VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DRUCKERHÖHUNG IN ZYLINDERN, INSBESONDERE HYDRAULISCHEN STEMPELN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckerhöhung in Zylindern für die Ölhydraulik, Wasserhydraulik, Emulsionshydraulik sowie Plasma- und sonstige Flüssigkeitshydraulik, bei dem zwei- oder mehrteilige Zylinder, die einen Grundkörper und darin verschiebbar angeordnet einen Kolben mit Kolbenstange aufweisen, über Ventile und den eingeleiteten Drucküberträger, der eine Hochdruckpumpe passiert hat, kontrolliert auseinander oder ineinander gefahren werden, wobei in einem Kolbenflächenhohlraum unter dem jeweiligen Kolben mit Kolbenstange ein auch nach dem auseinander Fahren vorgegebener Druck erzeugt und aufrechterhalten wird, wobei dem Zylinder und zwar dessen Kolbenflächenhohlraum zunächst ein Drucküberträger, wie beispielsweise Öl, Wasser, Emulsion, Plasma, vorgegebener Druckhöhe zugeführt und der Zylinder damit auseinander gefahren wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung mit Zylinder und Hochdruckpumpe, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Zylinder besteht aus

• einem über eine Versorgungsleitung mit der Hochdruckpumpe verbundenen Grundkörper mit Zylindergehäuse und Zylinderdeckel und
• darin verschieblich angeordnetem Kolben mit Kolbenstange, wobei zwischen Zylinderdeckel, Kolben und Kolbenstange ein Kolbenflächenhohlraum ausgebildet ist, sowie
• einem in den Kolbenflächenhohlraum einschiebbaren Verdichter, der als in der größeren Kolbenstange verschieblich angeordneter Spannkolben mit einer kleineren Kolbenstange ausgebildet ist und innerhalb des Kolbenflächenhohlraums als Verdichter wirkt.

[0002] Beim Betätigen von Zylindern und ähnlichen Einrichtungen wird die Bewegung durch Zuleitung eines Drucküberträgers erwirkt, wobei es sich dabei um Öl, Wasser, Wasser in Ölemulsion, Plasma oder sonstige Flüssigkeiten oder auch um Luft handelt. Unter Hydraulik versteht man die Lehre und technische Anwendung von Strömungen in kompressiblen Flüssigkeiten. Dies bedeutet, dass bei der Hydraulik die Flüssigkeit, vor allem aber Öl oder auch Wasser in Ölemulsion zunächst in einer Hochdruckpumpe entsprechend beeinflusst, d. h. vorgespannt wird, um dann über Schlauch- oder ähnliche Leitungen dem Zylinder zugeführt zu werden. Über Ventile wird das Ausfahren und das Einfahren der Zylinder gesteuert, wobei immer mit ein und demselben Druck, nämlich dem von der Leistung der Hochdruckpumpe abhängigen Druck gearbeitet wird. Insbesondere im untertägigen Bergbau, wo mit Wasser in Ölemulsion aus Sicherheitsgründen gearbeitet wird, arbeitet man derzeit mit maximal 400 bar, ganz einfach, weil es derzeit keine Pumpen gibt, die ein höheres Druckniveau erzeugen können. Aufgrund verschiedener Gegebenheiten ist aber nicht immer sichergestellt, dass im Kolbenflächenhohlraum der genannte Druck zur Verfügung steht, weshalb insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau so genannte Nachsetzschaltungen bekannt sind, mit denen das Volumen im Kolbenflächenhohlraum durch nochmalige Verbindung mit der Hochdruckpumpe so eingestellt wird, dass dann annähernd das besagte Druckniveau zur Verfügung steht. Nicht möglich ist es aber, ein höheres Druckniveau innerhalb des Kolbenflächenhohlraumes und damit innerhalb des Zylinders zu erzeugen, weil dazu eben die besagten Pumpen nicht in der Lage sind. Aus den verschiedensten Gründen ist dies aber häufig gewünscht, wobei bei dem genannten derzeit höchsten Druckniveau von 400 bar die Pumpen die Grenze darstellen, bei niedrigeren Druckniveaus der Aufwand für eine zusätzliche Hochdruckpumpe und entsprechende Schlauchleitungen den Vorteil im Wesentlichen wieder ausgleichen würde. Bei dem Zylinder nach der US 2,990,687 wird über eine zweite Pumpe mit deutlich höherem Druckniveau der Kolbenflächenhohlraum weiter gefüllt und der Stempel weiter ausgefahren. Eine Druckerhöhung kann nicht eintreten, da auch beim Einführen der Kolbenstange in den Kolbenflächenhohlraum der Stempel noch weiter ausfahren soll. Der Jap. 02277476 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, den Hydraulikzylinder zu verkleinern. Dies erreicht man durch ein verstärktes Druckrohr als Zusatzhülse. Durch Verschieben der Zusatzhülse in den Kolbenflächenhohlraum bei entsprechend hohem Druck einer zweiten Pumpe kann ggf. eine geringe Verdichtung erfolgen. Neben einem Festklemmen der Zusatzhülse bei auftretenden Querkräften, ist nur ein sehr eingeschränkter Verschiebeweg der Zusatzhülse zu verwirklichen. Die US 4,288,987 A1 beschreibt ein Stanzwerkzeug, wo mit gesondert zugeführter Druckluft gearbeitet wird, um einen bestimmten Druck von einer Kammer in die andere zu übertragen.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die den Betrieb von Zylindern mit gegenüber dem Pumpendruck beliebig erhöhtem Innendruck (Arbeitsdruck) ermöglicht, ohne dass es gesonderter zusätzlicher Hochdruckpumpen bedarf.

