Kolbenpumpe mit Arbeitskolben zur Verdichtung von Flüssigkeiten und Gasen

Abstract

 Es handelt sich um eine Kolbenpumpe mit Arbeitskolben (3) zur Ver­dichtung von Flüssigkeiten und Gasen, mit Einrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Arbeitsraumes (12). Zwischen dem Ar­beitskolben (3) und der Zylinderwandung sind zwei oder mehr Dich­tungen (9, 10) hintereinander angeordnet. In den Zwischenräumen zwischen jeweils zwei benachbarten Dichtungen (9, 10) befinden sich ringförmige Druckräume (11), denen hydraulische Hilfskreisläufe zu­geordnet sind. Der Druck wird stufen- bzw. schrittweise über die hintereinander angeordneten Dichtungen (9, 10) abgebaut. Bei einem Druckmedium ohne Schmierwirkung wird der an den Dichtungen nötige Schmiereffekt durch entsprechende Ölzufuhr erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit Arbeitskolben zur Verdichtung von Flüssigkeiten und Gasen, vorzugsweise auf extrem hohe Drücke, als Bestandteil von Kolbenpumpen, vornehmlich Reihenkolben- oder Differentialkolbenpumpen, mit Einrichtungen zum Befüllen und Entleeren des Arbeits­raumes.

[0002] Auf vielen Gebieten der Technik, vor allem im Maschinenbau, in der Bauindustrie, in der chemischen Industrie, der Hüt­tenindustrie und im Bergbau, werden in den letzten Jahr­zehnten in zunehmendem Maße technische Systeme einge­setzt, in denen extrem hohe Drücke bis zu 10.000 bar und mehr benötigt werden. Hierdurch wurde eine spezielle Ent­wicklung von Pumpen und Druckübersetzern ausgelöst, die wegen der hohen Drücke bzgl. der Abdichtungen zwischen Kolben und Zylinderwandung auf technisch sehr kompli­zierte und damit kostenaufwendige konstruktive Lösun­gen angewiesen sind. Wegen der extrem hohen Beanspruchun­gen haben alle diese Lösungen darüber hinaus viel zu ge­ringe Lebensdauern. Bei der Pumpenentwicklung wird bei hohen und extrem hohen Drücken ausschließlich das Prin­zip der Reihenkolbenpumpe mit einem oder mehreren Kolben benutzt, bei dem der kinematische Aufbau des Triebwerks zwar relativ einfach und problemlos ist, an der vorer­wähnten Dichtungen zwischen Kolben und Zylindern treten jedoch umfängliche Schwierigkeiten auf. Bei den Druck­übersetzern mit ausschließlich linear oszillierender Bewe­gung gibt es ein- und doppelseitig wirkende Bauformen, wo­bei an den Kolben und Zylindern der Höchstdruckstufen ähn­liche Probleme und Schwierigkeiten auftreten wie bei den Kolbenpumpen.

[0003] Auf die Dichtungselemente, die den - wenn auch noch so kleinen - Spalt zwischen Kolben und Zylinderwandung über­brücken müssen, wirken bei extrem hohen Drücken außerordent­lich hohe Kräfte, die während des Pumpvorganges laufend auf- und wieder abgebaut werden. Hierdurch ergeben sich vielfältige Probleme und Schwierigkeiten, die noch dadurch verstärkt werden, daß das Arbeitsmedium und damit auch die Kolben, die Zylinderwandungen und die Dichtungen während des Betriebes unterschiedliche, oftmals schwankende Tem­peraturen haben können. Bei den außerordentlich engen Passungen zwischen den relativ gegeneinander bewegten Teilen und den Dichtungen führt dies zu weiteren Beein­trächtigungen, die bei Verwendung von Mineralöl oder Druckmedien mit guten Schmiereigenschaften gerade noch beherrscht werden können. Da in hydraulischen Steuerun­gen, Regelkreisen und geschlossenen Hydrauliksystemen, in denen Öl als Arbeitsmedium benutzt wird, nur in außeror­dentlich seltenen Fällen extrem hohe Drücke benötigt werden, beschränkt sich die Anwendung dieser Drücke meist auf Prozesse, in denen Flüssigkeiten und Gase ohne oder mit außerordentlich geringer Schmierwirkung Anwendung finden. In nicht seltenen Fällen wird von diesen Druckmedien im Dauerbetrieb eine ganze Reihe von Stoffen durch Korrosion, Verätzung oder anders­artige chemisch-physikalische Zerstörung angegriffen, so daß für die Dichtungselemente die Auswahl der Werkstoffe stark eingeschränkt wird. Will man Dichtungselemente aus Elastomeren benutzen, so nehmen die Probleme und Schwie­rigkeiten mit den Betriebsdrücken überproportional zu, weil sich die Dichtungen trotz der in den meisten Fällen verwandten zusätzlichen Stützringe in die - wenn auch extrem kleinen - Spalten zwischen Kolben und Zylinderwand hinein­pressen und bei dem ständigen Auf- und Abbau der auf die Dichtungselemente wirkenden Kräfte allzu schnell ver­schleißen. Durch die Druckschwankungen treten dauernde - wenn auch sehr kleine - Hin - und Herbewegungen des Dich­tungsmaterials an den Dichtkanten und im Spalt auf, die bei extrem hohen Drücken zur vorzeitigen Zerstörung der Dichtungen führen.

