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EP 3 059 458 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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06.05.2020 Patentblatt 2020/19 |
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Anmeldetag: 22.02.2016 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BETREIBEN EINER HYDRAULISCHEN HOCHDRUCKANLAGE
METHOD AND DEVICE FOR OPERATING A HYDRAULIC HIGH PRESSURE SYSTEM
PROCEDE ET DISPOSITIF DESTINES AU FONCTIONNEMENT D'UNE INSTALLATION A HAUTE PRESSION
HYDRAULIQUE
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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Priorität: |
23.02.2015 AT 501382015
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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24.08.2016 Patentblatt 2016/34 |
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Patentinhaber: |
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- Gruber, Reinhard
3354 Wolfsbach (AT)
- Schachner, Franz
3354 Wolfsbach (AT)
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Erfinder: |
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- Gruber, Reinhard
3354 Wolfsbach (AT)
- Schachner, Franz
3354 Wolfsbach (AT)
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Vertreter: Hübscher & Partner Patentanwälte GmbH |
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Spittelwiese 4 4020 Linz 4020 Linz (AT) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-B1- 3 271 121 DE-A1- 19 758 159 US-A1- 2004 016 230
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WO-A1-2006/027562 GB-A- 1 420 424
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Hochdruckanlage
mit einem durch eine Hydraulikeinheit beaufschlagbaren Druckübersetzer zur Beaufschlagung
eines Verbrauchers mit Hydraulikmittel und mit wenigstens einem an den Druckübersetzer
angeschlossenen Druckspeicher als Pulsationsdämpfer, wobei der Betriebsdruck des Hydraulikmittels
für den Verbraucher durch die Hydraulikeinheit gesteuert wird, sowie auf eine hydraulischen
Hochdruckanlage zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Hydraulische Hochdruckanlagen, wie sie beispielsweise zur Versorgung von Wasserstrahlschneidköpfen
eingesetzt werden, weisen einen an eine Hydraulikeinheit angeschlossenen Druckübersetzer
auf, der mit dem Vordruck der Hydraulikeinheit beaufschlagt wird, und ein entsprechendes
Hydraulikmittel hochspannt. Da der Druckübersetzer eine beidseitig beaufschlagbare
Kolbenpumpe oder eine Plungerpumpe darstellt, werden durch die Kolbenhübe bedingte,
unvermeidbare Druckschwankungen insbesondere bei hohen Betriebsdrücken gedämpft, was
mit Hilfe von Druckspeichern durchgeführt wird, die mit den Druckübersetzern verbunden
sind. Wird vom Verbraucher eine Hydraulikmittelbeaufschlagung mit unterschiedlichen
Druckniveaus gefordert, so kann dieser Forderung durch eine entsprechende Steuerung
des Vordrucks nachgekommen werden, mit dem der Druckübersetzer durch die Hydraulikeinheit
beaufschlagt wird. Mit einer Absenkung des Betriebsdrucks, mit dem das Hydraulikmittel
dem Verbraucher zugefördert wird, fällt auch der Druck im Druckspeicher mit der Folge,
dass beim Wiederanheben des Betriebsdrucks zunächst der Druck im Druckspeicher angehoben
werden muss, bevor der volle Betriebsdruck am Verbraucher anliegt. Dies bedeutet nicht
nur einen Zeitverlust, sondern auch einen zusätzlichen Energiebedarf zum Laden des
Druckspeichers auf das geforderte Druckniveau. Hydraulische Hochdruckanlagen sind
aus den Dokumenten
GB-1420424-A und
WO-2006/027562 A1 bekannt.
[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
hydraulischen Hochdruckanlage so auszugestalten, dass in kurzer Zeit unterschiedlichen
Verbraucheranforderungen hinsichtlich des Betriebsdrucks des Hydraulikmittels mit
einem vergleichsweise geringen Energieaufwand entsprochen werden kann.
[0004] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die
gestellte Aufgabe dadurch, dass der Druckspeicher vor einer Änderung des am Verbraucher
anliegenden Betriebsdrucks gesperrt und erst beim Anheben oder Absenken des Betriebsdrucks
des Hydraulikmittels wieder geöffnet wird.
