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Title:
DUPLEX PLUNGER PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1986/001260
Kind Code:
A1
Abstract:
In a hydrostatically controlled duplex plunger pump (10) for driving liquids laden with abrasive particles, flowing muds, emulsions or other similar liquids, each plunger piston (14) is coupled to a hydraulic double acting piston-cylinder unit (16a, 16b) of which the intake is controlled by a hydraulic medium so that the travel of its pistons is each time inverted. The extension (b) of the maximum working travel (a+b) of the piston-cylinder units (16a; 16b) is designed to be longer than the working travel (a) of the plunger piston (14) of the respective coupled supply pump (12a; 12b) so that upon a total travel of the maximum working stroke of the piston-cylinder units (16a; 16b) the plunger pistons (14) come out completely of the corresponding cylinder (22). During the normal operation of the pump, the return stroke of the hydraulic piston-cylinder units (16a, 16b) is limited to an extension (a) corresponding to the working stroke (a) of the plunger pistons. Alternatingly, it is possible to control the hydraulic piston-cylinder units (16a; 16b) so that they have a maximum return stroke (a+b), thereby enabling, upon a necessary dismounting, to take the plunger pistons (14) out of their respective cylinder (22).

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Inventors:
OBERMANN KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP1985/000382
Publication Date:
February 27, 1986
Filing Date:
July 30, 1985
Export Citation:
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Assignee:
OBERMANN KLAUS (DE)
International Classes:
F01B23/08; F01B31/12; F04B9/117; F04B15/00; F04B15/02; F04B53/16; (IPC1-7): F04B9/10; F01B31/12; F04B15/00
Domestic Patent References:
WO1980000867A11980-05-01
Foreign References:
DE1166625B1964-03-26
DE1653415A11971-09-02
US3405522A1968-10-15
FR2362284A11978-03-17
US2330781A1943-09-28
DE1073310B
Other References:
PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN, Volume 6, No. 10, 21 January 1982, page 888M 107 & JP, A, 56129778 (Seiatsu K.K.) 12 October 1981
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Hydrostatisch angetriebene DuplexPlungerPumpe für die Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen ' S, bei welcher jeder Plungerkolben mit einer doppelt wirkenden hydraulischen KolbenZylinderEinheit ge¬ koppelt ist, deren Beau schlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Arbeitshub (a + b) der hydraulischen KolbenZylinder Einheiten. (16a} 16b) gegenüber dem Arbeitshub (a) des Plungerkolbens (1 ) der jeweils angekoppelten Förderpumpe (I2aj 12b) um ein solches Maß (b) größer bemessen ist, daß die Plungerkolben (1 ) bei vollem Ausfahren des maximalen Arbeitshubes (a + b) der Kolben ZylinderEinheiten (l6aj 16b) vollständig aus dem zugeordneten Plungerzylinder (22) herausgezogen werden, daß der Rückhub der hydraulischen KolbenZylinder Einheiten (16a; 16 ) bei normalem Pumpenbetrieb durch entsprechende Ansteuerung der hydraulischen Steuerorgane auf ein dem Arbeitshub (a) der Plunger¬ kolben (14) entsprechendes Maß (a) begrenzt ist, und daß die hydraulischen Steuerorgane (82) wahlweise Z.I derart ansteuerbar sind, daß die hydraulischen Kolben ZylinderEinheiten (l6aj 16b) den maximalen Arbeits¬ hub (a + b) ausführen.
2. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 » dadur ch gekennzeichnet , daß die den Plungerkolben (14) zugeordneten KolbenZylinderEinheiten (l6af 16b ) durch Hintere Anander schaltung hydraulisch gekoppelt sind.
3. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenstangenlosen Arbeit sräume (46) der Zylinder (42) der KolbenZylinderEAnheAten (l6aj 16b) durch eine Leitung direkt verbunden sind, während die von en Kolben stangen (38 ) durchsetzten Arbeitsräume (44) der KolbenZylinderEinheiten jeweils an einer An Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung (88 } ) angeschlossen sind .
4. Pumpe nach Anspruch 4, dadur ch gekennzeichnet , daß die von den Kolbenstangen (3^ ) durchsetzten Arbeit e— räume (44 ) der Zylinder (42) der Kolben Zylinder Einheiten (löaj l6b) durch eine Leitung direkt ver¬ bunden sind, während die kolben stangen los en Arbeit s¬ räume (46 ) der KolbenZylinderEinheiten j eweils an βinerAn Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82 ) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind.
