DE2150176A1 - Vorrichtung zur Erzeugung hoher Druecke - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung hoher DrueckeInfo
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Description
National Forge Company/ Irvine, Pennsylvania, V.St.A.
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung hoher Drücke und insbesondere Vorrichtungen, mit denen hohe
Arbeitsmitteldrücke von der Größenordnung von 700 bis
14 000 kg/cm (10 000 - 200 000 psi) erzeugt werden können.
Eine Quelle für ein unter hohem Druck stehendes Arbeitsmittel ist für eine Vielfalt von industriellen und anderen
Prozessen, beispielsweise für isostatische Pressen und hydrostatische Extrusierungspressen, erforderlich. Bei den
bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen besteht jedoch eine ganze Anzahl von Problemen. Sie sind gewöhnlich schwer,
haben einen großen Durchmesser, sind langsam und doppelt wirkend, verwenden keine ähnliche Teile und lassen sich
nicht leicht so abändern, daß eine Druckverstärkung über den Druck hinaus erhalten wird, für den die Vorrichtung
ursprünglich bestimmt war.
Bei den bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen wird eine Druckverstärkung durch eine Reihe von Kolben von abnehmendem
Durchmesser erzielt, von denen jeder durch einen
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benachbarten Kolben gedrückt wird und gegen einen benachbarten Kolben drückt. Auf diese Weise werden die Kräfte, wie
sie auf die Kolben ausgeübt werden, hydraulisch übertragen und ist eine Reihe von Kammern mit zunehmender Wandstärke,
um den hohen Drücken standzuhalten, erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Druckerzeugungsvorrichtung
mit mindestens zwei Kolben, von denen jeder zur Bewegung innerhalb von voneinander in Abstand befindlichen,
axial ausgefluchteten Zylindern gelagert ist, wobei der Arbeitsmitteldruck einer gewählten Seite der
Kolben zugeführt werden kann, um diese Kolben in ihren entsprechenden Zylindern zu bewegen. Die Erfindung unterscheidet
sich dadurch, daß eine Schubstange führend zwischen benachbarten Enden der Kolben für den Angriff derselben
angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche jedes der Kolben größer als die Querschnittsflächen der Schubstange
und der diesem Kolben zugeordneten Plunger ist. Da die Querschnittsflächen jedes der Kolben die Querschnittsflächen des Plungers und der Schubstange überschreiten,
wird ein hydraulischer Vorteil erzielt, der den Druck von der äußeren Quelle wirksam verstärkt. Das Verhältnis
der Druckverstärkung wird durch die Verhältnisse der Querschnittsflächen der Kolben zu den Querschnittsflächen des Plungers und der Schubstange bestimmt, wie
nachfolgend näher erläutert wird.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind der erste und
der zweite Kolben doppelt-wirkend. Arbeitsmittel von der äußeren Quelle kann zuerst ein und derselben Seite jedes
der Kolben zugeführt werden, um eine Kraft auf einen der Plunger auszuüben. Das Niederdruck-Arbeitsmittel kann
sodann gegen die entgegengesetzten Seiten der Kolben wirksam gemacht werden, so daß sie in der entgegengesetzten
Richtung gleiten und schließlich eine Kraft auf den anderen Plunger ausüben.
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Bei einer solchen doppelt-wirkenden Ausführungsform können
die Plunger mit den Kolben mittels geschlitzter Federstifte verbunden werden. Dies ist wünschenswert, damit ein Kolben,
der sich aus der Antriebsstellung für den entsprechenden Plunger zurückzieht, den Plunger mit sich zieht und nicht
wie ein Hammer auf den Plunger wirkt, wenn er in seine Antriebsstellung zurückkehrt. Bei der Berechnung des Verhältnisses
der Druckverstärkung bei doppelt-wirkenden Ausführungsformen muß der Gegenkraft Rechnung getragen werden,
die auf das Ende des nicht angetriebenen Plungers ausgeübt wird.