[0005] Durch das Sperren des Druckspeichers bleibt die Druckenergie im Druckspeicher gespeichert,
während der am Verbraucher anliegende Betriebsdruck durch eine entsprechende Steuerung
der Hydraulikeinheit abgesenkt wird. Da der Druckspeicher erst wieder an den Druckübersetzer
angeschlossen wird, wenn der Betriebsdruck angestiegen ist, bedarf es zum Laden des
Druckspeichers kaum einer zusätzlichen Energie. Dies gilt insbesondere für den Fall,
dass der Druckspeicher erst dann an den Druckübersetzer angeschlossen wird, wenn der
Betriebsdruck des Hydraulikmittels zumindest angenähert auf den Druckspeicherdruck
angeglichen wurde. Das Sperren des Druckspeichers bei sinkendem Betriebsdruck bedeutet
jedoch nicht, dass beim Anheben des Betriebsdrucks der Druckspeicher zwangsweise aufgeladen
werden muss. Um Ladeenergie zu sparen, kann der Druckspeicher auch bei einem Anstieg
des geforderten Betriebsdrucks gesperrt werden, sodass beispielsweise bei einer kurzfristigen
Anhebung des Betriebsdrucks oder bei einem Betriebsdruck oberhalb des Nenndrucks des
Druckspeichers dieser gesperrt wird.
[0006] Aufgrund des Umstands, dass das Ladevolumen des Druckspeichers erheblich größer als
das Hydraulikmittelvolumen im hydraulischen Versorgungsnetz zwischen dem Druckübersetzer
und dem Verbraucher ist, kann auch die zum Anheben des Betriebsdrucks erforderliche
Zeitspanne im Vergleich zum Stand der Technik kurz gehalten werden, weil ja die Notwendigkeit
des Wiederaufladens des Druckspeichers entfällt. Es ist allerdings die bei gesperrtem
Druckspeicher fehlende Pulsationsdämpfung in Kauf zu nehmen, was insbesondere bei
niedrigeren Betriebsdrücken und kürzeren Intervallen eines verminderten Betriebsdrucks
kaum eine Rolle spielt. Stört die fehlende Pulsationsdämpfung, so können mehrere Druckspeicher
als Pulsationsdämpfer mit unterschiedlichen Druckniveaus vorgesehen werden, die in
Abhängigkeit vom Verlauf des Betriebsdrucks des Hydraulikmittels gesperrt oder an
den Druckübersetzer angeschlossen werden, sodass für die einzelnen durch die Druckspeicher
vorgegebenen Druckniveaus jeweils eine Pulsationsdämpfung ohne Druckverluste sichergestellt
werden kann, weil die übrigen Druckspeicher gesperrt sind.
[0007] Zur Durchführung des Verfahrens kann in vorteilhafter Weise von einer hydraulischen
Hochdruckanlage zur Versorgung eines Verbrauchers mit einem durch eine steuerbare
Hydraulikeinheit beaufschlagbaren Druckübersetzer und mit wenigstens einem an den
Druckübersetzer angeschlossenen Druckspeicher als Pulsationsdämpfer ausgegangen werden.
Bei einer solchen Hochdruckanlage braucht lediglich vorgesehen zu werden, dass der
Druckspeicher durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Verlauf des am Verbraucher
anliegenden Betriebsdrucks des Hydraulikmittels sperr- und öffenbar ist, um den Druckspeicher
beim Absenken des Betriebsdrucks im Versorgungsnetz für den Verbraucher vom Versorgungsnetz
nehmen zu können.
[0008] Mit dem Vorsehen mehrerer Druckspeicher mit unterschiedlichen Druckniveaus kann die
Pulsationsdämpfung im hydraulischen Versorgungsnetz auch bei niedrigeren Betriebsdrücken
sichergestellt werden, wenn die Druckspeicher in Abhängigkeit vom Betriebsdruck des
Hydraulikmittels über die Steuereinrichtung einzeln an den Druckübersetzer anschließbar
sind und daher die Pulsationsdämpfung beim jeweiligen Druckniveau erlauben.
[0009] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße hydraulische Hochdruckanlage in einem schematischen Blockschaltbild,
- Fig. 2
- eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Hochdruckanlage und
- Fig. 3
- einen angenommenen zeitlichen Verlauf des am Verbraucher anliegenden Betriebsdrucks
und des Drucks im Druckspeicher.
[0010] Die hydraulische Hochdruckanlage gemäß der Fig. 1 umfasst eine Hydraulikeinheit 1,
mit deren Hilfe ein Druckübersetzer 2 mit einem entsprechenden Vordruck beaufschlagt
werden kann. Dieser Druckübersetzer 2 weist eine beidseitig beaufschlagbare Kolbenpumpe
3, gegebenenfalls eine Plungerpumpe, auf, die saugseitig über Rückschlagventile 4
an eine Hydraulikleitung 5, beispielsweise eine Wasserleitung, und druckseitig über
Rückschlagventile 6 an ein Versorgungsnetz 7 für einen Verbraucher 8 angeschlossen
ist. Um die durch die Kolbenpumpe 3 bedingten Druckpulsationen dämpfen zu können,
ist der Druckübersetzer 2 mit einem Druckspeicher 9 verbunden, der jedoch durch Sperrventile
10 gesperrt und vom Versorgungsnetz 7 genommen werden kann.