5. 7« Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß an der die Arbeitsräume (46) beider Kolben ZylinderEAnheAten (l6aj 16b ) direkt verbindenden Leitung (56) oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume (46) eAne Ausglβich leAtung (94) angeschlossen Ast , welche über ein Wege ventil (98 ) von der SteuereAnheAt (72) gesteuert mit der das Hydraulikmedium zuführenden Leitung (88 ) oder der das Hydraulikmedium abführenden Leitung (90 } 88 ) ver indbar oder gegen Durchströmung verschl bar ist .
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch geke zeichnet, daß die Förderpumpen (l2a$ 12b) und die jeweils zugeordneten Kolben Zyl And erEinheiten (l6aj 16b ) zueinander fluchtend in einem dem maximal mögli Arbeitshub (a + b ) der Kolben ZylinderEAnheAten (l6a; 16b ) entsprechenden Abstand voneinander gehalt und die Plungerkolben (l4) durch die diesen Abstand üb erdrückenden Kolbenstangen (38 ) mit dem Kolben (20 der jeweils zugeordneten hydraulischen KolbenZylind Einheit (l6a| 16b) verbunden sind, und daß die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolb stangen (38 ) angeordneten Annäher ungs Schaltern (68 ) gebildet werden, welche durch einen auf der jeweilig Kolbenstange (38 ) vorgesehenen Auslöser (Radialflans 66 ) geschaltet werden. « Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 t dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Förderpumpen (11 } 212 ) und der jeweils zuge¬ ordneten hydraulischen KolbenZylinderEinheit (116 216 ) durch Verwendung des sie koppelnden Bauteils als Funktions teil sowohl der Förderpumpe (112 ) 212) als auch der zugeordneten Kolben Zylinde EAnheAt (ll6| 216) verringert ist .
7. Pumpe nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (l42) der hydraulischen Kolben Zyl Ande Einheiten (116) gleichzeitig als Plungerkolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (112) ausgebildet ist .
8. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Sensoren (l68 ) neben dem Hubweg de Zylinder (142) der Kolben Zyl Inder EAnheAtβn (ll6 ) angeordnete Annäherung s schalt er (l68 ) sind, welche durch einen von der Außenseite des jeweiligen Zylinders (l42) vortretenden Auslöser (Radialflansc 166) geschaltet werden.
9. Pumpe nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstangen (238 ) der hydraulischen Kolben ZylinderEinheiten (216) gleichzeitig den Plunger¬ kolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (212 ) bilden .
10. « Pumpe nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstangen (238 ) der hydraulischen Kolben ZylinderEinheiten (216) Am wesentlichen üb er ihre gesamte Längs hohlgebohrt und lediglich an dem im Plungerzylinder (222) liegenden Ende verschlossen sind , während die Hohlbohrung (239 ) am gegenüber¬ liegenden Ende durch den Kolben (220 ) der Kolben ZylinderEinheiten (216) hindurchge füh t Ast und im plunger zylind er abgewandten Arbeitsraum (246 ) der KolbenZylinderEinheit (216 ) offen mündet , daß der plun er zylind er abgewandte Arbeitsraum (246) der jeweiligen hydraulischen Kolben Zyl AnderEAnhe At (216) von einem in der diesen Arbeit sraum (246) am kolbenabgewandten Ende verschließenden Stirnwand, (252) gehaltβrten, in die Hohlbohrung (239 ) ein¬ tretenden Rohr (24l) aus un agne tischen. Material durchsetzt wird, in welchem in den Totpunkten der hydraulischen KolbenZylinderEinheit (216 ) sowie gegebenenfalls einer HubMittelstellung ent sprechenden Abständen magnetisch auslösbare Schalter (268 ) als elektrische Sensoren angeordnet sind, und daß An der Hohlbohrung ein Magnet (266 ) vorge sehen ist, welcher die elektrischen Schalter (268 ) in der jeweils zugeordneten Hub st eilung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführbares elektrische s Signal entwickelt .
11. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennze ichnet , daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268 ) im un magnetis chen Rohr angeordnete ReedKontakte sind . z .
12. Pumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268) Am unmagnetischen Rohr durch ein ausge¬ härtetes Gießharz ( 4 ) fixiert sind.
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15 , dadurch gekennzeichnet, daß die den Plungerkolben (l4| 1 2$ 238) im Austrittsbereich aus dem Plungerzylinder abdichtende Dichtung (24} 124} 224) auf der dem j O Plunger rbeit sraum (28 } 128 } 228) abgewandten Rück« seite durch eine unter Druck stehende Sperrflüssigkeit beaufschlagt ist.
14. Pumpe nach Anspruch 16 , gekennzeichnet durch eine 15 DruckSteuervorrichtung für die Sperrflüs sigkeit , welche den Druck der Sperrflüssigkeit in proportionaler Abhängigkeit von dem im zu fördernden Medium augen¬ blicklich herrschenden Druck steuert.
Description:
- -