[0004] Bei vielen Anwendungsfällen im Bereich der Verfahrens­technik, der chemischen Industrie und der in den letzten Jahren stark zunehmenden Nutzung hochgespann­ter Wasserstrahlen zum Schneiden, zur Zerstörung und Zer­kleinerung von Mineralien und hochfesten Werkstoffen wür­de man gern noch höhere Betriebsdrücke bis hin zu 20.000 bar benutzen, wenn nur entsprechende Pumpen bzw. Druck­übersetzer zur Verfügung stünden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vielfäl­tigen, vorbeschriebenen und mit den bekannten technischen Möglichkeiten nicht zu lösenden Probleme und Schwierigkei­ten an den Dichtungen von Pumpen und Druckübersetzern für extrem hohe Drücke erfindungsgemäß dadurch zu besei­tigen, daß der Druck stufen- bzw. schrittweise über mehrere hintereinandergeschaltete Dichtungssätze abge­baut und bei Druckmedien ohen Schmierwirkung der an den Dichtungen nötige Schmiereffekt durch entsprechende Öl­zufuhr erreicht wird. Hierdurch lassen sich noch so hohe Betriebsdrücke in mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln beherrschbare Druckstufen unterteilen und kon­struktiv die zur Abdichtung mittlerer Drücke erprobten und bewährten Elemente benutzen. Bei Verwendung von Elasto­ meren als Dichtmaterialien lassen sich die Drücke in den einzelnen hintereinander geschalteten Dichtungsstufen auf Größenordnungen absenken, bei denen die vorbeschriebenen Probleme des vorzeitigen Dichtungsverschleißes nicht auf­treten.

[0006] Erfindungsgemäß wird hierzu eine Grundkonzeption ge­wählt, bei der zwischen Kolben und Zylinderwandung mehrere Dichtungssätze hintereinander angeordnet und die Zwischen­räume zwischen den einzelnen Dichtungen mit Öl beaufschlagt werden, wobei der Druck zwischen den Dichtungen von Dich­tungsstufe zu Dichtungsstufe schrittweise abnimmt, so daß jede Dichtung nur den jeweiligen Differenzdruck zu über­brücken hat.

[0007] Der schrittweise Abbau des Druckes zwischen den einzelnen Dichtungsstufen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zwischenräume zwischen den Dichtungssätzen Bestand­teile einfacher Ölkreisläufe sind, die über kleine Druck­übersetzer miteinander gekoppelt werden.

[0008] In weiterer Fortführung des Erfindungsgedankens ist es zum Erreichen einer Schmierwirkung bei dem ersten, das Ar­beitsmedium abdichtenden Dichtungssatz darüber hinaus noch möglich, hinter diesem Dichtungspaket einen gegen­ über dem Betriebsdruck des Arbeitsmediums geringfügig hö­heren Öldruck aufzubauen, so daß diese entscheidende Dichtung ständig geschmiert wird. Dieser höhere Öldruck wird dann anschließend durch weitere, dahintergeschaltete Dichtungsstufen schrittweise und in beherrschbaren Druck­stufen in der vorbeschriebenen Weise abgebaut.