[0004] Die Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass der Druck im Kolbenflächenhohlraum mittels eines in der Kolbenstange verschieblich angeordneten und als Verdichter dienenden Spannkolben mit zugeordneter Kolbenstange weiter erhöht wird, wobei für ein Verdichten des Drucküberträgers im Kolbenflächenhohlraum der Drucküberträger vorgegebener Druckhöhe eingesetzt wird, indem der in der Kolbenstange verschieblich angeordnete Spannkolben mit seiner Kolbenstange mit Hilfe des Drucküberträgers vorgegebener Druckhöhe in den Kolbenflächenhohlraum eingeschoben und dessen Volumen dabei verringert wird.

[0005] Dieses Verfahren ermöglicht es somit, unabhängig von dem Ausgangspunkt der Druckhöhe des Drucküberträgers, diese gezielt innerhalb des Kolbenflächenhohlraums zu erhöhen, um auf diese Art und Weise Vorteile zu erreichen. Wird beispielsweise ausgehend von einer deutlich unter 400 bar liegenden Druckhöhe ausgegangen, ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Druckhöhe im Zylinder gezielt zu erhöhen, ohne dass es dazu anderer Leitungen, eines anders bemessenen Zylinders oder einer weiteren Pumpe bedarf. Vielmehr wird innerhalb des Zylinders der Druck so erhöht, dass die gewünschte Maximaldruckhöhe erreicht wird. Dadurch kann dann beispielsweise im untertägigen Berg- und Tunnelbau der notwendige Setzdruck im Stempel, also dem entsprechend ausgebildeten Zylinder erreicht werden, ohne dass es notwendig ist, die teuere und auch entsprechend besondere Leitungen und Ventile erfordernde Hochdruckpumpanlage einzusetzen. Vielmehr kann mit einer eine entsprechend geringere Druckhöhe erreichenden preiswerteren und einfacheren Hochdruckpumpe gearbeitet werden, um dennoch durch das Verfahren innerhalb des Zylinders bzw. Stempels die gewünschte Druckhöhe zu erreichen. Natürlich ist es auch möglich, erstmals über die Druckhöhe von 400 bar hinauszugehen, weil bei entsprechender Beaufschlagung des Verdichters/Spannkolbens mit diesem Drucküberträger innerhalb des Zylinders dann eine deutlich höhere Druckhöhe erzeugt werden kann, um so die gewünschten Aufgaben erreichen zu können. So ist es beispielsweise möglich, mit der Erfindung einen gezielt höheren Druck zu erreichen oder aber einen größeren Weg zurückzulegen. Die Zylinder brauchen nicht verändert zu werden. Wird dagegen wie weiter vorn erläutert von einem geringeren Druckniveau ausgegangen, kann auch im Bereich des Stempels, vor allem aber in den Schlauchleitungen auf einfachere Wandstärken und Ausführungen zurückgegangen werden, um so den Investitionsaufwand zu reduzieren. Möglich ist es nun auch, die gerade im untertägigen Berg- und Tunnelbau beliebten Steckverbindungen auch dann noch einzusetzen, wenn man mit höheren Enddrücken arbeiten muss. Andererseits kann mit im Durchmesser größeren Schläuchen auf einem niedrigeren Druck gearbeitet werden, um auf diese Art und Weise die Menge des zu fördernden Drucküberträgers gezielt zu erzielen bzw. sehr hoch anzusetzen.

[0006] Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Zylinder vorgesehen, dessen Verdichter zur Übertragung eines Drucküberträgers gleicher Druckhöhe kopfseitig seines Spannkolbens mit der gleichen, in der Versorgungsleitung angeordneten Hochdruckpumpe verbunden ist, sodass der Kolbenflächenhohlraum und zwar der darin befindliche Drucküberträger einerseits direkt über ein Eingangsventil und zusätzlich indirekt über den Verdichter mit der gleichen Hochdruckpumpe beeinflussbar ausgebildet ist.

[0007] Bei einem derart ausgebildeten Zylinder ist die Lösung der Aufgabe mit erstaunlich wenigen Einzelmerkmalen möglich. Ohne Einsatz einer Pumpe mit höherem Druckniveau ist es hier möglich, innerhalb des Kolbenflächenhohlraums, d. h. also innerhalb des Zylinders, eine Druckhöhe so zu steigern, dass damit zusätzliche Aufgaben erfüllt werden können und zwar ohne dass dazu die Einrichtung geändert werden muss.

[0008] Nach einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass der Kolbenflächenhohlraum als im Zylinderdeckel, Kolben und Kolbenstange ausgeführte Bohrungen ausgebildet ist, wobei die Bohrung in der Kolbenstange eine Buchse aufnehmend erweitert ist, in der der Spannkolben mit einer mit der Bohrung korrespondierenden, kleinen Kolbenstange verschieblich angeordnet ist. Dadurch ist ein einfaches Einfahren des Spannkolbens möglich. Der Kolbenflächenhohlraum ist einmal direkt mit der Hochdruckpumpe und einmal indirekt verbunden, wobei vorgesehen ist, dass der Kolbenflächenhohlraum über das kopfseitig des Kolbens angeordnete Eingangsventil mit der Hochdruckpumpe direkt verbindbar ist. Bezüglich des untertägigen Einsatzes bildlich gesprochen, liegt das Eingangsventil also im Fußbereich des Stempels bzw. des Zylinders, sodass der Kolben mit der Kolbenstange sicher ausgefahren wird, wenn die Verbindung mit der Hochdruckpumpe hergestellt ist, weil dann der Kolben entsprechend großflächig belastet ist.