Die Erfindung betrifft eine hydrostatisch angetriebene Duplθ-x-Plunger-Pumpe für die Förderung von mit abraaivβn Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fliβßfähigβn Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plungerkolben mit der.Kolbenstange einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beau schlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegen- sinnige Ξubbewegungen ausführen«

Hydrostatisch angetriebene Duplex-Solbenpumpen dieser

Art sind als Spülpumpen für Tiefbohranlagen oder Preß— wa3serpumpen bekannt (DE-AS 1 019 5^3 ) t wobei die das eigentliche Spülmedium fördernden Pumpen allerdings als doppelt wirkende Kolbenpumpen ausgebildet sind, welche für die Förderung von mit abrasivβn Teilchen beladenen

Flüssigkeiten und Schlämmen weniger geeignet sind, als die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen kolben - an sich bekannten - Plunger- oder Taucijpumpen, bei welchen keine dem Verschleiß unterliegenden Kolben¬ dichtungen vorgesehen sind. Lediglich die den Plunger¬ kolben an der Austrittaseite aus dem Plungerzylinder abdichtenden Dichtungen sind dem Angriff des zu fördernden Mediums und somit dem Verschleiß ausgesetzt und müssen deshalb möglichst einfach austauschbar angeordnet und/oder in besonderer Weise gegen Verschleiß geschützt ausgebildet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten hydrostatisch angetriebenen Duplex-Pumpen so weiterzu¬ bilden, daß sie bei hoher Förderleistung auch die Förderung

von stark abrasiven Medien gestatten, wobei hohe Zuver∞ lässigkeit einerseits und eine einfache und schnelle

Montage von Verschleißteilen andererseits angestrebt wird.

Ausgehend von einer Pumpe der eingangs erwähnten Art dies diese Aufgabe erf£ndungsgemäß dadurch gelöst, daü der maximale Arbeitahub der hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheiten gegenüber dem Arbeitsnub des Plungerkolbens der jeweils angekoppelten Fördβrpumpe um ein solches Maß größer bemessen ist, daß die Plungerkolben bei vollem Ausfahren des maximale Arbeitshubes der Kolben-Zylinder- Einheiten vollständig aus dem zugeordneten Plungerzylinder herausgezogen werden, daß der Rückhub der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten bei normalem Pumpenbetrieb jedoch, durch, entsprechende Ansteuerung der hydraulisches Steuerorgane auf ein dem Arbei shub der Plungerkolben ent¬ sprechendes Maß begrenzt ist, und daß die hydrauliscnen Steuerorgane wahlweise derart ansteuerbar sind, daß di© hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten den maximalen Arbeitshub ausführen. Somit wird es möglich, die - vor allem bei größeren Pumpeneinheiten - relativ großen und somit schweren Plungerkolben durch die in der Pumpe selbst eingebauten Kolben-Zylinder-Einheiten aus dem Plunger- Zylinder herauszuziehen, wenn dies - beispielsweise zum Austausch verschlissener Dichtungen - erforderlich ist. Eventuelle Undichti keiten zwischen dem Plungerkolben und dem Plungerzylinder können also in kürzester Frist ohne Demontage des gesamten Pumpenaggregats behoben werden.

Die hydraulischen Steuerorgane sind vorzugsweise durch, in Abhängigkeit von der Hubstellung der Plungerkolben in einer Steuereinheit entwickelte elektrische Signale

betätigte Steuerventile, wobei die Steuereinheit mit zumindest die Hubendstellungen der Plungerkolben abtastenden elektrischen Sensoren verbunden ist und eine Vergleichereinheit aufweist, in welcher die zeitliche Synchron!sierung der Hubendsteilungen beider Plungerkolben verglichen und bei Zurückbleiben eines Plungerkolbens ein Steuersignal für die zugeordnete hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit derart entwickelt wird, daß die Zufuhr von Hydraulikmedium zu der dem voreilenden Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder« Einheit solange vermindert oder vollständig gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben seine Hübend- stellung erreicht hat-.

Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, die Hubmittelstellung der Plungerkolben abtastende, mit der Steuereinheit ver¬ bundene elektrische Sensoren vorzusehen, welche eine zusätzliche Synchronis erung der Plungerkolben während ihrer Arbeitshübe ermöglichen. Außerdem kann mittels der in diesen elektrischen Sensoren erzeugten Signale die Synchronisierung einer weiteren gleichartigen Duplex—

Pumpe gesteuert werden, die unter Phasenversetzung ihrer Hübe um 0 πiit der erfindungs emä en Pumpe zum Zweck der Erhöhung der FörderJeLst ng zusa engeschal et ist.