[0009] Aufgrund der beiden vorbeschriebenen Kennzeichen der Er­findung ist es in Pumpen und Druckübersetzern nun grund­sätzlich möglich, auf der einen Seite beliebig hohe Be­triebsdrücke zu erreichen, wenn nur entsprechend viele Dich­tungssätze hintereinander geschaltet werden und auf der anderen Seite Druckflüssigkeiten und Gase ohne Schmier­wirkung als Arbeitsmedien benutzen zu können.

[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeich­nungen näher erläutert, und zwar zeigt:

Abb. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Ein- oder Mehrkolbenpumpe mit zwei hintereinander ge­schalteten Dichtungen und ölhydraulischem Hilfs­kreislauf,

Abb. 2 eine Schaltung zum stufenweisen Druckabbau mit hydraulischem Hilfskreislauf bei Verwendung von zwei hintereinander angeordneten Dichtungen,

Abb. 3 eine Schaltung für den hydraulischen Hilfskreis­lauf zur Schmierung des ersten Dichtungspaketes bei Verwendung von zwei hintereinander angeord­neten Dichtungen,

Abb. 4 eine Schaltung für zwei hydraulische Hilfskreis­läufe bei Verwendung von drei hintereinander an­geordneten Dichtungen, von denen der erste Hilfs­kreislauf zur Verbesserung der Schmierwirkung, der zweite zum stufenweisen Druckabbau dient,

Abb. 5 eine Schaltung für drei hydraulische Hilfskreis­läufe bei Verwendung von vier hintereinander an­geordneten Dichtungen zum Zwecke der Verbesserung der Schmierwirkung und anschließendem stufen­weisem Druckabbau in zwei Stufen,

Abb. 6 die Anwendung des stufenweisen Dichtungsprinzips bei einem einseitig wirkenden Druckübersetzer und

Abb. 7 die Benutzung des erfindungsgemäßen Dichtungs- und Schmierprinzips bei einem zweiseitig wir­kenden Druckübersetzer.

[0011] Abbildung 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Ein- oder Mehrkolbenpumpe mit der einfachsten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Dichtung mit stufenweisem Druckabbau. Der Kurbeltrieb 1 steht über Kreuzköpfe 2 mit der oder den Kolbenstangen 3 in Verbindung, welche sich in den Zylindern 4 oszillierend hin und her bewegen. Die Ansaugung des Druck­mediums erfolgt über die Leitungen 5 und die Rückschlagven­tile 6, während der Ausstoß des hochgespannten Druckmittels über die Rückschlagventile 7 und die Abführungsleitungen 8 abläuft.

[0012] Zwischen Kolben und Zylinderwandung befinden sich - vor­zugsweise in den Zylinder eingelassen - zwei hintereinander geschaltete Dichtungen 9, 10, zwischen denen eine mit dem Hilfskreislauf in Verbindung stehende Druckkammer 11 ange­ordnet ist. Der Arbeitsraum 12 des Zylinders 4 steht über die Leitung 13 mit dem Ringraum 14 des Druckübersetzers 15 in Verbindung, über den der Kreislauf des Druckmediums und der ölhydraulische Hilfskreislauf miteinander gekoppelt sind.

[0013] Da der Arbeitsdruck im Druckraum 12 stufenförmig über die Dichtungen 9, 10 abgebaut werden soll, wird der Druckraum 16 des Druckübersetzers 15 über die Leitung 17 mit dem zwischen den Dichtungen angeordneten Ringraum 11 verbunden. Bei zwei hintereinander angeordneten Dichtungen 9, 10, d.h. beim Abbau des Druckes in Arbeitsraum 12 in zwei Schritten, empfiehlt es sich, das Flächenverhältnis im Drucküber­setzer 15, d.h. das Verhältnis der wirksamen Flächen der Druckräume 14, 16 in der Relation 1 : 2 zu bemessen.

[0014] Obwohl der Druck im Arbeitsraum 12 durch die Dichtungen 9, 10 stufenweise abgebaut wird und damit die auf jeweils eine Dichtung wirkenden Kräfte stark vermindert bzw. auf ein ohne Schwierigkeiten beherrschbares Maß zurückge­führt werden, empfiehlt es sich, in bekannter Weise Stütz­ringe 18, 19, 20, 21 beiderseits der vorzugsweise aus Elastomeren bestehenden Dichtungen 9, 10 anzuordnen um zu vermeiden, daß die Dichtungen bei dem schnell aufein­anderfolgenden Auf- und Abbau des Druckes im Arbeitsraum 12 in die Dichtspalten hineingezogen bzw. an den Dicht­kanten beschädigt werden.