Da die zusätzliche Kraft vom zweiten Kolben über die Schubstange auf den ersten Kolben übertragen wird, sind die auf
die Kolben durch das Niederdruckarbeitsmittel ausgeübten Kräfte eher mechanisch additiv statt hydraulisch, wenn die
Zufuhr zum ersten Plunger erfolgt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den bekannten Druckerzeugungsvorrichtungen besteht darin, daß
die Zylinderwände nicht übermäßig dick zu sein brauchen, da der einzige Bereich, in welchem ein hoher Druck im Arbeitsmittel
entwickelt wird, sich in den Endkörperhohlräuinen befindet, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Außerdem
können, da die in den Zylinderwänden durch das Niederdruck-Arbeitsmittel entwickelte Spannung direkt proportional
dem Innendurchmesser des Zylinders ist, die Wände einer Reihe von Zylindern von verhältnismäßig kleinem Durchmesser
dünner als die Wände eines einzigen Zylinders von verhältnismäßig großem Durchmesser sein. Aas diesen Gründen läßt
sich die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht unter Verwendung
von Stufen von verhältnismäßig geringem Gewicht, die leicht zu transportieren und zu handhaben sind, zusammenbauen.
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Ferner ist wegen der Reihe von Hydrozylindern, von denen
jeder seinen eigenen Satz von Arbeitsinittel-Einlaßkanälen
aufweist, die erfindungsgemäße Vorrichtung rascher wirkend
als eine Druckerzeugungsvorrichtung mit nur einem einzigen Arbeitsmitteleinlaßkanal. Bs ist außerdem bekannt, daß
die in den Wänden der Einlaßverbindungen entwickelte Spannung direkt proportional dem Durchmesser des Einlaßkanals
ist, so daß eine praktische Grenze für die Querschnittsgröße eines einzigen Kanals besteht. Bei der erfindungsgemäßen
Reihenschaltung und mit einer Schubstange zwischen voneinander in Abstand befindlichen Kolben können die
kumulativen Querschnittsflächen der einzelnen Einlaßkanäle leicht eine solche praktische Grenze überschreiten. Es
kann daher das gleiche Arbeitsmittelvolumen in die erfindungsgemäße
Zylinderreihe rascher eingeleitet und abgeleitet werden als bei einem einzigen großen Zylinder.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Bauform zur Veränderung des Verhältnisses der
Druckverstärkung durch Zu- oder Abschaltung von Hydrozylindern eignet. Dies kann leicht geschehen, da die Hydrozylinder
zweckmäßig längs einer einzigen Achse durch ein System von Zugstangen, Muttern und Scheiben gehalten werden.
An jedem Ende einer der Zugstangen sind Einbauhalterungen angeordnet. Die Ausführungsformen weisen darüber hinaus
auswechselbare und Serienteile für jedes Aggregat auf, wodurch der Vorteil einer einfachen und vielseitigen Bauart
und Arbeitsweise sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erzielt wird.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung bestimmter bevorzugter
Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen. Es zeigen:
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Figur 1 und 2, wenn sie längs der Linie 2-2 aneinander angelegt werden, einen mittigen Längsschnitt einer bevorzugten
Ausfuhrungsform der Erfindung.
Die in Figur 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung hoher Drücke besitzt zwei Kolben-Zylinder-Aggregate
10 und 12, die längs der gleichen Längsachse 14 angeordnet und durch ein System von Zugstangen
zusammengehalten werden. Jedes Aggregat enthält einen doppelt-wirkenden Kolben 18 bzw. 20, der einen gesonderten
Plunger 22 bzw. 24 antreibt. Die Kolben 18 und 20 sind miteinander durch eine Schubstange 26 verbunden.
Das Aggregat 10 weist einen zylindrischen Körper 28 mit einer gleichachsigen Bohrung 30 auf, innerhalb welcher
der Kolben 18 gleitbar ist. Unter der Bezeichnung "gleichachsige Bohrung", wie sie hier verwendet wird, ist eine
Bohrung zu verstehen, deren Mittelachse mit der Achse zusammenfällt. An den entgegengesetzten Enden des Kolbens
18 ist eine Reihe von zylindrischen Schultern von abnehmendem Durchmesser vorgesehen. Um die Schultern 32
des ersten Satzes herum ist je eine ringförmige Dichtung 34 angeordnet, die an der Seite der Bohrung anliegt. Um
die Schultern 36 von verringertem Durchmesser des nächsten Satzes herum ist je ein Haltering 38 angeordnet, welcher
die Dichtungen 34 gegen die Enden des Kolbens 18 drückt, um festen Kontakt mit der Bohrung 30 herzustellen. Die
der Schubstange 26 am nächsten gelegene Schulter 36 ist an ihrem äußeren Teil mit einem Gewinde zur Aufnahme einer
Mutter 40 versehen. Die Mutter 40 weist eine axiale Bohrung 42 auf, von der ein Teil mit einem Gewinde für
den Eingriff mit der Schulter 36 versehen ist. Der nicht in Eingriff stehende Teil der Bohrung 42 dient zur Aufnahme des einen Endes 44 der Schubstange 26, die bei einem
hohen Druck in den Endhohlräumen, die nachfolgend beschrie ben werden, fest gegen das Ende des mit einem Gewinde ver-•ehenen Teils der Schulter 36 anliegt.