Die den Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheite können grundsätzlich jeweils gesondert von einer unter Druck stehendes Hydraulikmedium liefernden Druckmittel- quelle aus gesteuert beaufschlagt werden. Um den Steuerungs aufwand für gesonderte Steuerorgane für beide Kolben- Zylinder-Einheiten zu verringern, hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die den Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten durch Hintereinanderschaltung hydraulisch zu koppeln.

Dabei' können entweder die kolbenstangenlosen Arbeits- räume der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten durch, eine Leitung direkt verbunden werden, während die von den Kolbenstangen durchsetzten Bäume der Kolben-Zylinder- Einheiten jeweils an eine in Abhängigkeit von der

Stellung der Stβuerorgane Hydraulikmediu zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind. Alternativ können auch, die von den Kolbenstangen durchsetzten Arbeitsräume der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheites durch eine Leitung direkt verbunden sein, während die kolbenstangenlosen Arbeitsräume der Kolben-Zylinder- Einheiten jeweils an einein Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane Hydraulikmedium zuführenden bzw. ab¬ führenden Leitung angeschlossen sind. m ersterwähnten Fall wiikfe das bei einem bestimmten Druck zugeführte

Hydraulikmedium also auf die Kolbenringfläcne der aj.3 Differentialzylinder ausgebildeten hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten. Gregenüber der in der zweiten Alternativ vorgesehenen Beaufschlagung der vollen Kolben lache wird somit eine geτ±ngQτe hydrostatische Antriebskraft für die Plungerkolben erzeugt, wobei jedoch, ein schnellerer Kolbenhub erfolgt, da die von den Kolbenstangen durch¬ setzten Arbeitsräume der Kolben-Zylinder-Einheiten ein um das Volumen der Kolbenstange geringeres Schluckvoluπxen haben und somit schneller gefüllt werden. Von den beiden vorerwähnten Alternativen der nydraulisehen Koppelung der Kolben-Zylinder-Einheiten wird die erste Alternative also zweckmäßig dann angewandt, wenn hohe Fördermengen bei geringeren Drücken angestrebt werden, wälirend umgekehrt im zweiten Fall bei geringeren Fördermengen höhere Drücke erreicht werden. Dabei sind sogar hydraulische Schaltungen denkbar, bei denen die Kolben-Zylinder-Einheiten zunächst in der ersten Alternativen, d.h. mit hoher Fördermenge und geringem Förderdruck und - nach Ansteigen des

Gegendrucks-durch. Umschaltung nach der zweiten Alternative mit ge ±ngβτer Fördermenge und höherem Förderdruck betrieben werden.

5 An der die Arbeitsräuraβ beider Kolben-Zylinder-Einheiten direkt verbindenden Leitung oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume ist zweck¬ mäßig eine Ausgleichsleitung angeschlossen, welche über ein Wegeventil von der Steuereinheit gesteuert mit der ° das Hydraulikmedium zuführenden Leitung oder der das

Hydraulikmedium abführenden Leitung verbindbar oder gegms, Durchströmung verschließbar ist. Durch, über die Ausgleiehs- leitung zu- oder abgeführtes Hydraulikmedium können deshalb eventuelle Leckverluste von Hydraulikmedium ausgeglichen 5 werden, welche zu einem unsynchronen Antrieb beider Plunger¬ kolben führen würden.

Der konstruktive Aufbau der erfindungs emäßen Pumpe kann so getroffen sein, daß die Plungerpumpen und die jeweils 0 zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten zueinander flucntend in einem dem maximal möglichen Arbeitshub der Kolben- Zylinder-Einheiten entsprechenden Abstand voneinander gehaltert und die Plungerkolben durch die diesen Abstand überbrückenden Kolbenstangen mit dem Kolben der jeweils

»5 zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit ver¬ bunden sind, wobei dann die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolbenstangen angeordneten Annäherung3■ Schaltern gebildet werden, welche durch einen auf der jeweiligen Kolbenstange vorgesehenen Auslöser geschaltet 0 werden. Die so aufgebauten Pumpen haben allerdings eine relativ große axiale Erstreckung, zumal ja konstruktiv der für das völlige Herausziehen der Plungerkolben aus dem Plungerzylinder erforderliche zusätzliche Hub der Kolben- Zylinder-Einheiten berücksichtigt werden muß.