[0015] Auf Abbildung 2 ist das relativ einfach aufgebaute Wirkungs­schema des ölhydraulischen Hilfskreislaufes dargestellt. Der relativ kleine Druckübersetzer 15 hat in dem über die Leitung 17 mit dem Ringraum 11 zwischen den Dichtungen 9, 10 in Verbindung stehenden Ringraum 14 nur relativ kleine Öl­reserven. Um die Auswirkungen der ebenfalls nur sehr ge­ringen Leckverluste des ölhydraulischen Hilfskreislaufes zu begrenzen, stehen der Ringraum 11 zwischen den Dichtungen 9, 10 und der Druckraum 16 unter der Kolbenfläche des Druckübersetzers 15 mit einem hydraulischen Speicher 22 in Verbindung. Bewegt sich jedoch nach längerer Betriebs­zeit der Kolben 23 des Druckübersetzers 15 trotz der Puf­ ferwirkung des Speichers 22 weiter in Richtung auf den Zylinderboden, so wird der mit der Kolbenstange 24 mechanisch oder berührungsfrei gekoppelte Berührungsschalter 25 be­tätigt und ein entsprechender Stromkreis 26 geschlossen, der über nicht dargestellte hydraulische Schalteinrich­tungen ein erneutes Befüllen des Druckübersetzers 15 und des Druckspeichers 22 bewirkt. Durch ebenfalls nicht dargestellte Steuer- und Verriegelungseinrichtungen ist gewährleistet, daß das Befüllen des Druckübersetzers 15 nur bei Stillstand der Pumpe erfolgt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der ölhydraulische Hilfskreislauf während des Betriebs der Pumpe ständig zugeschaltet und dadurch der stufenlose Druckabbau erhalten bleibt.

[0016] Zur Beaufschlagung des Ringraumes 11 zwischen der ersten Dichtung 9 und der zweiten Dichtung 10 kann jedoch auch ein anderer ölhydraulischer Hilfskreislauf gewählt werden, in dem zwecks Erzeugung einer Schmierwirkung unter der Dichtung 9 ein gegenüber dem Arbeitsdruck im Zylinderraum erhöhter Druck herrscht, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist. Dies ist immer dann vorteilhaft, wenn das Druckmedium, das auf hohe bzw. höchste Drücke gebracht werden soll, über eine ausreichende Schmierwirkung verfügt. In diesem Falle wird die mit dem oder den Arbeitsräumen 12 der Pumpe ver­bundene Leitung 13 im Gegensatz zur Ausführung gemäß Abb. 2 mit dem Druckraum 16 unter der Kolbenfläche des Drucküber­setzers 15 verbunden, während der Ringraum 14 dieses Druck­übersetzers über die Leitung 17 mit dem Ringraum 11 zwischen den Dichtungen 9, 10 in Verbindung steht. Hierdurch ent­steht im Ringraum 11 ein gegenüber dem Druck im Arbeitsraum 12 geringfügig erhöhter Druck, so daß bei der oszillieren­den Bewegung der Kolbenstange 3 stets Öl unter die Dich­tung 9 gezogen und damit die erforderliche Schmierwir­kung erreicht wird. Der Druckspeicher 22 bewirkt, daß die auch in diesem Falle nur geringen Leckverluste des ölhydrauli­schen Hilfskreislaufes über lange Zeiträume hinweg aufge­fangen werden können. Sollte sich trotzdem nach längerer Betriebszeit der Kolben 23 des Druckübersetzers 15 seiner Endlage nähern, so daß im Druckraum 14 nur noch sehr wenig Ölvolumen ansteht, dann wird auch in diesem Falle der Schalter 25 betätigt und der dazugehörige Stromkreis 26 geschlossen, so daß beim darauffolgenden nächsten Still­stand der Pumpe eine automatische Neubefüllung des Druck­übersetzers 15 erfolgt.

[0017] Die Drücke in den Ringräumen zwischen den hintereinander angeordneten Dichtungen verändern sich mit dem Druck im Ar­beitsraum 12 des oder der Zylinder 4 der Pumpe, weil sämt­liche ölhydraulischen Hilfskreisläufe über Druckübersetzer miteinander bzw. mit dem Arbeitsraum 12 gekoppelt sind.