[0011] Sollen dem Verbraucher 8 unterschiedliche Betriebsdrücke des Hydraulikmittels über
das Versorgungsnetz 7 zur Verfügung gestellt werden, so wird die Hydraulikeinheit
1 durch eine Steuereinrichtung 11 entsprechend angesteuert, sodass der Druckübersetzer
2 mit einem für den geforderten Betriebsdruck erforderlichen Vordruck beaufschlagt
wird. In Abhängigkeit vom Verlauf des Betriebsdrucks im Versorgungsnetz 7 werden die
Sperrventile 10 durch die Steuereinrichtung 11 angesteuert, um im Bedarfsfall den
Druckspeicher 9 zu sperren.
[0012] In der Fig. 3, in der die Abszisse der Zeit t und die Ordinate dem Druck p zugeordnet
sind, ist ein möglicher zeitlicher Verlauf des geforderten Betriebsdrucks 12 im Versorgungsnetz
7 in vollen Linien dargestellt. Da zunächst die Sperrventile 10 offen sind, wird der
Druckspeicher 9 mit dem zum Zeitpunkt t
1 ansteigenden Betriebsdruck 12 geladen, wie dies aus dem Verlauf des strichliert dargestellten
Speicherdrucks 13 ersichtlich wird. Um die Energie zum Laden des Druckspeichers 9
bei einer kurzzeitigen Erhöhung des Betriebsdrucks 12 nicht aufbringen zu müssen,
werden die Sperrventile 10 über die Steuereinrichtung 11 vor diesem Anstieg des Betriebsdrucks
12 zum Zeitpunkt t
2 geschlossen, sodass die Druckenergie im Druckspeicher 9 gespeichert bleibt, und zwar
auch während eines Zeitintervalls zwischen t
3 und t
4, in dem der Betriebsdruck 12 unter das Druckniveau des Druckspeichers 9 fällt. Erst
wenn der Betriebsdruck 12 im Zeitpunkt t
4 wieder angenähert den Speicherdruck 13 erreicht, werden die Sperrventile 10 geöffnet.
Für den Anstieg des Betriebsdrucks 12 auf das Druckniveau 13 des Druckspeichers 9
ist folglich lediglich das im Vergleich zum Druckspeicher 9 nur geringe Hydraulikvolumen
im Versorgungsnetz 7 zu berücksichtigen.
[0013] Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von einer hydraulischen Hochdruckanlage
gemäß der Fig. 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass der Druckspeicher 9 über eine Stichleitung
an das Versorgungsnetz 7 angeschlossen ist, sodass es zum Sperren des Druckspeichers
9 nur eines Sperrventils 10 in der Stichleitung bedarf. In der Fig. 2 ist aber zusätzlich
strichpunktiert angedeutet, dass auch zwei oder mehrere Druckspeicher 9 mit unterschiedlichen
Druckniveaus vorgesehen sein können, von denen jeweils nur einer zum Einsatz kommt,
wenn der Betriebsdruck 12 im Versorgungsnetz 7 dem Druckniveau im jeweiligen Druckspeicher
9 entspricht.
1. Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Hochdruckanlage mit einem durch eine Hydraulikeinheit
(1) beaufschlagbaren Druckübersetzer (2) zur Beaufschlagung eines Verbrauchers (8)
mit Hydraulikmittel und mit wenigstens einem an den Druckübersetzer (2) hochdruckseitig
angeschlossenen Druckspeicher (9) als Pulsationsdämpfer, wobei der Betriebsdruck (12)
des Hydraulikmittels für den Verbraucher (8) durch die Hydraulikeinheit (1) gesteuert
wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (9) vor einer Änderung des am Verbraucher (8) anliegenden Betriebsdrucks
(12) gesperrt und erst beim Anheben oder Absenken des Betriebsdrucks (12) des Hydraulikmittels
wieder geöffnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (9) erst wieder an den Druckübersetzer (2) angeschlossen wird,
wenn der Betriebsdruck (12) des Hydraulikmittels zumindest angenähert auf den Druckspeicherdruck
(13) angeglichen wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckspeicher (9) als Pulsationsdämpfer mit unterschiedlichen Druckniveaus
vorgesehen sind, die in Abhängigkeit vom Verlauf des Betriebsdrucks (12) des Hydraulikmittels
gesperrt oder an den Druckübersetzer (2) angeschlossen werden.