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Ein Teil der entgegengesetzten Schulter 36 ist mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 46 versehen. Die Mutter
46 weist eine durchgehende axiale Bohrung 48 auf, die teilweise mit einem Gewinde für den Eingriff mit der Schulter
36 versehen ist. Der nicht in Eingriff befindliche Teil der Bohrung 48 dient zur Aufnahme des einen Endes 50 des
Plungers 22. Die Mutter 46 und das Plungerende 50 sind mit
ausgefluchteten diametralen Bohrungen 52 bzw. 54 versehen, durch welche ein geschlitzter Federstift 56 geführt ist.
Ein abgesetzter Teil 58 von verringerten Durchiaesser der Bohrung 30 an derem dem Plunger 22 am nächsten gelegenen
Ende bildet zusammen mit der Mutter 46 einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern am Ende des Kolbenhubes zu
verhindern.
Vom Plungerende 50 aus erstreckt sich der Plunger aus dem
Zylinder 28 heraus und nacheinander mit Paßsitz durch eine gleichachsige Bohrung 60 im Zylinder 28 und eine ringförmige
Dichtung 62, die durch einen Ring 64 in ihrer Lage gehalten wird. Sowohl die Dichtung als auch der Haltering
befinden sich in einer Erweiterung 66 der gleichachsigen
Bohrung 60. Ferner erstreckt sich der Plunger durch eine gleichachsige Bohrung 68 in einem Führungszylinder 70.
Ein Teil des Führungszylinders 70 sitzt in einer gleich
achsigen Bohrung 72 im äußeren Ende des Zylinders 28. Die Bohrung 72 steht mit der Erweiterung 66 der Bohrung
in Verbindung.
Eine oder mehrere diametrale öffnungen 74 im Führungszylinder 70 dienen zur Herstellung einer Verbindung zwischen
der Innenbohrung 63, einer ringförmigen Ausnehmung 76 in demjenigen Teil der Außenfläche des Führungszylinders 70,
der sich innerhalb der Bohrung 72 befindet, und der Außen-••ite de» Zylinders 29 her. Etwa durch die Bohrung 60 und
die ringförmig· Dichtung 62 leckendes Arbeitsmittel wird
durch tlie öffnungen 74 abgeleitet, um zu verhindern, daß
das leckende Arbeitsmittel innerhalb der Bohrung 68 zwischen dem Ring 64 und den diametralen öffnungen 74 einen
Druck aufbaut.
Praktisch der ganze restliche Teil des Führungszylinders
sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 78 in einem Hochdruck-Endkörper 80. Eine ringförmige Ausnehmung 79 in der Bohrung
78 in der Nähe des Sitzes für den Führungszylinder steht mit der Außenseite des Endkörpers 80 über einen Ableitkanal
81 in Verbindung. Die Ausnehmung und der Ableitkanal verhindern gemeinsam, daß leckendes Arbeitsmittel
innerhalb der Bohrung 78 einen Druck aufbaut.
Der Plunger 22 erstreckt sich aus dem Ende des Führungszylinders 70 heraus und in eine gleichachsige Bohrung 82
in einem Einsatzstück 84. Das Einsatzstück 84 befindet sich in einem gleichachsigen Hohlraum 86 im Hockdruck-Endkörper
80.
Der Führungszylinder 70 liegt gegen das eine Ende des
Hohlraumeinsatzstückes 84 an. An ihrer Berührungsstelle
sitzen in einer ringförmigen Ausnehmung 88 zwei Halteringe 90 je von einem dreieckigem Querschnitt. Nach dem
Einbau haben die Ringe einen rechteckigen Querschnitt. Innerhalb der Ausnehmung 88 wird ein O-Ring 92 durch
die Halteringe 90 unter Druck gehalten, so daß er mit der Bohrung 86 abdichtet. Außerdem verlagern sie sich
wegen der Form der Halteringe 90, wenn der Führungszylinder 70 gegen die Halteringe gedrückt wird, gegen
die Bohrung 86 nach außen, so daß die Ringe ebenfalls dichten Kontakt machen.