[0018] Die Ausführungsvariante gemäß Abb. 4 verfügt über drei hintereinander angeordnete Dichtungen 9, 10, 27 und zwei zwischen diesen Dichtungen befindliche Ringräume 11, 28 sowie zwei diesen Ringräumen zugeordnete ölhydraulische Hilfs­kreisläufe. Die beiden Hilfskreisläufe dienen dazu, den im Druckraum 12 der Pumpe herrschenden Betriebsdruck über zwei Zwischenstufen hinweg schrittweise abzubauen. Während der Druckübersetzer 15 mit den Verbindungsleitungen 13, 17 bewirkt, daß der Druck im Ringraum 11 gegenüber dem Druck im Arbeitsraum 12 stark vermindert ist und dadurch die Dich­tung 9 nur den Differenzdruck abzudichten braucht, wird durch den zweiten ölhydraulischen Hilfskreislauf mit dem Druck­übersetzer 29 der Stichleitung 30 und der Verbindungslei­tung 31 zum Ringraum 28 erreicht, daß auch die Dichtung 10 nur den Differenzdruck zwischen den Ringräumen 11, 28 abzudichten braucht und demzufolge in hohem Maße kraftent­lastet ist. Die Dichtung 27 hat dann nur noch den im zwei­ten ölhydraulischen Hilfskreislauf herrschenden Druck abzu­dichten.

[0019] Soll erreicht werden, daß die bei beliebig hoher Anzahl von Dichtungen und dazwischen angeordneten Ringräumen 11, 28.. auf die einzelnen Dichtungen wirkenden Kräfte gleich groß sind, so wird der Druck in den einzelnen aufeinanderfolgen­ den Zwischenstufen vom Arbeitsraum 12 aus in Form einer arithmetischen Reihe abgebaut. Wenn beispielsweise in der Ausführungsform gemäß Abb. 4 der Druck im Arbeitsraum 6.000 bar betragen würde, dann müßte im Ringraum 11 ein Druck von 4.000 bar und im Ringraum 28 ein solcher von 2.000 bar herrschen. Nur in diesem Falle sind die Differenzdrücke und die Kräfte, die auf die Dichtungen 9, 10, 27,... einwir­ken, gleich. Da in den Druckübersetzern 15, 29,... der Druck nach geometrischen Verhältnissen reduziert wird, wird bei Annahme beliebig vieler Druckstufen eine arithmetische Reihe mit einer geometrischen Progression in Übereinstimmung ge­bracht. Hieraus ergibt sich - vom Arbeitsraum 12 aus ge­zählt - bei insgesamt n-Dichtungen zum stufenweisen Druck­abbau der Druck im ölhydraulischen Hilfskreislauf hinter der i-ten Dichtung aus dem Druck im vorausgegangenen ölhydrau­lischen Hilfskreislauf, d.h. dem Druck im Hilfskreislauf vor der i-ten Dichtung, durch Multiplikation mit dem Proportionalitätsfaktor.

[0020] Die Druckübersetzer können demnach bei dem angestrebten gleichen Differenzdruck beiderseits der Dichtungen, d.h. bei der Forderung, daß auf alle Dichtungen die gleichen Kräfte wirken, nicht gleich groß sein.

[0021] Auf Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Dichtungs­satz einer Kolbenpumpe dargestellt, bei dem wegen fehlen­der Schmierwirkung des Arbeitsmediums im ersten ölhydrauli­schen Hilfskreislauf zunächst ein gegenüber dem Druck des Arbeitsmediums im Zylinderraum 12 erhöhter Druck herrscht, um die Dichtung 9 hinreichend zu schmieren. Anschließend erfolgt über die weiteren ölhydraulischen Hilfskreisläu­fe in den Ringräumen 28, 35 ein stufenweiser Druckabbau, wobei die letzte Dichtung 36 den Restdruck im Ringraum 35 gegen den Atmosphärendruck abdichtet. Der Drucküber­setzer 15 bewirkt demzufolge für den dahinter geschalte­ten ölhydraulischen Hilfskreislauf eine Druckerhöhung, während die Druckübersetzer 29, 37 zu Druckminderungen in den jeweils nachgeschalteten ölhydraulischen Kreislaufen führen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Bezugs­druck für den stufenweisen Druckabbau der Druck im Ring­raum 11 ist und die Dichtungen von der Dichtung 10 an ge­zählt werden, wenn zur Gleichhaltung der auf die einzelnen Dichtungen wirkenden Kräfte der vorgenannte Proportionali­tätsfaktor