Eine Verringerung der axialen Länge solcher Pumpen ergibt sich dann, wenn der axiale Abstand zwischen den Plungerpumpen und der jeweils zugeordneten hydrau¬ lischen Kolben-Zylinder-Einheit durc Verwendung des sie koppelnden Bauteils als Funktionsteil sowohl der

Plungerpumpe als auch der zugeordneten Kolben-Zylinder« Einheit verringert ist.

So ist es beispielsweise möglich., den Zylinder der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten gleichzeitig ls Plungerkolben der jeweils zugeordneten Plungerpumpe auszubilden.

Die elektrischen Sensoren für die Steuerung des Hubes und die Synchronisierung der beiden Antriebe sind dann neben dem Hubweg der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnete Annäherungsschal er, welche durch, einen von der Außenseite des jeweiligen Zylinderβ vortretenden Auslöser geschaltet werden.

Andererseits ist es auch, möglich, die Ausgestaltung so zu treffen, daß die Kolbenstangen der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten gleichzeitig den Plungerkolben der jeweils zugeordneten Plungerpumpe bilden.

Die Anordnung der elektrischen Sensoren für die Steuerung dann der Pumpe wird/dadurch ermöglicht, daß die Kolbenstangen der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten im wesent¬ lichen über ihre gesamte Länge hohlgebohrt und lediglich an dem im Plungerzylinder liegenden Ende verschlossen sind, während die Hohlbohrung am gegenüberliegenden Ende durch den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten hindurchgeführt ist und im plungerzylinderabgewandten Arbeitsraum der

Kolben-Zylinder-Einheit offen mündet, daß der plunger¬ zylinderabgewandte Arbeitsraum der jeweiligen hydrau¬ lischen Kolben- ylinder-Einheit von einem in der diese Arbeitsraum am kolbenabgewandten Ende verschließenden Stirnwand gehalterten, in die Hohlbohrung eintretenden Rohr aus unmagnetischem Material durchsetzt wird, in welchem in den Totpunkten der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten sowie gegebenenfalls einer Hub-Mitt Stellung entsprechenden Abständen magnetisch, auslöbare Schalter als elektrische Sensoren angeordnet sind, und in der Hohlbohrung ein Magnet vorgesehen ist, welcher elektrischen Schalter in der jeweils zugeordneten Hub¬ stellung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführba und in ihr verarbeitbares Signal entwickelt.

Die magnetisch auslösbaren Schalter sind dabei zweck¬ mäßig im unmagne schen Rohr angeordnete Reed-Kontakte welche durch, ein nach, ihrer Montage in das Rohr einge¬ gossenes und anschließendes ausgehärtetes Gießharz fixiert sein können.

Zur Verminderung des Verschleißes der den Plungerkolbe im Austrittsbereich aus dem Plungerzylinder abdichtend Dichtung empfiehlt es sich, diese Dichtung auf der dem Plunger-Arbeitsraum abgewandten Rückseite durch eine u Druck stehende Sperrflüssigkeit, z.B. Preßwasser, zu beaufschlagen.

Hinsichtlich einer Verschleißverringerung besonders wirksam ist dann eine Ausgestaltung, bei welcher der D der Sperrflüssigkeit mittels einer Druck-Steuervorrich in proportionaler Abhängigkeit von dem im zu fördernde Medium augenblicklich herrschenden Druck gesteuert wir

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispielθ in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Drau sicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs emäßen Duplex-Plunger-Pumpe, in welcher auch schematisch ein Schaltbild des hydraulischen Antriebs der Kolben-Zylinder- Einheiten dargestellt ist;

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzel¬ aggregat eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Plungerpumpe; und Fig. 3 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzel¬ aggregat eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plungerpumpe.

In Figur 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Duplex-Tauchkolben- oder Plungerpumpe gezeigt, welche aus zwei parallel nebeneinander ange¬ ordneten gleichartigen Einzel-Pumpeneinheiten 10a und 10b zusammengesetzt ist, die ihrerseits jeweils aus der eigentlichen Förderpumpe 12a bzw. 12b und je einer am Plungerkolben l dieser Förderpumpen angekoppelten doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 16a bzw. 16b zusammengesetzt sind. Die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, 16b sind über eine hydraulische Schaltung von einer Pumpe 18 aus derart gesteuert mit Hydraulikmedium beaufschlagbar, daß ihre Kolben 20 und somit die angekoppelten Plungerkolben i jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, d.h. bei einem Antrieb der Förderpumpen 12a , b durch mechanische Drehantriebe, z.B. Kurbeltriebe, würde man von einer um 180 phasenversetzten Hubbewegung der Plungerkolben l sprechen.