Eine Reihe von diametralen Öffnungen 94 im Einsatzstück
•teht mit einer ringförmigen Ausnehmung 96 in der Außenfläche dee Einsatestückes 84 in Verbindung. Der Zweck der
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ringförmigen Ausnehmung 96 und der Öffnungen 94 ist die
Druckangleichung innerhalb und außerhalb des Sinsatzstückes derart, daß es dicht um den Plunger 22 herum
sitzt.
Das Ende 93 des Pungers endet innerhalb der Bohrung des Einsatzstückes an einer Stelle in der Nähe des
geschlossenen Endes des Hohlraums 36. Benachbart dem Ende 93 des Pungers 22 stellt ein Hochdruck-Arbeitsmittelauslaßkanal
100 eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 85 und der Außenseite des Hochdruckkörpers
her. Das durch den Plunger 22 im Hohlraum 86 erzeugte Hochdruck-Arbeitsnittel wird durch den Kanal 100 zu
der Stelle geleitet, an welcher der Druck gewünscht wird, zum Beispiel zum Druckbehälter einer isostatischen
Presse. Der Kanal 100 kann durch ein nicht gezeigtes geeignetes Ventil geschlossen werden, das normalerweise
vorgesehen ist.
Das an der Einheit 12 am nächsten liegende Ende des Zylinders 28 setzt in einer gleichachsigen Bohrung
in einem Verbindungskörper 104, der sich zwischen den Einheiten 10 und 12 befindet. Ein O-Ring 106 innerhalb
einer Ringnut in äußeren Ende des Zylinders 23 wird zwischen dem Verbindungskörper 104 und dem Zylinder
unter Druck gehalten, um eine Abdichtung zu erhalten. Der abgesetzte Teil 108 von verringertem Durchmesser
der gleichachsigen Bohrung 102 bildet zusammen mit der Mutter 40 einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches
Hämmern am Endhub des Kolbens 18 zu varhindern.
Ein ArbeitSaiitteleinlaßkanal 110 dient zur Verbindung
zwischen der abgesetzten Bohrung 5 3 und der Außenseite des Zylinders 28. In gleicher Weise verbindet ein Arbeitsmitteleinlaßkanal
112 die abgesetzte Bohrung 108 mit der Außenseite des Verbindungskörpers 104. Wenn
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Arbeitsraittel von einem niedrigen Druck von einer äußeren
Quelle (nicht gezeigt) zuerst durch den einen Einlaßkanal und dann durch den anderen eingeleitet wird, kann der Kolben
18 im Zylinder 23 vor- und zurückgetrieben werden.
Während dieses Antriebsvorgangs fließt durch einen der Einlaßkanäle, beispielsweise durch den Einlaßkanal 112,
Arbeitsmittel in die Bohrung 103 auf der einen Seite des Kolbens, während der Kanal 110 als Auslaßkanal für das
Arbeitsmittel innerhalb des Hohlraums 53 auf der anderen Seite des Kolbens dient. Nachdem der Kolben 18 das Ende
seines Hubes erreicht hat, findet der umgekehrte Vorgang statt und wird Arbeitsmittel durch den Kanal 112
geleitet und durch den Kanal 110 eingeleitet.
Die Schubstange 26 erstreckt sich aus dem Zylinder 28 nach außen und von ihrem Ende 44 aus der Reihe nach durch
eine eng-passende gleichachsige Bohrung 114 im Verbindungskörper 104, eine ringförmige Dichtung 116 und durch einen
Haltering 118, der die Dichtung 116 in einer Erweiterung 120 der Bohrung 114 hält. Die Schubstange 26 erstreckt sich
ferner durch eine gleichachsige Bohrung 122 in einem Führungszylinder 124. Ein erster Teil des FührungsZylinders
124 sitzt in einer größeren gleichachsigen Bohrung 126 im Verbindungskörper 104.