[0009] Der Spannkolben, der innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordnet ist, wird wiederum optisch und am Beispiel eines Stempels untertage gesehen von oben her mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, d. h. mit dem Drucküberträger. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die den Spannkolben aufnehmende Büchse durch einen zugleich auch die große Kolbenstange verschließenden Stangenkopf abgeschlossen ist, dem das Anschlussventil und Spannkolben kopfseitig verbindende Anschlussbohrungen zugeordnet sind. Dieser Stangenkopf ist teilweise in die Büchse bzw. die entsprechend große Kolbenstange eingeschoben und dort fixiert, wobei er in dieser Position schon allein dadurch gehalten wird, dass er von oben her eingespannt bzw. belastet ist. Das Anschlussventil steigt also mit dem Stangenkopf, bleibt aber immer gut erreichbar, schon weil es seitlich über den Stangenkopf bzw. die Kolbenstange vorsteht. Damit ist sichergestellt, dass mit ein und demselben Drucküberträger von der Druckhöhe her gesehen auch der zusätzliche Druck im Zylinder erzeugt werden kann. Über das Anschlussventil und die Anschlussbohrungen wird der Drucküberträger auf den Spannkolben kopfseitig geführt, sodass dieser entsprechend verschoben wird, weil dies die vorgegebenen Flächen erzwingen. Der Spannkolben weist entsprechende Abmessungen auf, er ist wesentlich größer als die Kolbenstange. Der Stangenkopf, der die Büchse oben verschließt und damit auch die hohle große Kolbenstange sorgt im Übrigen dafür, dass die Druckverhältnisse innerhalb des Zylinders entsprechend aufgebaut werden können.

[0010] Um eine entsprechende Verdichtung im Kolbenflächenhohlraum abzusichern, ist vorgesehen, dass der Spannkolben auf der der Kolbenstange gegenüberliegenden Seite eine tellerförmige Ausnehmung aufweist. Diese tellerförmige Ausnehmung sorgt dafür, dass die Druckflüssigkeit bzw. der Drucküberträger sich gleich über eine möglichst große Fläche des Kolbens auswirken kann. Auch ist verhindert, dass der Spannkolben praktisch am Stangenkopf kleben bleibt. Insgesamt ist somit ein schnelles, sicheres Ansprechen des entsprechenden Übersetzungssystems sichergestellt.

[0011] Der Spannkolben weist ein gegenüber der zugeordneten kleinen Kolbenstange deutlich größeren Durchmesser auf. Insbesondere hat die Kolbenstange einen Durchmesser von 68 mm und der Spannkolben einen Durchmesser von 110 mm. Der Kolbenflächenhohlraum dagegen hat einen Durchmesser von 70 mm, worauf weiter hinten noch eingegangen wird.

[0012] Gemäß der oben genannten Abmessungen verbleibt gezielt ein Ringspalt, wobei die Erfindung vorsieht, dass die kleine Kolbenstange einen einen Ringspalt zwischen ihr und der Bohrungswand des Kolbens belassend ausgeführt ist, der mit der Unterseite des von der kleinen Kolbenstange durchfahrbaren Büchsenbodens verbunden ist. Dadurch wird beim Einschieben der kleinen Kolbenstange in die Bohrung Druckflüssigkeit durch den Ringspalt verdrängt, der dafür sorgt, dass der Büchsenboden entsprechend belastet wird, sodass diese sich, den Stangenkopf mitnehmend in Längsrichtung des Zylinders verschiebt.

[0013] Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass der Büchsenboden gestuft ausgebildet ist, wobei die untere kleine Stufe gegenüber der Außenwand der kleinen Kolbenstange und der Innenwand der großen Kolbenstange wirksame Dichtringe aufweist. Während zunächst einmal damit nur eine geringe Fläche für den weiterverdichteten Drucküberträger zur Verfügung steht, wird diese Fläche größer, wenn die Büchse aus dem zweiten Sitz herausgehoben ist, sodass dann die zweite Stufe wirksam wird.

[0014] Aus den weiter oben angegebenen Maßen, aber auch aus dem Grundsatzeffekt ist ersichtlich, dass der Spannkolben einen größeren Durchmesser, als die kleine Kolbenstange, wobei damit in der Büchse ein Luftringraum vorgegeben ist, in dem Luft steht. Beim Einschieben des Spannkolbens und der kleinen Kolbenstange muss die darin stehende Luft verdrängbar sein, was dadurch erreicht wird, dass die Büchse im Bereich des Büchsenbodens eine den Luftringraum zwischen Büchseninnenwand und Außenwand der kleinen Kolbenstange mit einer Längsbohrung zur Außenatmosphäre verbindende Querbohrung aufweist. Mit dem Einfahren des Spannkolbens und der kleinen Kolbenstange wird somit die Luft problemlos über die Querbohrung in die Längsbohrung gedrückt und von dieser kann sie in die Außenatmosphäre entweichen. Beim umgekehrten Vorgang wird über die Außenatmosphäre und die Längsbohrung sowie die Querbohrung Luft in den Luftringraum eindringen, sodass der Spannkolben und die kleine Kolbenstange sicher in die Ausgangslage zurückgeschoben werden können.

[0015] Um den Zylinder wieder einzufahren wird der große Kolben von unten her mit Drucküberträger bzw. mit der Druckflüssigkeit beaufschlagt. Dies erreicht man insbesondere zweckmäßig dadurch, dass zwischen Innenwand des Zylindergehäuses und Außenwand der großen Kolbenstange ein Ringraum ausgebildet ist, der nach unten durch den Kolben mit Dichtringen und nach oben über einen Verschlussring mit integrierten Dichtringen verschlossen ist, der über ein Einfahrventil mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist. Wird also über das Einfahrventil die Verbindung mit der Hochdruckpumpe hergestellt, dringt der Drucküberträger direkt in den Ringraum, wobei die Dichtringe dafür Sorge tragen, dass der Ringraum nach außen hin abgedichtet ist. Dadurch wirkt sich der Drucküberträger ausschließlich auf die Unterseite des großen Kolbens aus, sodass dieser in die Ausgangslage zurückgeschoben wird.

