Einstellung der Temperatur des Arbeitsfluids und Mittel zur Einspeisung von Arbeitsfluid umfasst.
  • Hydaulikantriebe für Druckübersetzer, die mit einem regelbaren Servoantrieb angetrieben werden, sind Stand der Technik.
  • In der AT 512 322 B1 ist beispielsweise ein Hydraulikantrieb offenbart, welcher eine Konstant-Förderstrom-Pumpe mit einem steuerbaren Servoantrieb, umfasst, durch welche Konstant-Förderstrom-Pumpe mittels eines Schaltblockes ein zwei Plungerkolben aufweisender Druckübersetzer mit Arbeitsfluid beaufschlagbar ist.
  • Eine Umschaltung einer Beaufschlagung der jeweiligen Arbeitskolbenflächen mit einem Arbeitsfluid, welches in der Regel mit einem Druck von etwa 300 bar von der Pumpe bereitgestellt wird, erfolgt, wie oben dargelegt, mittels eines Schaltblockes bzw. Umschaltblockes.
  • Ein Schaltblock zur abwechselnden Beaufschlagung der Arbeitskolbenflächen des Druckübersetzers stellt einerseits einen hohen bautechnischen Aufwand dar und kann andererseits insbesondere bei einer Umschaltung des unter Druck stehenden Arbeitsfluids Stöße in das hydraulische Hochdrucksystem einbringen, welche dadurch zusätzlich zur statischen Grundbelastung eine überlagerte mechanische Spitzenbeanspruchung der Teile bewirkt.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Druckübersetzer einer Fluid-Hochdruckeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher zu geringen Druckschwankungen im Hochdrucksystem führt, derart die Spitzen der Materialbelastungen verringert und höhere Sicherheit gewährleistet, sowie die Anlagenkonzeption vereinfacht und wirtschaftliche Vorteile aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Hydraulikpumpe bidirektional, also reversierbar, von einem Motor im Servobetrieb antreibbar ist, wobei die Regelung der elektrischen Versorgung des Motors im Servobetrieb mit Signalen von zumindest einer der Messeinrichtungen für Druck im Arbeitsfluid, für Druck im Hochdruckfluid und für eine Position des Plungerkolbens im Druckübersetzer steuerbar ist.
  • Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere dadurch gegeben, dass eine alternative Beaufschlagung der jeweiligen Arbeitskolbenfläche eines Druckübersetzers mit Arbeitsfluid direkt von einer Hydraulikpumpe mit Konstant-Volumenförderung je Umdrehung, bidirektional angetrieben von einem Servoantrieb, erfolgt.
  • Eine Umschaltung eines unter Druck stehenden Arbeitsfluids mittels eines Schaltblockes gemäß dem Stand der Technik, welche naturgemäß Schläge verursachen kann, wird somit umgangen und erfindungsgemäß jeweils ein schonender Druckaufbau im Arbeitsfluid beim Anlauf eines Servoantriebs im Millisekunden oder geringen Zeitspannen bewerkstelligt.
  • Als weiterer Vorteil wird die Einfachheit der mechanischen Konzeption, die hohe Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit derartiger Hochdruckeinrichtungen gesehen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Druckübersetzer beziehungsweise des erfindungsgemäßen Antriebes für einen Druckübersetzer wird erreicht, wenn im Bereich der Leitung des Arbeitsfluids zwischen Hydraulikpumpe und Druckübersetzer und/oder im Bereich einer Bereitstellung in einem Gefäß mindestens ein Wärmetauscher im Leitmittel und/oder im Gefäß zur Einstellung der Temperatur des Arbeitsfluids positioniert ist.
  • Derart können für einen schweren Betrieb eines Druckübersetzers gewünschte bzw. optimale Temperaturen des Arbeitsfluids eingeregelt werden.
  • Wenn gemäß der Erfindung die Leitmittel bzw. Leitungen zwischen Hydraulikpumpe und Druckübersetzer jeweils Mittel zur Einspeisung von Arbeitsfluid in das System des Hydraulikantriebes aufweisen, kann jeweils bei einer Rückführung von Arbeitsfluid vom Druckübersetzer zur Hydraulikpumpe in diesem ein gegenüber der Umgebung geringer Überdruck eingestellt werden. Dadurch sind jeweils für die Druckseite des Hydraulikantriebes bzw. der Pumpe optimale Ausgangsbedingungen einstellbar. Geringe Überdruckwerte von 0 bis etwa 5 bar haben sich, gegebenenfalls zur Verhinderung einer Gasbildung, bewährt.
  • Beispiele der Erfindung, welche lediglich einen Ausführungsweg derselben darstellen sind in den Zeichnungen gezeigt und werden nachfolgend beschrieben.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 einen Hydraulikantrieb eines Druckübersetzers mit Mittel zur Einspeisung von Arbeitsfluid in das System
    • Fig. 2 einen Hydraulikantrieb für einen Druckübersetzer mit Wärmetauscher
  • Zur leichteren Zuordnung der Teile und Komponenten in den Darstellungen soll die nachfolgende Bezugszeichenliste dienen.