Die Bauform der Einheit 12 ist der der Einheit 10 im wesentlichen identisch, und ihre Teile sind untereinander
auswechselbar. Der Kolben 20 ist in einer gleichachsigen Bohrung 128 in einem Hydrozylinder 130 gleitbar. Das
offene Ende der Bohrung 128 dient zur Aufnahme des Plungers 24.
Ein zweiter Teil des FührungsZylinders 124 sitzt in einer
gleichachsigen Bohrung 132 in demjenigen Ende des Hydrozylinders 30, das der Einheit 10 am nächsten gelegen ist.
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Zwei diametrale Arbeitsmittelleck-Ableitöffnungen 134
verbinden die Innenbohrung 125 des FührungsZylinders
und eine ringförmige Ausnehmung 136 in demjenigen Teil der Außenfläche des Führungszylindersf der sich innerhalb
der Bohrung 132 befindet. 3ine der Öffnungen 134 steht ferner mit der Außenseite des Zylinders 13O in
Verbindung.
Nachfolgend dem Führungszylinder 124 erstreckt sich die
Schubstange 26 durch einen Haltering 138 und eine ring-
V förmige Dichtung 140, die durch den Haltering innerhalb
einer gleichachsigen Bohrung 142 im Hydrozylinder 130
gehalten wird. Die Schubstange erstreckt sich außerdem mit Paßsitz durch eine noch kleinere gleichachsige
Bohrung 144 im Zylinder 130, die mit der Bohrung 142 in Verbindung steht. Die Schubstange endet an ihrem
einen Ende 146 innerhalb eines abgesetzten Teils 148 von verringertem Querschnitt in der gleichachsigen
Bohrung 128.
Der Xolben 20 ist mit mehreren zylindrischen Schultern von abnehmendem Durchmesser ausgebildet, auf denen Dichtungen,
Halteringe und buttern angeordnet sind. Auf den Schultern 150 des ersten Satzes sind Dichtungsringe 152
angeordnet. Die Schultern 154 des nächsten Satzes weisen je einen gewindefreien Teil auf, auf denen Halteringe
156 sitzen, welche die Dichtungen 152 zusammendrücken und diese im Kontakt mit den Wänden der gleichachsigen
Bohrung 128 drücken. Sine Mutter 158 ist auf die Schulter 154 benachbart dem Schubstangenende 146 aufgeschraubt.
Die Mutter 158 erstreckt sich über das Ende der Schulter 156 hinaus und begrenzt einen Raum zur
Aufnahme des Endes 146 der Schubstange 26. Der Hohlraum 148 bildet zusammen mit der Mutter 158 einen Stoßdämpfer,
um ein mechanisches Hämmern an diesem Ende des Kolbenhubes zu verhindern.
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Auf die entgegengesetzte Schulter 154 ist eine Mutter ISO aufgeschraubt/ die sich über diese hinaus erstreckt
unci einen Aufnahmeraum für das eine Ende 162 des Plungers
24 bildet. Das Plungerende ist an der Mutter durch einen geschlitzten Federstift 16 4 befestigt, der durch
in Ausfluchtung befindliche diametrale Bohrungen 166 und Io3 in Plungorende und in der Mutter geführt ist.
Die Schubstange 26 braucht an den Kolbenmuttern 40 und 153 nicht durch Federstifte befestigt zu werden, da sich
die Kolben während des Betriebs der Vorrichtung gemeinsam bewegen. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die
Kolbenmuttern 40, 46, 153 und 150 einander ira wesentlichen
identisch, so daß die Muttern 40 und 158 mit diametralen Bohrungen dargestellt sind.
Dasjenige -^nde des Zylinders 130, das dem Plunger 24
am nächsten liegt, ist in einer gleichachsigen Bohrung
170 eines Verbindungskörpers 172 gleitbar. Ein O-Ring
171 im EnUe des Zylinders 130 dichtet gegen einen Sitz
im Verbindungskörper 172 ab. Ein abgesetzter Teil 174 von verringertem Durchmesser in der gleichachsigen Bohrung
170 i· Verbindungskörper 172 dient zur gleitenden Aufnahme der Kolbenmutter 160 am Ende des Kolbenhubes.
Die abgesetzte Bohrung 174 und die Mutter 160 bilden zusammen einen Stoßdämpfer, um ein mechanisches Hämmern
des Kolbens zu verhindern.