[0016] Um den Verschlussring sicher zu positionieren, ist vorgesehen, dass der Verschlussring über ein Außengewinde verfügt, das mit einem dem Zylindergehäuseende zugeordneten Innengewinde korrespondierend ausgebildet ist. Der Verschlussring kann damit entsprechend eingeschraubt werden und befindet sich in einer sicheren Position, auch wenn der Zylinder aus- oder eingefahren wird.

[0017] Trotz der recht hohen Drücke, die sich im Inneren des Zylinders aufbauen, reicht es, wenn die dem Verschlussring zugeordneten Dichtringe gegenüber der großen Kolbenstange und gegenüber dem Ringraum abdichtend angeordnet sind. Zweckmäßigerweise weist der Verschlussring auf der Kolbenstangenseite zwei und einen nach unten, d. h. in Richtung Ringraum gerichteten dritten Dichtring auf.

[0018] Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen sind, mit denen der Betrieb von Zylindern wesentlich vereinfacht ist. Entweder kann mit Pumpen mit geringerer Leistung gearbeitet werden, wobei dann die notwendige Druckerhöhung im Zylinder vorgenommen wird oder man arbeitet mit den gleichen Aggregaten, insbesondere der den höchsten Druck erzeugenden Hochdruckpumpen und kann dann innerhalb des Zylinders eine deutlich darüber hinaus liegenden Druck erzeugen, der entweder mehr Weg oder eben mehr Druck innerhalb des Zylinders bringt. Insgesamt gesehen ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung für die Fachwelt die Möglichkeit gegeben, vorhandene Hydrauliksysteme oder Druckluftsysteme zu vereinfachen, mit preiswerteren und dünnwandigeren Schläuchen auszukommen und ggf. auch mit entsprechenden Zylindern oder aber eben ein so hohes Druckniveau zu fahren, dass damit die weiter vorne geschilderten Vorteile erreicht werden, wobei dann eben auf die bisherigen Schläuche zurückgegriffen wird.

[0019] Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit Übersetzungssystem,

Figur 2

einen im untertägigen Bergbau einzusetzenden Schildausbau mit mehreren Zylindern und

Figur 3

einen Bagger, der ebenfalls mit mehreren Zylindern ausgerüstet ist.

[0020] Figur 1 zeigt einen Zylinder 1 im Längsschnitt, wobei deutlich wird, dass der Grundkörper 2 dieses Zylinders 1 aus dem Zylindergehäuse 3 mit dem Zylinderdeckel 4 und dem Kolben 5 mit Kolbenstange 6 besteht. Der Kolben 5 mit der Kolbenstange 6 ist innerhalb des Zylindergehäuses 3 verschiebbar angeordnet, wobei die Versorgungsleitung 7 über das Eingangsventil 9 Druckflüssigkeit bzw. Drucküberträger in den Kolbenflächenhohlraum 8 einleiten soll. Dieser Drucküberträger, der in den Kolbenflächenhohlraum 8 eindringt sorgt dafür, dass der Kolben 5 mit der Kolbenstange 6 und dem endseitigen Stangenkopf 19 aus dem Zylindergehäuse 3 herausfährt. Das Innere, hier mit Verdichter 10 bezeichnet, steht diesem Herausschieben nicht im Wege bzw. unterstützt dieses.

[0021] Der Kolbenflächenhohlraum 8 wird im dargestellten Beispiel von der Bohrung 11 im Zylinderdeckel 4, der Bohrung 12 im Kolben 5 und der Bohrung 13 in der Kolbenstange 6 gebildet. Der Kolbenflächenhohlraum 8 hat damit die Form eines Zylinders.

[0022] Die große Kolbenstange 6 ist wie schon erwähnt hohl ausgebildet, wobei die Bohrung 13 bis zum oberen Ende durchgezogen ist. In dieser Bohrung 13 ist eine Büchse 15 angeordnet, die einen Spannkolben 16 mit der kleinen Kolbenstange 17 aufnimmt. Der Spannkolben 16 ist in Längsrichtung verschiebbar angeordnet, wobei er über ein am Stangenkopf 19 angebrachtes Anschlussventil 18 und die Anschlussbohrungen 20, 21 mit der Versorgungsleitung 7' und der hier nicht dargestellten Hochdruckpumpe verbunden werden kann. Der Drucküberträger wird somit von der Versorgungsleitung 7 in das Anschlussventil 18 geleitet und von dort aus über die beiden Anschlussbohrungen 20, 21 auf den Spannkolben 16, der in diesem Bereich eine tellerförmige Ausnehmung 22 aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass das einströmende Druckmedium, d. h. also der Drucküberträger auch vollflächig auf den Spannkolben 16 einwirken kann. Randseitig des Spannkolbens 16 sind Dichtungen 23, 24 angeordnet, die für die nötige Abdichtung Sorge tragen und sicherstellen, dass auch bis an die Büchse 15 heran sich der Drucküberträger auf den Spannkolben 16 auswirken kann. Der entsprechend große Durchmesser des Spannkolbens 16 sorgt dann dafür, dass bei entsprechender Auflast mit dem üblichen Drucküberträger, also dem Drucküberträger üblichen Druckniveaus der Spannkolben 16 und die kleine Kolbenstange 17 in Richtung des Kolbenflächenhohlraums 8 vorgeschoben werden. Dabei verdrängt die kleine Kolbenstange 17 im Kolbenflächenhohlraum 8 anstehenden Drucküberträger bzw. verdichtet diesen zunächst. Erst wenn ein zusätzlich erhöhter Druck in dem Kolbenflächenhohlraum 8 ansteht wird über den Ringspalt 26 zwischen Bohrungswand 27 des Kolbens 5 und Außenwand 28 der kleinen Kolbenstange 17 Druckflüssigkeit bzw. Drucküberträger auch auf die Unterseite 29 des Büchsenbodens 30 einwirken. Diese Einwirkung bzw. Beeinflussung erhöht sich noch, wenn die Büchse 15 aufgrund der Druckverhältnisse sich mit dem Stangenkopf 19 bewegt hat, weil der Büchsenboden 30 zwei Stufen 31, 32 aufweist. Im Büchsenboden 30 sind Dichtringe 34, 35 so angeordnet, dass sie einmal gegen die Innenwand 33 der großen Kolbenstange 6 abdichten und zum anderen gegen die Außenwand 28 der kleinen Kolbenstange 17.