Der Aufbau der Bauteile der Einzel-Pumpeneinheiten 10a f 10b ist weitgehend konventionell, so daß es genügt, die Ausgestaltung der Förderpumpen 12a, b der Kolben- Zylinder-Einheiten 16a, b und ihre Koppelung nachstehend nur kurz schematisch zu erläutern.

Die Fδrderpumpen 12a, b bestehen aus einem Plunger¬ zylinder 22, aus dessen einem stirnseitigen Ende der Plungerkolben l durch Dichtungen 24 gegen den Austritt des zu fördernden Mediums abgedichtet und längsverschitfe» lieh hindurchgeführt ist. Im gegenüberliegenden stirn¬ seitigen Ende ist die Saugleitung für das zu fördernde Medium über ein Rückschlagventil 26 angeschlossen, welches ein Rückströmen des beim Saughub des Plunger- kolbens 1 aus dem Plungerzylinder 12 in dessen Innen¬ raum 28 angesaugten Fördermediums in die Saugleitung beim anschließenden Förder- oder Arbeitshub verhindert. Vielmehr wird das zu fördernde Medium über eine in unmittelbarer Nähe der Dichtungen 24 die ¥andung des Plungerzylinders 22 durchsetzenden Austrittsöffnung 30 in eine nachge¬ schaltete Druckleitung 2. verdrängt, wobei ein zweites, der Aus rittsöffnung 0 nachgeschaltetes Rückschl ventil 3 sicherstellt, daß das geförderte Medium beim nach¬ folgenden Saughub nicht wieder in den Innenraum 28 zurüc - gesaugt wird. Das Rückschlagventil 3^- kann dabei - ebenso wie das Rückschlagventil 26 - als Kugelrückschlagventil ausgebildet sein.

Am freien, d.h. dem aus dem Plungerzylinder 22 vσr- tretenden Ende des Plungerkolbens 14 ist das eine Ende einer Kolbenstange 8 befestigt, welche an ihrem anderen, abgedichtet durch einen Stirndeckel 40 des Zylinders 42 der zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheit 16a, b geführten

Ende den Kolben 20 trägt, welcher den Innenraum des

Zylinders 42 in zwei großenveränderliche Arbeitsräume

44, 46 unterteilt. Diese Arbeitsräume 44, 46 sind über

Durchlaßöffnungen 48 und 50 im Stirndeckel 40 bzw. in einem das dem Stimdeckel 40 gegenüberliegende Ende des Zylinders 42 verschließenden Stimdeckel 52 anLeitunger.

54, angeschlossen, über welche abwechselnd Hydraulik« . medium von der Pumpe 18 aus in die Arbei sräume 44, 46 eingespeist und wieder abgeführt wird.

Die Plungerzylinder 22 der Förderpumpen 12a, b und die Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, b sind mit fluchtenden Längsmittellinien in vorgegebenem Abstand voneinander in einer Tragkonstruktion angeordnet, die im gezeigten Fall von je einer, die Plungerzylinder 22 und die Zylinder 42 halternden Trägerplatte 58 bzw. 60 und diese Platten auf dem vorgegebenen Abstand haltende eingeshweißte Längsstreben 62 gebildet wird. In dem in der Trägerkonstruktion gebildeten Zwischenraum oszillieren also die miteinander verbundenen Enden der Kolbenstangen, S und der Plungerkolben 14, wobei die Verbindung jeweils durch eine teilbare Verbindungsschelle 64 mit einem radial umlaufenden Flansch 66 erfolgt, der jeweils als Auslöser für von den Längsstreben 62 gehalterte elek- trische Sensoren in Form von berührungslos arbeitenden N herungsSchaltern 68 dient. Diese Naheruήgsschalter 68 sind in solcher Lage an den Längsträgern 62 gehaltert, daß vom Radial lansch 66 der jeweils zugeordneten Ver¬ bindungsschelle 64 gerade dann ein elektrisches Steuer- Signal in ihnen erzeugt wird, wenn der zugehörige Plunger¬ kolben 14 in der e.lnen oder anderen Hübend- oder Totpunkt¬ stellung steht. Der Abstand a zwischen den beiden äußersten Naherungsschaltei 68 einer Einzel-Pumpeneinheit 10a, b

ist also gleich dem Arbeitshub a der zugeordneten Plungerkolben 14. Für bestimmte, im folgenden noch näher erläuterte Zwecke kann auf halbem ¥eg zwischen den N herungsSchaltern 68, d.h. bei einem Hubweg a/2. jeweils noch ein weiterer, in der Zeichnung nur strich¬ punktiert angedeuteter Näherungsschalter 68 vorgesehen sein. Die in den NäherungsSchaltern 68 erzeugten Signale werden über elektrische Leitungen 70 einer Steuereinheit 72 zugeführt, von welcher aus die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, l6b mit Hydraulikmedium gesteuert wird.