Ein Arbeitsinitteleinlaßkanal 176 verbindet die Außenseite
des Körpers 172 mit der abgesetzten Bohrung 174. Ein weiterer Arbeitsmitteleinlaßkanal 178 am entgegengesetzten
Ende des Zylinders 130 verbindet dessen Außenseite mit der gleichachsigen Bohrung 148. Während des
Betriebs der Vorrichtung wird Arbeitsmittel von einer äußeren Quelle über den Kanal 176 eingeleitet, und
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übsr einen Kanal 178 abgeleitet, um den Kolben 20 in der
gewünschten Richtung zu bev/egen. Dies geschieht gleichzeitig mit dem Einleiten von Arbeitsmittel durch den
Kanal 112 und dem Ableiten von Arbeitsmittel durch den Kanal 110. Wenn die Kanäle für den Einlaß und den Auslaß
des Arbeitsmittels umgeschaltet v/erden, wird der Kolben in der entgegengesetzten Richtung bewegt.
Der Plunger erstreckt sich an seinem Ende 16 2 durch die abgesetzte gleichachsige Bohrung 174 und wird gleitbar
von einer noch kleineren gleichachsigen Bohrung 180 ira
Körper 172 .nit enger Passung aufgenommen. Der Plunger 24
erstreckt sich ferner durch eine ringförmige Dichtung 182, die in einer gleichachsigen Bohrung 184 des Verbindungskörpers
172 durch einen Haltering 186 gehalten wird.
Eine gleichachsige Bohrung 133 in einem Führungszylinder
190 dient zur gleitenden Aufnahme des Plungers 24 und steht mit der Bohrung 184 in Verbindung. Ein Teil des
Führungszylinders 190 sitzt in einer gleichachsigen Bohrung 192 in Verbindungskörper 172. Zwei diametral
entgegengesetzte öffnungen 194 im Führungszylinder 190 dienen zur Verbindung der Bohrung 133 mit einer größeren
ringförmigen Ausnehmung 196 iui Führungszylinder. Eine
dieser Öffnungen steht ferner mit der Außenseite des Verbindungskörpers 172 in Verbindung. Die Öffnungen 194
haban die /idf gäbe, als Ableitkanal für leckendes Arbeitsmittel
in der Bohrung 138 zu dienen. Der übrige Teil des Führungszylinders 190 sitzt in einer gleichachsigen Bohrung
19 3 in einem Hochdruck-Endkörper 200.
Der Plunger 24 erstreckt sich aus dem Ende des Führungszylinders 190 heraus und in eine gleichachsige Bohrung
in einein Einsatzstück 204. Das Einsatzstück 204 sitzt in
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einem gleichachsigen Hohlraum 206 im Hochdruck-Endkörper
200. Eine ringförmige Ausnehmung 199 in demjenigen Ende der Bohrung 198, das dem Einsatzstück 204 am nächsten
liegt, steht mit einem Kanal 201 in Verbindung, der zur Außenseite des Endkörpers 200 führt. Die Ausnehmung und
der Kanal dienen zum Ableiten des aus der Bohrung 19 8 leckenden Arbeitsmittels.
Der Führungszylinder 190 liegt gegen das eine Ende des
Hohlraumeinsatzstückes 204 an. An der Berührungsstelle zwischen beiden sitzen in einer ringförmigen Ausnehmung
208 zwei Halteringe 210 je von dreieckigem Querschnitt. Nach dem Zusammenbau haben die Ringe einen rechteckigen
Querschnitt. Innerhalb der Ausnehmung 203 wird ein 0-Ring 212 durch die Halteringe 210 so zusammengedrückt,
daß er mit der Bohrung 206 dichtet. Außerdem verlagern sich, wenn der Führungszylinder 190 gegen die Halteringe
210 gepreßt wird, diese nach außen gegen die Bohrung 206, um einen dichten Abschluß zu bilden.
Eine Reihe von diametralen Öffnungen 214 im Einsatzstück
2O4 verbinden die Bohrung 202 mit einer ringförmigen Ausnehmung 216 an der Außenfläche des Einsatzstückes. Die
Öffnungen und die ringförmige Ausnehmung haben die Aufgabe, den Druck innerhalb und außerhalb des Einsatzstückes
anzugleichen, so daß das Einsatzstück den Plunger dichtend umgibt.