[0023] Erkennbar ist in Figur 1, dass aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen des Spannkolbens 16 und der kleinen Kolbenstange 17 zwischen Letzterer und der Büchseninnenwand 38 ein Luftringraum 37 verbleibt, der über eine Querbohrung 40 mit einer Längsbohrung 39 verbunden ist, die in Richtung Atmosphäre führt, weil sie endseitig der Büchse 15 austritt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass die Luft aus dem Luftringraum 37 beim Einfahren des Spannkolbens 16 durch die Querbohrung 40 und die Längsbohrung 39 entweicht. Umgekehrt kann sie beim Zurückschieben des Spannkolbens 16 mit der kleinen Kolbenstange 17 wieder auf dem umgekehrten Weg, d. h. durch die Längsbohrung 39 und die Querbohrung 40 in den Luftringraum 37 eindringen.

[0024] Zum wieder Einfahren des Kolbens 5 mit der großen Kolbenstange 6 ist ein Ringraum 45 zwischen der Innenwand 43 des Zylindergehäuses 3 und der Außenwand 44 der großen Kolbenstange 6 vorgesehen. Dieser Ringraum 45 reicht bis unter den Kolben 5. Über eine Querbohrung 42 ist der Ringraum 45 mit dem Einfahrventil 52 verbunden, sodass über die Versorgungsleitung 7" bei Bedarf Drucküberträger in diesen Ringraum 45 hinein gebracht werden kann. Diese sorgt nun dafür, dass aufgrund der Entlastung im Bereich des Eingangsventils 9 der Kolben 5 mit der großen Kolbenstange 6 in die in Figur 1 gezeigte Ausgangslage zurückgedrückt wird. Um hierbei das Einwirken des Drucküberträgers sicherzustellen, sind Dichtringe 46, 47 im Kolben 5 vorgesehen, die einmal gegen den Ringraum 45 und einmal gegen das Eingangsventil 9 abdichten sollen.

[0025] Der Ringraum 45 ist am Zylindergehäuseende 55 über einen Verschlussring 48 verbunden, der mit mehreren Dichtringen 49, 50, 51 ausgerüstet ist, um gegen alle Seiten abzudichten. Er verfügt über ein Außengewinde 54, das mit dem Innengewinde 56 des Zylindergehäuseendes 55 korrespondierend ausgebildet ist, sodass ein Einschrauben möglich ist.

[0026] Figur 2 zeigt einen Strebausbau 60, der mit mehreren weiter hinten noch zu erwähnenden Zylindern ausgerüstet ist. Gerade im untertägigen Berg- und Tunnelbau wird mit Hilfe der Wasser in Öl Hydraulik ein Sicherheitsstandard gefahren, der sowohl bezüglich der verwendeten Flüssigkeit wie auch der zu erzielenden Setzkräfte hervorragend ist. Über das Fördermittel 61 wird das hereingewonnene Fördergut abgefördert, wobei sich dieses Fördermittel 61 in Richtung Hintergrund und umgekehrt erstreckt und über einen Schubzylinder 62 mit der Grundplatte 63 des Strebausbaus 60 verbunden ist. Über den Schubzylinder 62 wird das Fördermittel 61 immer so beeinflusst, dass es dicht am hier nicht gezeigten Kohlenstoß liegt. Von der Grundplatte 63 aus ist das Bruchschild 64 mit mehreren Lemniskatenlenkern 65 verbunden, um so immer eine optimale Lage zum Liegenden hin einnehmen zu können. Der oder die Stempel 66, hier ein mehrteiliger Stempel werden über eine durch das Streb verlaufende Versorgungsleitung mit Hydraulikflüssigkeit von etwa 360 - 400 bar versorgt. Über das Anschlussventil 67 sind diese Stempel 66 wie weiter vorn erläutert direkt und indirekt mit der Hochdruckpumpe verbunden. Dazu benötigt wird aber lediglich eine Versorgungsleitung, die insbesondere dann vereinfacht ausgebildet sein kann, wenn der Zylinder, d. h. der Stempel 66 und auch die anderen Zylinder wie in Figur 1 gezeigt ausgebildet sind. An das Bruchschild 64 schließt sich die Hangendkappe 68, die vom Stempel 66 abgestützt ist. Das vordere Teil dieser Hangendkappe 68 bildet das Schiebeteil 69, das ebenfalls über einen hier nicht dargestellten Zylinder ein- und ausgeschoben werden kann, um die Spitze 72 der Hangendkappe 68 möglichst bis an den Kohlenstoß heranzubringen. Ein solcher Strebausbau spannt sich zwischen Hangendes 70 und Liegendes 71 und sorgt dafür, dass der Hohlraum so lange offen bleibt, wie er für die Gewinnung benötigt wird.

[0027] Figur 3 zeigt vereinfacht einen Hydraulikbagger 73 mit seinem Fahrteil 74 und dem Schwenkarm 75. Dabei sind dem Schwenkarm 75 aber auch der Schaufel 77 und anderen Bauteilen Zylinder zugeordnet, über die einzelne Funktionen durchgeführt oder erleichtert werden können. Mit dem Stellzylinder 76 wird das untere Teil des Schwenkarms 75 hochgeschwenkt oder auch sonst in eine andere Lage gebracht, während die Schaufel 77 in ihren Bewegungen über den Schaufelzylinder 78 gesteuert wird. Sowohl bei derartigen Hydraulikbaggern 73 wie auch bei dem Strebausbau 60 ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung besonders interessant, weil dort eine Vielzahl von Zylindern zum Einsatz kommen, die auch noch unterschiedliche Aufgaben haben. Daher ist es nicht zwangsweise notwendig, alle Zylinder mit einem innenseitigen Verdichter auszurüsten.