Die Länge der Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten l6a, l6b ist so bemessen, daß der maximal mögliche Arbeits— nub ihrer Kolben 20 um die Strecke b länger als der Arbeits¬ hub a der Plungerkolben 14 ist. Der zusätzlich mögliche Hubeweg b ist dabei so gewählt, daß der Plungerkolben 14 bei Ausnutzung des maximal möglichen Arbeitshubes a + b der Kolben-Zylinder-Einheiten l6a, b vollständig aus dem zugehörigen Plungerzylinder 22 herausgezogen wird. Dies kann beispielsweise dann erforderlich werden, wenn die die Plungerkolben l4 in den zugeordneten Plungerzylindern 22 abdichtenden Dichtungen 24 wegen Verschleißes ausge¬ tauscht werden müssen. Beim normalen Betrieb wird in olge der geschilderten Anordnung der Näherungsschalter 68 dagegen auch in den Kolben-Zylinder-Einheiten nur der normale Hubweg a zurückgelegt.

Das für die Beau schlagung der hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheiten l6a, b er orderliche Hydraulikmedium wird von der oben erwähnten, von einem Motor 78 angetriebenen Hochdruckpumpe 18 geliefert, welche es aus einem Vorrats- behälter 80 ansaugt und in eine zu einem elektromagnetisch

schaltbaren Wegeventil 82 führende Leitung 84 ein¬ speist, von dem andererseits eine Leitung 86 zum Vorratsbehälter 80 zurückführt. Das Wegeventil 82 ist beim dargestellten Au3führungsbeispiel andererseits über Leitungen 88 und 9° π-At d n zu den Arbeits-täumen

44 der Kolben-Zylinder-Einheiten l6a, b führenden Durch-» 1aßöffnungen 48 verbunden. Je nach SchaltStellung des Ventils 82 wird das von der Pumpe 18 geförderte Hydraulik¬ medium also in die Arbeitsräume 44 der Kolben-Zylinder= Einheit 16a bzw. der Kolben-Zylinder-Ξinheit l6b gefördert, wobei das Hydraulikmedium andererseits aus dem jeweils gerade nicht mit der Pumpe 18 verbundenen Arbeitsraum 44 zum Vorratsbehälter 80 zurückströmt. In einer dritten Schaltsteilung ist das Ventil 82 dagegen auf drucklosen Umlauf geschaltet, d.h. das von der Pumpe 18 geförderte

Hydraulikmedium strömt dann direkt in den Vorratsbehälter zurück. Die den Arbeitsräumen 44 gegenüberliegenden Arbeitsräume 46 der Kolben-Zylinder-Einheiten sind dagegen direkt durch die Leitung 5 verbunden, so daß also das bei Beaufschlagung des Arbeitsraums 44 der einen Kolben«* Zylinder-Einheit von deren Kolben 20 aus dem gegenüber¬ liegenden Arbeitsraum 46 verdrängte Hydraulikmedium zwangsläufig in den Arbeitsraum 46 der anderen Kolben— Zylinder-Einheit überströmt, deren Kolben 20 verschiebt, wobei das Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 44 dieser

Kolben-Zylinder-Sinheit verdrängt und zum Vorratsbehälter 80 zurückgef rdert wird. Die hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheiten l6a, 16b sind also über die Leitung 5 im Sinne einer Hintereinanderschaltung derart gekoppelt, daß ihre Kolben und somit Kolbenstangen jeweils gegens±x ±ge Hübe ausführen. Es ist klar, daß die Umschaltung des " Wegeventils 82 und somit die Steuerung der Hubbewegung der Kolben- Zylinder-Einheiten von der Steuereinheit 72 aus über eine

Signalleitung 92 jeweils dann erfolgt, wenn von den NäherungsSchaltern 68 signalisiert wird, daß die Kolben 20 der Kolben-Zylinder-Einheiten l6a und l6b jeweils die entgegengesetzten TotpunktStellungen erreicht haben.