Der Plunger 24 endet an seinem Ende 218 innerhalb der Bohrung 202 und in der Nähe der Mündung derselben. Die
Enden 98 und 218 der Plunger 22 und 24 sind in Figur 1 und 2 in den Stellungen gezeigt, die sie etwa am Ende
des einen Kolbenhubes einnehmen. In der Nähe des Endes des entgegengesetzten Kolbenhubes befinden sich die
Kolben in den gestrichelt gezeichneten Stellungen, die der Umkehrung der mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten
Stellungen entsprechen.
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Dem Ende 218 des Plungers 24 ist ein Auslaßkanal 220
im Endkörper 2OO zugekehrt, der zur Verbindung des Arbeitsmittelhohlraums 206 mit der Außenseite dient.
Durch diesen Auslaßkanal wird das Arbeitsmittel unter hohem Druck durch den Plunger 24 zu der gewünschten
Stelle gepumpt, an der ein hoher Druck gewünscht wird. Für den Verschluß des Kanals 220 ist normalerweise ein
geeignetes Ventil (nicht gezeigt) vorgesehen.
Zwei parallele Zugstangen 222 sind durch hintereinander-.
geschaltete durchgehende Bohrungen in Endkörper 8O im
Verbindungskörper 104, im Verbindungskörper 172 und
im Endkörper 200 geführt. Eine Anzahl geeigneter .iuttern und Zwischenlegscheiben 224 an den Enden jeder
Zugstange drücken die Endkörper, die Zylinder und die Verbindungskörper entlang der gemeinsamen Längsachse
gegeneinander und beanspruchen die Stangen 222 auf Zug. An den beiden 3ndan einer der Stangen sind L-förmige
Anbauhalterungen 226 angeordnet.
Obwohl bei den in Verbindung mit Figur 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen nur zwei Kolben-Zylinder-Aggregate
vorgesehen sind, läßt sich eine Vorrichtung zur Erzeugung ) hoher Drücke bauen, die mehr als zwei solcher Aggregate
aufweist. Die gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Kolben-Zylinder-Aggregate können den Einheiten IO und
im wesentlichen identisch sein.
Das Verhältnis des hohen Druckes an den Auslassen der
Vorrichtung zum Druck des Arbeitsmittels von der äußeren Quelle ergibt das Verhältnis der Druckverstärkung. Dieses
Verhältnis wird durch die Verhältnisse der Querschnittsflächen der Kolben zu den Querschnittsflächen der Plunger
und der Schubstange bestimmt. Der mit P„ bezeichnete Druck,
der am Auslaß aus der.i Hohlraum im Hochdruck-Endkörper, in
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den ein Planger getrieben wird, beispielsweise aus dem
Hohlraum 86, k-inn wie folgt berechnet werden:
Wenn P = der niedrige Druck des Arbeitsmittels von
der äußeren Quelle, der den Kolbenköpfen zugefährt wird,
P = der hohe Druck, des Arbeitsmittels am Auslaßkanal
100 des Hochdruckendkörpers 30,
A = Querschnittsfläche jedes der Kolben,
A9 = Querschnittsfläche der Schubstange 26
und der Plunger 22 und 24.
Die Gleichung für die Kräfte infolge des Arbeitsmitteldruckes ist
P^, X A„ = P1 X A1 + P1 X A1 - P1 X A2 - P1 X A3
(Kolben-
(Endkör- (Einheit (Einheit stangen- (Plunger-
per 30 10) 12) ende 44) ende 162)
oder
P 2 X(A -1)
__ = ;^
= Verhältnis der Druckverstärkung,
1 2
Das Hinzufügen eines weiteren Kolben-Zylinder-Aggregats ergibt eine Zunahme der rechten Seite der obigen Kräftegleichung
um den Ausdruck P X A. - P. X A3. Hierdurch
das Druckverstärkungsverhältnis erhöht auf
3 X (A1 -1)
A2
209820/0573
Im allgemeinen ist das Druckverstärkungsverhältnis für N
doppelt-wirkende Kolben-Zylinder-Aggregate
N X (A1 -1)
Daher ist, wenn die Zahl der doppelt-wirkenden Kolben-Zylinder-Aggregate
2 ist und das Verhältnis der Querschnittsfläche der Enden der Kolben zur Querschnittsfläche
der Plunger und der Schubstange 4 ist, das Verhältnis der Druckverstärkung 6. Bei dem gleichen Verhältnis der Querschnittsflächen
der Kolben und der Plunger sowie der Schubstangen beträgt, wenn die Zahl der Aggregate 3 ist,
das Druckverstärkungsverhältnis 9.