Ansprüche

1. Verfahren zur Druckerhöhung in Zylindern für die Ölhydraulik, Wasserhydraulik, Emulsionshydraulik sowie Plasma- und sonstige Flüssigkeitshydraulik, bei dem zwei- oder mehrteilige Zylinder (1), die einen Grundkörper (2) und darin verschiebbar angeordnet einen Kolben (5) mit Kolbenstange (6) aufweisen, über Ventile und den eingeleiteten Drucküberträger, der eine Hochdruckpumpe passiert hat, kontrolliert auseinander oder ineinander gefahren werden, wobei in einem Kolbenflächenhohlraum (8) unter dem jeweiligen Kolben (5) mit Kolbenstange (6) ein auch nach dem auseinander Fahren vorgegebener Druck erzeugt und aufrechterhalten wird, wobei dem Zylinder (1) und zwar dessen Kolbenflächenhohlraum (8) zunächst ein Drucküberträger, wie beispielsweise Öl, Wasser, Emulsion, Plasma, vorgegebener Druckhöhe zugeführt und der Zylinder (1) damit auseinander gefahren wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass dann der Druck im Kolbenflächenhohlraum (8) mittels eines in der Kolbenstange (6) verschieblich angeordneten und als Verdichter (10) dienenden Spannkolben (16) mit zugeordneter Kolbenstange (17) weiter erhöht wird, wobei für ein Verdichten des Drucküberträgers im Kolbenflächenhohlraum (8) der Drucküberträger vorgegebener Druckhöhe eingesetzt wird, indem der in der Kolbenstange (6) verschieblich angeordnete Spannkolben (16) mit seiner Kolbenstange (17) mit Hilfe des Drucküberträgers vorgegebener Druckhöhe in den Kolbenflächenhohlraum (8) eingeschoben und dessen Volumen dabei verringert wird.

2. Anordnung mit Zylinder und Hochdruckpumpe, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Zylinder (1) besteht aus

- einem über eine Versorgungsleitung (7) mit der Hochdruckpumpe verbundenen Grundkörper (2) mit Zylindergehäuse (3) und Zylinderdeckel (4) und

- darin verschieblich angeordnetem Kolben (5) mit Kolbenstange (6), wobei zwischen Zylinderdeckel (4), Kolben (5) und Kolbenstange (6) ein Kolbenflächenhohlraum (8) ausgebildet ist, sowie

- einem in den Kolbenflächenhohlraum (8) einschiebbaren Verdichter (10), der als in der größeren Kolbenstange (6) verschieblich angeordneter Spannkolben (16) mit einer kleineren Kolbenstange (17) ausgebildet ist und innerhalb des Kolbenflächenhohlraums (8) als Verdichter wirkt,

dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdichter (10) zur Übertragung eines Drucküberträgers gleicher Druckhöhe kopfseitig seines Spannkolbens (16) mit der gleichen, in der Versorgungsleitung (7) angeordneten Hochdruckpumpe verbunden ist, sodass der Kolbenflächenhohlraum (8) und zwar der darin befindliche Drucküberträger einerseits direkt über ein Eingangsventil (9) und zusätzlich indirekt über den Verdichter (10) mit der gleichen Hochdruckpumpe beeinflussbar ausgebildet ist.

3. Zylinder nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolbenflächenhohlraum (8) als im Zylinderdeckel (4), Kolben (5) und Kolbenstange (6) ausgeführte Bohrungen (11, 12, 13) ausgebildet ist, wobei die Bohrung (13) in der Kolbenstange (6) eine Buchse (15) aufnehmend erweitert ist, in der der Spannkolben (16) mit einer mit der Bohrung (12) korrespondierenden, kleinen Kolbenstange (17) verschieblich angeordnet ist.

4. Zylinder nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Spannkolben (16) aufnehmende Büchse (15) durch einen zugleich auch die große Kolbenstange (6) verschließenden Stangenkopf (19) abgeschlossen ist, dem das Anschlussventil (18) und Spannkolben (16) kopfseitig verbindende Anschlussbohrungen (20, 21) zugeordnet sind.

5. Zylinder nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spannkolben (16) auf der der Kolbenstange (17) gegenüberliegenden Seite eine tellerförmige Ausnehmung (22) aufweist.

6. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kleine Kolbenstange (17) einen Ringspalt (26) zwischen ihr und der Bohrungswand (27) des Kolbens (5) belassend ausgeführt ist, der mit der Unterseite (29) des von der kleinen Kolbenstange (17) durchfahrbaren Büchsenbodens (30) verbunden ist.

7. Zylinder nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Büchsenboden (30) gestuft ausgebildet ist, wobei die untere kleine Stufe (31) gegenüber der Außenwand (28) der kleinen Kolbenstange (17) und der Innenwand (33) der großen Kolbenstange (6) wirksame Dichtringe (34, 35) aufweist.

8. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Büchse (15) im Bereich des Büchsenbodens (30) eine den Luftringraum (37) zwischen Büchseninnenwand (38) und Außenwand (28) der kleinen Kolbenstange (17) mit einer Längsbohrung (39) zur Außenatmosphäre verbindende Querbohrung (40) aufweist.

9. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Innenwand (43) des Zylindergehäuses (3) und Außenwand (44) der großen Kolbenstange (6) ein Ringraum (45) ausgebildet ist, der nach unten durch den Kolben (5) mit Dichtringen (46, 47) und nach oben über einen Verschlussring (48) mit integrierten Dichtringen (49, 50, 51) verschlossen ist, der über ein Einfahrventil (52) mit der gleichen Hochdruckpumpe verbindbar ist.

10. Zylinder nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verschlussring (48) über ein Außengewinde (54) verfügt, das mit einem dem Zylindergehäuseende (55) zugeordneten Innengewinde (56) korrespondierend ausgebildet ist.

11. Zylinder nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem Verschlussring (48) zugeordneten Dichtringe (49, 50, 51) gegenüber der großen Kolbenstange (6) und gegenüber dem Ringraum (45) abdichtend angeordnet sind.

Claims

1. A method for pressure amplification in cylinders for oil hydraulics, water hydraulics, emulsion hydraulics and plasma and other fluid hydraulic systems, in which two-part or multi-part cylinders (1) which comprise a base body (2) and, arranged displaceable therein, a piston (5) with a piston rod (6) can be extended or moved into one another in controlled manner by means of valves and the pressure-transmitting medium which is fed in having passed through a high-pressure pump, wherein, in a piston surface cavity (8) under the respective piston (5) with a piston rod (6), a pre-determined pressure is generated and maintained even after the extension, wherein the cylinder (1) and specifically its piston surface cavity (8) is initially fed a pressure-transmitting medium, such as oil, water, emulsion, plasma at a pre-determined pressure level and the cylinder (1) is thereby extended,
characterised in that
the pressure in the piston surface cavity (8) is then further increased by means of a pressurising piston (16) displaceably arranged in the piston rod (6), having an associated piston rod (17) and serving as a compressor (10), wherein the pressure-transmitting medium of pre-determined pressure is used to compress the pressure-transmitting medium in the piston surface cavity (8) in that the pressurising piston (16), which is displaceably arranged in the piston rod (6) is pushed with its piston rod (17), with the aid of the pressure-transmitting medium of pre-determined pressure, into the piston surface cavity (8) and the volume of said piston surface cavity is thereby reduced.

2. An arrangement with cylinder and high-pressure pump for carrying out the method according to claim 1, wherein the cylinder (1) consists of

- a base body (2) connected via a supply line (7) to the high-pressure pump, said base body having a cylinder housing (3) and a cylinder cover (4), and

- a piston (5) with a piston rod (6) displaceably arranged therein, wherein a piston surface cavity (8) is formed between the cylinder cover (4), the piston (5) and the piston rod (6), and

- a compressor (10) which can be inserted into the piston surface cavity (8) and which is configured as a pressurising piston (16) which is displaceably arranged in the larger piston rod (6) and has a smaller piston rod (17) and acts within the piston surface cavity (8) as a compressor,

characterised in that,
in order to convey a pressure-transmitting medium at the same pressure level, the compressor (10) is connected on the head side of its pressurising piston (16) to the same high-pressure pump arranged in the supply line (7), so that the piston surface cavity (8) and specifically the pressure-transmitting medium situated therein is configured so that it can be influenced firstly directly via an inlet valve (9) and, additionally, indirectly via the compressor (10) by the same high-pressure pump.

3. The cylinder according to claim 2,
characterised in that
the piston surface cavity (8) is configured as bores (11, 12, 13) made in the cylinder cover (4), piston (5) and piston rod (6), wherein the bore (13) in the piston rod (6) is expanded so that it accommodates a bushing (15) in which the pressurising piston (16) is displaceably arranged with a small piston rod (17) corresponding to the bore (12).

4. Cylinder according to claim 3,
characterised in that
the bushing (15) which accommodates the pressurising piston (16) is closed off by a rod head (19) which also closes the large piston rod (6), the connecting bores (20, 21) which connect the connecting valve (18) and the pressurising piston (16) on the head side being allocated to said rod head.

5. The cylinder according to claim 3,
characterised in that
the pressurising piston (16) has a plate-shaped recess (22) on the side opposite the piston rod (17).

6. The cylinder according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the small piston rod (17) is configured so as to leave an annular gap (26) between itself and the bore wall (27) of the piston (5), said annular gap being connected to the underside (29) of the bushing base (30) through which the small piston rod (17) can travel.

7. The cylinder according to claim 6,
characterised in that
the bushing base (30) is designed stepped, wherein the lower small step (31) has sealing rings (34, 35) which are effective against the outer wall (28) of the small piston rod (17) and the inner wall (33) of the large piston rod (6).

8. The cylinder according to any one of the preceding claims,
characterised in that,
in the region of the bushing base (30), the bushing (15) has an annular air chamber (37) between the bushing inner wall (38) and the outer wall (28) of the small piston rod (17) with a transverse bore (40) connecting the longitudinal bore (39) to the outside atmosphere.

9. The cylinder according to any one of the preceding claims,
characterised in that
an annular chamber (45) is formed between the inner wall (43) of the cylinder housing (3) and the outer wall (44) of the large piston rod (6), said annular chamber being closed underneath by the piston (5) with sealing rings (46, 47) and at the top by a closing ring (48) which has integral sealing rings (49, 50, 51) and is connectable via an inlet valve (52) to the same high pressure pump.

10. The cylinder according to claim 9,
characterised in that
the closing ring (48) has an external thread (54) which is configured to correspond to an internal thread (56) allocated to the cylinder housing end (55).

11. The cylinder according to claim 9,
characterised in that
the sealing rings (49, 50, 51) allocated to the closing ring (48) are arranged so as to seal relative to the large piston rod (6) and relative to the annular chamber (45).