beibehalten werden soll. Die Druckspeicher 22, 32, 38 dienen - wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Abb. 2 -4 - dazu, bei etwaigen Leckverlusten in den ölhydraulischen Hilfs­kreisläufen Ölreserven zur Verfügung zu stellen, um den Be­trieb der Pumpe und den stufenweisen Druckabbau möglichst lange aufrechterhalten zu können. Nicht dargestellte Be­füllungseinrichtungen sorgen - wie in den vorgenannten Bei­spielen - dafür, daß bei Stillstand der Pumpe ein automati­sches Nachfüllen der Druckübersetzer erfolgt.

[0022] Zur Erzeugung extrem hoher Drücke werden häufig auch Dif­ferentialkolbenpumpen benutzt, die ihrer physikalisch-tech­nischen Wirkungsweise entsprechend ebenfalls als "Druck­übersetzer" bezeichnet werden. Derartige Differentialkol­benpumpen können gemäß Abb. 6 "einseitig arbeitend" oder gemäß Abb. 7 auch "doppelseitig arbeitend" aufgebaut sein. Bei Differentialkolbenpumpen wird der Antriebskolben, d.h. der Kolben größeren Durchmessers, mit Hydraulikmedium und einem technisch gerade noch gut beherrschbaren Druck, d.h. je nach Anwendungsfällen zwischen 200 und 400 bar, betrie­ben, der dann auf den extrem hohen Druck des Arbeitsmediums "übersetzt" wird. Für die Arbeitskolben derartiger Differen­tialkolbenpumpen läßt sich das erfindungsgemäße Dichtungs­prinzip mit hintereinander geschalteten Dichtungen und öl­ hydraulischen Hilfskreisläufen für den stufenweisen Druckab­bau gleichermaßen anwenden. In dem Ausführungsbeispiel ge­mäß Abb. 6 erfolgt durch die drei hintereinander angeord­neten Dichtungen 9, 10, 27 über die beiden ölhydraulischen Hilfskreisläufe und die Ringräume 11, 28 ein stufenweiser Abbau des Druckes im Arbeitsraum 12. Der Druckübersetzer 15 ist so geschaltet, daß der Druck im Ringraum 11 bereits ent­sprechend dem stufenweisen Abbau gegenüber dem Druck im Ar­beitsraum 12 vermindert ist. Der Aufbau der beiden ölhy­draulischen Hilfskreisläufe entspricht voll dem Analogbeispiel für die Reihenkolbenpumpe gemäß Abb. 4.

[0023] Der zum Antrieb dienende Kolben 39, der sich - mit dem Ar­beitskolben 3 fest verbunden - im Gehäuse 40 hin und her bewegt, wird über die Druckzu- bzw. -abführungen 41, 42 ab­wechselnd mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wobei über nicht dargestellte Steuereinrichtungen das jeweilige Um­steuern in den Endlagen erfolgt.

[0024] Auf Abb. 7 ist eine Differentialkolbenpumpe in doppelt wirkender Arbeitsweise dargestellt, bei welcher der An­triebskolben 39 über die Druckzuführungen 41, 42 wechsel­seitig mit Hydraulikflüssigkeit mittleren Druckes beauf­schlagt und im Zylinder 40 hin und her bewegt wird. Das Umsteuern erfolgt über ebenfalls nicht dargestellte Steuereinrichtungen.

[0025] Die ölhydraulischen Hilfskreisläufe für die Dichtungen 9, 10, 27, 36 der beiden Arbeitskolben 3 entsprechen in ihrem Aufbau dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 5. In den Druck­übersetzern 15 wird der Druck für die Ringräume 11 zunächst gegenüber dem im Arbeitsraum 12 herrschenden Druck des Ar­beitsmediums geringfügig erhöht, um eine ausreichende Schmierwirkung für die Dichtungen 9 zu erreichen. Über die beiden nachgeschalteten ölhydraulischen Hilfskreisläufe mit den Druckübersetzern 29, 37, die mit den Ringräumen 28, 35 in Verbindung stehen, wird der in den Ringräumen 11 herrschende Druck dann anschließend stufenweise abgebaut.