4. Hydraulische Hochdruckanlage zur Versorgung eines Verbrauchers (8) mit einem Verbraucher
und mit einem durch eine steuerbare Hydraulikeinheit (1) beaufschlagbaren Druckübersetzer
(2) und mit wenigstens einem an den Druckübersetzer (2) hochdruckseitig angeschlossenen
Druckspeicher (9) als Pulsationsdämpfer, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (9) durch eine Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit vom Verlauf
des am Verbraucher (8) anliegenden Betriebsdrucks (12) des Hydraulikmittels sperr-
und öffenbar ist.
5. Hydraulische Hochdruckanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckspeicher (9) mit unterschiedlichen Druckniveaus vorgesehen und in Abhängigkeit
vom Betriebsdruck (12) des Hydraulikmittels über die Steuereinrichtung (11) einzeln
an den Druckübersetzer (2) anschließbar sind.
1. Method for operating a hydraulic high-pressure system having a pressure booster (2)
which can be acted upon by a hydraulic unit (1) in order to act upon a consumer (8)
with a hydraulic medium and having at least one pressure accumulator (9), as a pulsation
damper, attached at the high-pressure side to the pressure booster (2), wherein the
operating pressure (12) of the hydraulic medium for the consumer (8) is controlled
by the hydraulic unit (1), characterised in that the pressure accumulator (9) is locked prior to a change in the operating pressure
(12) present at the consumer (8) and is opened only when the operating pressure (12)
of the hydraulic medium rises or falls.
2. Method as claimed in claim 1, characterised in that the pressure accumulator (9) is attached to the pressure booster (2) only when the
operating pressure (12) of the hydraulic medium has been matched at least approximately
to the pressure accumulator pressure (13).
3. Method as claimed in claim 1 or 2, characterised in that a plurality of pressure accumulators (9) with different pressure levels are provided
as pulsations dampers, which are locked in dependence upon the progress of the operating
pressure (12) of the hydraulic medium or are attached to the pressure booster (2).
4. Hydraulic high-pressure system for supplying a consumer (8), having a consumer and
having a pressure booster (2), which can be acted upon by a controllable hydraulic
unit (1), and having at least one pressure accumulator (9), as a pulsation damper,
attached at the high-pressure side to the pressure booster (2), characterised in that the pressure accumulator (9) can be locked and opened by a control device (11) in
dependence upon the progress of the operating pressure (12) of the hydraulic medium
present at the consumer (8).
5. Hydraulic high-pressure system as claimed in claim 4, characterised in that a plurality of pressure accumulators (9) with different pressure levels are provided
and can be attached individually to the pressure booster (2) via the control device
(11) in dependence upon the operating pressure (12) of the hydraulic medium.
1. Procédé pour faire fonctionner une installation à haute pression hydraulique avec
un multiplicateur de pression (2) pouvant être actionné par une unité hydraulique
(1) pour alimenter un consommateur (8) avec un fluide hydraulique et avec au moins
un accumulateur de pression (9) faisant office d'amortisseur de pulsations connecté
au multiplicateur de pression (2) du côté haute pression, dans lequel la pression
de fonctionnement (12) du fluide hydraulique destiné au consommateur (8) est contrôlée
par l'unité hydraulique (1), caractérisé en ce que l'accumulateur de pression (9) est verrouillé avant une modification de la pression
de fonctionnement (12) appliquée au consommateur (8) et n'est rouvert que lors de
l'augmentation ou de la réduction de la pression de fonctionnement (12) du fluide
hydraulique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur de pression (9) n'est reconnecté au multiplicateur de pression (2)
que quand la pression de fonctionnement (12) du fluide hydraulique est au moins à
peu près égale à la pression de l'accumulateur de pression (13).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs accumulateurs de pression (9) faisant office d'amortisseurs
de pulsations avec différents niveaux de pression, qui sont verrouillés ou connectés
au multiplicateur de pression (2) en fonction de l'évolution de la pression de fonctionnement
(12) du fluide hydraulique.
4. Installation à haute pression hydraulique pour alimenter un consommateur (8) avec
un consommateur et avec un multiplicateur de pression (2) pouvant être actionné par
une unité hydraulique (1) contrôlable et avec au moins un accumulateur de pression
(9) faisant office d'amortisseur de pulsations connecté au multiplicateur de pression
(2) du côté haute pression, caractérisée en ce que l'accumulateur de pression (9) peut être verrouillé et ouvert par un dispositif de
commande (11) en fonction de l'évolution de la pression de fonctionnement (12) du
fluide hydraulique appliquée au consommateur (8).
5. Installation à haute pression hydraulique selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'il est prévu plusieurs accumulateurs de pression (9) avec différents niveaux de pression
qui peuvent être connectés individuellement au multiplicateur de pression (2) par
le dispositif de commande (11) en fonction de la pression de fonctionnement (12) du
fluide hydraulique.
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