Revendications

1. Procédé permettant l'augmentation de pression dans des cylindres pour les systèmes hydrauliques à huile, systèmes hydrauliques à eau, systèmes hydrauliques à émulsion ainsi que les systèmes hydrauliques à plasma et autres systèmes hydrauliques à d'autres liquides, procédé dans lequel des cylindres (1) à deux pièces ou plus qui présentent un corps de base (2) et un piston (5) avec tige de piston (6) disposé de manière décalable à l'intérieur dudit corps sont déployés ou rétractés de manière contrôlée par l'intermédiaire de soupapes et du transmetteur de pression intégré qui a traversé une pompe haute pression, étant donné qu'une pression prédéfinie même après l'éloignement est générée et maintenue dans un creux (8) à la surface du piston au-dessous du piston (5) correspondant avec tige de piston (6), étant donné qu'un transmetteur de pression comme de l'huile, de l'eau, une émulsion, du plasma de pression prédéfinie est tout d'abord introduit dans le cylindre (1), c'est-à-dire dans le creux (8) à la surface de son piston, et le cylindre (1) étant ainsi déployé,
caractérisé en ce que
la pression à l'intérieur du creux (8) à la surface du piston est alors augmentée au moyen d'un piston tendeur (16) avec tige de piston (17) correspondante disposé de manière décalable dans la tige de piston (6) et servant de compresseur (10), étant donné que, pour la compression du transmetteur de pression dans le creux (8) à la surface du piston, le transmetteur de pression à pression prédéfinie est introduit ; à cet effet, le piston tendeur (16) avec tige de piston (17) correspondante disposé de manière décalable dans la tige de piston (6) est inséré à l'aide du transmetteur de pression à pression prédéfinie dans le creux (8) à la surface du piston et son volume est ainsi réduit.

2. Arrangement avec cylindre et pompe haute pression destiné à l'exécution du procédé selon la revendication 1, le cylindre (1) se composant

- d'un corps de base (2) avec boîtier de cylindre (3) et couvercle de cylindre (4) relié par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation (7) avec la pompe haute pression, et

- d'un piston (5) avec tige de piston (6) disposé à l'intérieur dudit corps de base de manière décalable, étant donné qu'est formé entre le couvercle de cylindre (4), le piston (5) et la tige de piston (6) un creux (8) à la surface du piston, ainsi que

- d'un compresseur (10) pouvant être inséré dans le creux (8) à la surface du piston, lequel compresseur est formé comme piston tendeur (16) avec une plus petite tige de piston (17) disposé de manière décalable dans la tige de piston (6) plus grande et sert de compresseur à l'intérieur du creux (8) à la surface du piston,

caractérisé en ce que
le compresseur (10) est relié pour la transmission d'un transmetteur de pression à même pression côté tête de son piston tendeur (16) avec la même pompe haute pression disposée dans la conduite d'alimentation (7) de manière à ce que le creux (8) à la surface du piston, c'est-à-dire le transmetteur de pression qui s'y trouve, soit formé de façon à pouvoir être influencé par la même pompe haute pression d'une part directement par l'intermédiaire d'une soupape d'admission (9) et, en plus, indirectement par l'intermédiaire du compresseur (10).

3. Cylindre selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
le creux (8) à la surface du cylindre est formé comme alésages (11, 12, 13) réalisés dans le couvercle de cylindre (4), le piston (5) et la tige de piston (6), étant donné que l'alésage (13) dans la tige de piston (6) est élargi de manière à loger une douille (15) dans laquelle le piston tendeur (16) avec une petite tige de piston (17) correspondant à l'alésage (12) est disposé de manière décalable.

4. Cylindre selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
la douille (15) qui loge le piston tendeur (16) se termine par une tête de tige (19) qui obture également la grande tige de piston (6), tête de tige à laquelle sont affectés des alésages de raccordement (20, 21) reliant côté tête la soupape de raccordement (18) et le piston tendeur (16).

5. Cylindre selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
le piston tendeur (16) présente un évidement (22) en forme de plateau sur le côté opposé à la tige de piston (17).

6. Cylindre selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la petite tige de piston (17) est réalisée avec une fente annulaire (26) entre elle et la paroi d'alésage (27) du piston (5), laquelle fente annulaire est reliée au côté inférieur (29) du fond de douille (30) pouvant être traversé par la petite tige de piston (17).

7. Cylindre selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
le fond de douille (30) est formé en plusieurs niveaux, étant donné que le petit niveau inférieur (31) en face de la paroi extérieure (28) de la petite tige de piston (17) et la paroi intérieure (33) de la grande tige de piston (6) présente des bagues d'étanchéité (34, 35) effectives.

8. Cylindre selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la douille (15) présente au niveau du fond de douille (30) un alésage transversal (40) reliant l'espace de bague d'air (37) entre la paroi intérieure de douille (38) et la paroi extérieure (28) de la petite tige de piston (17) avec un alésage longitudinal (39) vers l'atmosphère extérieure.

9. Cylindre selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
est formé entre la paroi intérieure (43) du boîtier de cylindre (3) et la paroi extérieure (44) de la grande tige de piston (6) un espace annulaire (45) qui est obturé par le bas par le piston (5) avec bagues d'étanchéité (46, 47) et par le haut par un anneau obturateur (48) avec bagues d'étanchéité (49, 50, 51) intégrées, lequel anneau obturateur peut être relié par l'intermédiaire d'une soupape d'entrée (52) avec la même pompe haute pression.

10. Cylindre selon la revendication 9,
caractérisé en ce que
l'anneau obturateur (48) dispose d'un filetage extérieur (54) qui est formé avec un filetage intérieur (56) correspondant affecté à l'extrémité (55) du boîtier de cylindre.

11. Cylindre selon la revendication 9,
caractérisé en ce que
les bagues d'étanchéité (49, 50, 51) affectées à l'anneau obturateur (48) sont disposées de manière étanchéifiante en face de la grande tige de piston (6) et en face de l'espace annulaire (45).

Zeichnung