[0026] Sich gegenseitig entsprechende ölhydraulische Hilfskreis­läufe beider Arbeitskolben können nicht hydraulisch mitein­ander verbunden werden, da infolge der spezifischen Arbeits­weise der beidseitig wirkenden Differentialkolbenpumpen jeweils die eine Seite mit hohem Druck belastet wird, während die andere Seite neue Flüssigkeit ansaugt, wodurch der Ar­beitsraum 12 und die Ringräume 11, 28, 35 drucklos sind.

[0027] Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich um solche, die über besondere technische, verfahrens­technische und wirtschaftliche Vorteile verfügen. Durch Kombination der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele ist jedoch eine Vielzahl weiterer Konzeptvarianten mit dem grundsätzlichen Erfindungsgedanken möglich.

Ansprüche

1. Kolbenpumpe mit Arbeitskolben zur Verdichtung von Flüssigkeiten und Gasen, vorzugsweise auf extrem hohe Drücke, als Bestandteil von Kolbenpumpen, vornehmlich Reihenkolben- oder Differentialkolbenpumpen, mit Ein­richtungen zum Befüllen und Entleeren des Arbeitsrau­mes, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei bis zu maximal beliebig vielen Dichtungen (9, 10, 27, 36 ...) hintereinander angeordnet sind, und daß sich in den Zwischenräumen zwischen jeweils zwei benach­barten Dichtungen vorzugsweise ringförmige Druckräu­me (11, 28, 35...) befinden, denen hydraulische Hilfs­kreisläufe zugeordnet sind.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem zwischen zwei Dichtungen angeordneten Ring­raum (11, 28, 35...) ein eigener hydraulischer Hilfs­kreislauf zugeordnet ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die einzelnen hydraulischen Hilfskreis­läufe über Druckübersetzer (15, 29, 37...) miteinander gekoppelt sind.

4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübersetzer (15, 29, 37...) mit ihren Ringräumen (14, 33,...) und ihren Kolbenräumen (16, 34,...) derart in die hydraulischen Hilfskreisläufe eingebaut sind, daß vom Arbeitsraum (12) her gesehen über die Dichtungen (9, 10, 27, 36,...) ein stufenweiser Abbau des im Arbeitsraum (12) herrschenden Druckes erfolgt.

5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdrücke zwi­schen zwei benachbarten Druckräumen (12, 11, 28, 35,...) über den ganzen Dichtungssatz hinweg gesehen gleich groß sind, um die auf die einzelnen Dichtungen (9, 10, 27, 36,...) wirkenden Kräfte niedrig zu halten und im Arbeitsraum (12) herrschenden Druck in gleich großen Druckstufen abzubauen.

6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen hydrauli­schen Hilfskreisläufe Druckspeicher (22, 32, 38,...) eingebaut sind, um Leckverluste auszugleichen.

7. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Druckübersetzern (15, 29, 37,...) Schalteinrichtungen (25) vorgesehen sind, die vorzugsweise beim Stillstand der Pumpe ein automatisches Neubefüllen der hydraulischen Hilfskreisläufe mit Druck­flüssigkeit bewirken, wenn die Leckverluste dies erfor­derlich machen.

8. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den hydraulischen Hilfs­kreisläufen Öl als Druckmedium benutzt wird.

9. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Druckübersetzer (15), der den hydraulischen Arbeitsraum (12) mit dem ersten zwischen den Dichtungen (9, 10) gelegenen Ringraum (11) verbindet, der Kolbenraum (16) mit dem Arbeitsmedium im Raum (12) und der Ringraum (14) mit dem Ringraum (11) verbunden sind, so daß zwecks Erreichung einer Schmier­wirkung unter der Dichtung (9) im Ringraum (11) ein ge­genüber dem Arbeitsraum (12) erhöhter Druck herrscht.

10. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Mehrkol­benpumpen jeder Arbeitskolben (3) über eigene hydrauli­sche Hilfskreisläufe verfügt, die nicht mit den Hilfskreis­läufen der übrigen Arbeitskolben in Verbindung stehen.

Zeichnung