    • 1
    Hydraulikantrieb
    10
    Arbeitsfluid
    11
    Pumpe
    12
    elektrischer Servoantrieb
    13
    Niederdruck-Messwertgeber
    14
    Hochdruck-Messwertgeber
    15
    Elektrische Anspeisung und Steuerung
    16
    Plungerkolbenwegermittler
    2
    Druckübersetzer
    21
    Versorgungseinrichtung für Hochdruckfluid
    3
    Hochdruckleitung
    31
    Pulsationsdämpfer
    32
    Druckentlastungsventil
    4
    Einspeiseanlage von Arbeitsfluid
    40
    Antriebsmotor der Einspeisepumpe
    41
    Einspeisemittel mit Rückschlagventil
    42
    Einspeisemittel mit Rückschlagventil
    5
    Wärmetauscher in der Einspeiseanlage
    51
    Wärmetauscher im Bereitstellungsgefäß
    52
    Wärmetauscher im Leitmittel
    53
    Wärmetauscher im Leitmittel
  • Fig. 1 zeigt eine Fluid-Hochdruckeinrichtung mit einem Hydraulikantrieb 1 für einen Druckübersetzer 2.
  • Eine Konstant-Förderstrom-Pumpe 11 ist von einem Servoantrieb 12 antreibbar. Eine gesteuerte Anspeisung 15 des Servomotors 12 regelt dessen Rotationsparameter und dessen Stillsetzung.
  • Unter Verwendung von Niederdruck-Messwertgeber 13 und/oder Hochdruck-Messwertgeber 14 und/oder Kolbenwegermittler 16 vom Druckübersetzer 2 wird der Motorbetrieb und derart die Förderung von Arbeitsfluid der Pumpe 11 und somit eine Beaufschlagung der jeweiligen Arbeitskolbenfläche des Druckübersetzers 2 programmgesteuert.
  • Eine Einspeiseanlage 4 für Arbeitsfluid weist beispielsweise eine Einspeisepumpe mit einem Antriebsmotor 40 auf, welche über Rückschlagventile 41, 42 mit den jeweiligen Leitmitteln zwischen der Hydraulikpumpe 11 und Druckübersetzer 2 verbunden ist.
  • Eine derartige Einspeiseanlage kann auch einen Wärmetauscher 5 aufweisen, mittels welchen die Temperatur des Arbeitsfluids im Bereitstellungsgefäß einregelbar ist.
  • Fig. 2 zeigt im Wesentlichen Teile eines Hydraulikantriebes 1 für einen Druckübersetzer 2 nach Fig. 1
  • Allerdings ist für eine erfindungsgemäße Kühlung des Arbeitsfluids eine unterschiedliche Ausführungsform dargestellt.
  • Ein Wärmetauscher 51 für das Arbeitsfluid kann im Bereich eines Bereitstellungsgefäßes 10 angeordnet sein und/oder die Leitmittel von der Hydraulikpumpe 11 zum Druckübersetzer 2 weisen jeweils einen Wärmetauscher 52, 53 auf.

Claims (4)

  1. Hydraulischer Druckübersetzer (2) mit zwei Plungerkolben, welcher Druckübersetzer (2) einen Hydraulikantrieb (1) mit einer Hydraulikpumpe (11), welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, angetrieben von einem elektrischen Servoantrieb (12), wirkverbunden mit einer durch Messsignale regelbaren elektrischen Versorgung (15) sowie Mittel zur Einstellung der Temperatur des Arbeitsfluids und Mittel zur Einspeisung von Arbeitsfluid umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (11) bidirektional, also reversibel von einem Motor (12) im Servoantrieb antreibbar ist, wobei die Steuerung der Regelung der elektrischen Versorgung (15) des Motors (12) im Servoantrieb mit Signalen von zumindest einer der Messeinrichtungen für Druck im Arbeitsfluid (13), für Druck im Hochdruckfluid (14) und für Position des Plungerkolbens im Druckübersetzer steuerbar ist.
  2. Hydraulischer Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Leitung des Arbeitsfluids zwischen Hydraulikpumpe (11) und Druckübersetzer (2) und/oder im Bereich einer Bereitstellung desselben Arbeitssfluids in einem Gefäß (10) mindestens ein Wärmetauscher (W) (51,52,53) im Leitmittel und/oder im Gefäß (10) zur Einstellung der Temperatur des Arbeitsfluids positioniert ist.
  3. Hydraulischer Druckübersetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitmittel von Arbeitsfluid zwischen Hydraulikpumpe (11) und Druckübersetzer (2) jeweils Mittel (41,42) zur Einspeisung von Arbeitsfluid in das System des Hydraulikantriebes (1) aufweisen.
  4. Verwendung eines hydraulischen Druckübersetzers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine Anlage zum Wasserstrahlschneiden.
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