Als Beispiel wird angeführt, daß, wenn in letzteren Falle der Druck des Arbeitsmittels von der äußeren Quelle
2
844 kg/cm (12 000 psi) beträgt, der Auslaßdruck aus der
844 kg/cm (12 000 psi) beträgt, der Auslaßdruck aus der
Vorrichtung etwa 7592 kg/cm2 (etwa 108 000 psi) beträgt.
Natürlich können viel größere Druckverstärkungsverhältnisse bei Ausführungsformen erzielt werden, bei welchen
die Durchmesser der Kolben die Durchmesser der Plunger und Schubstangen stark überschreiten.
Der im Endkörperhohlraum 86 entwickelte hohe Druck wird
auch in Endkörperhohlraum 206 während der nächsten Halbperiode des Betriebs der Vorrichtung erzeugt, wenn der
Plunger 24 in die Bohrung 202 getrieben wird. Bei Verwendung geeigneter Ventile (nicht gezeigt) wird das unter
hohem Druck stehende Arbeitsmittel normalerweise von den i\. slaßkanälen 100 und 220 dem gewünschten Verwencte'os™
z.;eck zugeführt. Geeignete Ventile (nicht gezeigt; ermöglichen
ebenfalls normalerweise den Eintritt von Arbeitsmittel unter niedrigem Druck in die Endkörperhohlräume,
wenn der entsprechende Plunger zurückgezogen wird.
209820/0573
Obwohl die Kanäle 100, 110, 112, 176, 178 und 220 in
Figur 1 und 2 mit Erweiterungen dargestellt sind, die mit einem Gewinde zur Aufnahme von Rohrenden versehen
sind, können auch andere geeignete -.iieder- und Hochdruck-Arbeitsmittelf
ittings verwendet werden.
209820/0573
Claims (7)
- PatentansprücheVl.) Druckerzeugungsvorrichtung mit mindestens zwei Kolben, von denen jeder zur Bewegung innerhalb voneinander in Abstand befindlichen, axial ausgefluchteten Zylindern angeordnet ist, wobei einer gewählten Seite dieser Kolben ein Arbeitsrnitteldruck zugeführt werden kann, um die Kolben in ihren Zylindern zu bewegen, gekennzeichnet durch eine Schubstange (26), die geführt zwischen benachbarten ^nden der Kolben für den Angriff derselben angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche jedes der Kolben größer als die Querschnittsflächen der Schubstange (26) und der den Kolben (18, 20) zugeordneten Plunger (22, 24) ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben doppelt-wirkend sind.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende jedes Plungers ein Ende des Kolbens angreift, das dem Ende entgegengesetzt ist, gegen welches die Schubstange anliegt, wobei jeder Plunger sich von seinem zugeordneten Kolben aus dem Zylinder heraus erstreckt und gleitbar sowie dichtend in Hohlräumen (86,206) gelagert ist, die in Endkörpern (80, 200) der Vorrichtung ausgebildet sind.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Arbeitsmittel-Auslaßkanäle (100, 220), die zur Verbindung der erwähnten Hohlräume mit der Außenseite der Endkörper dienen.209820/0573
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Verbindungskörper (104, 172) zwischen den Endkörpern zur Halterung der Zylinder in Abstand voneinander und zwei Zugstangen (222), welche durch die Verbindungskörper (104, 172) und die Endkörper (80, 200) geführt sind, welche Zugstangen durch Mittel (224) unter Spannung gehalten werden, die am Enda der Stangen vorgesehen sind und die Endkörper, die Zylinder und die dazwischen befindlichen Verbindungskörper zusammendrücken.
- 6. Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch zwei Sätze von Arbeitsmittelkanälen, die mit jedem Zylinder an den entgegengesetzten Seiten jedes Kolbens in Verbindung stehen.
- 7. Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben, der Plunger und der Zylinder der einen hydraulischen Presse mit dem Kolben, dem Plunger und mit dem Zylinder der anderen hydraulischen Presse ίτ wesentlichen identisch und auswechselbar ist.3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plunger mit den Kolben durch geschlitzte Federstifte verbunden sind.209820/0573
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