Da hydraulische Schaltungen - anders als ormschlüssige mechanische Antriebe - infolge von möglichen geringen Leckverlusten nicht vollständig zwangsläufig sind, ist nicht auszuschließen, daß der Kolben 20 der einen

Kolben-Zylinder-Einheit bei einem Arbeits- oder Rückhub gegenüber dem Kolben 20 der jeweils anderen Kolben-Zylinder- Einheit etwas zurückbleibt und somit der seinem Hübende zugeordnete Näherungsschalter 68 noch kein Signal an die Steuereinheit 7 liefert, wenn der dem Hubende des anderen Kolbens zugeordnete Näherungsschal er 68 bereits das Hub« ende signalisiert hat. Wegen des Fehlens des zweiten Signals wird von der Steuereinheit deshalb auch noch kein Uraschaltsignal für das ¥egeventil 82 entwickelt, d.h. der Antrieb der Plungerpumpe 10 käme zum Stillstand« Um dies zu vermeiden, ist an die Leitung 56 eine Aus¬ gleichsleitung angeschlossen, über welche solange Hydraulikmedium in den Arbeitsraum 46 der nacheilenden Kolben-Zylinder-Einheit nachgespeist wird, bis auch der Kolben 20 dieser Einheit seine Endstellung erreicht hat. Da dann beide Näherungsschalter 68 ein Signal an die Steuereinheit 72 liefern, wird die Umschaltung des Wege¬ ventils 82 ausgelöst und die Kolben-Zylinder-Einheit in entgegengesetzter Hubrichtung mit Hydraulikmedium beauf- schlagt. Die geschilderte elektro-hydraulische Schaltung bewirkt also zwangsläufig auch so etwas wie eine Synchronisierung der beiden Kolben-Zylinder-Einheiten.

Die Steuerung der Nachspeisung von Hydraulikmedium über die Leitung 4 erfolgt durch zwei hydraulische Schaltventilβ 6 und 98 » von denen das Ventil 96 als Abwägeventil ausgebildet ist , welches durch den Druck in den Leitungen 88 und selbst derart gesteuert wird, . daß es jeweils die gerade unter höherem Druck stehende Leitung 88 bzw. 9 mit dem zweiten Schaltventil 98 ver∞ bindet , welches von der Steuereinheit 72 aus über eine Signalleitung 97 elektromagnetisch betätigbar Ast . Ein solches Betätigung 3 signal wird von der Steuereinheit 72 dann entwickelt , wenn von den Näherun s Schaltern 68 lediglich einer das Erreichen der Totpunkt Stellung des Kolbens seiner Kolben-Zylinder-Einheit signalisiert . Das Schalt entil 9 wird durch dieses Signal dann aus der bisher geschlossenen in eine geöffnete Stellung umge¬ schaltet, in welcher über das Schaltventil 96 zugeführtes, unter Druck stehendes Hydraulikmedium solange n chge speist wird, bis auch der Kolben der zweiten Kolben-Zylinder- Einheit durch Erregung des ihm zugeordneten Näherungs» Schalters 68 an die Steuereinheit 72 meldet . Darauf hin» zuweisen ist dabei noch, daß in der beschriebenen hydrau¬ lischen Steueranlage nur die für die Steuerungsfunktion, wesentlichen Schalt organe beschrieben wurden, während die in hydraulischen Schaltungen zur Absicherung üblichen Überdruckventile, Filter u.dgl . der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt "^«i beschrieben sind.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine einer der Einzel-Pumpeneinheiten 10a bzw. 10b gemäß Figur 1 funktioneil entspre chenden Einzel-Pump eneinheit 110 , die also durch Zusamnenschalten mit einer gleichartigen Pumpeneinheit 110 in der vorstehend geschilderten Yβise

eine er indungsgemäße Duplex-Plungβrpumpβ bildet. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachstehend nur die gegenüber der Ausgestaltung gemäß dem An Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel getroffenen Abwandlungen beschrieben, während es Am übrigen genügt, auf die vorausgehende Beschreibung zu verweisen, zumal funktioneil gleiche Teile der Pumpeneinheit 110 mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Pumpeneinheit 10a, jedoch mit vorangestellter "1" bezeichnet sind.

Der grundlegende Unterschied der Pumpeneinheit 110 zur Pumpeneinheit 10a liegt darin, daß die Kolben-Zylinder- Einheit 116 An umgekehrter Lage, d.h. mit von der Fδrdβr- pumpe 112 wegweisender Kolbenstange I38 angeordnet ist, so daß ihr gleitend verschiebbar in den Plungerzylinder 122 eingreifender Zylinder 142 gleichzeitig den Plunger¬ kolben der Förderpumpe 112 bildet. Damit der Zylinder 142 seine Funktion als Plungerkolben erfüllen kann, muß er - abhängig von der Beaufschlagung seiner Arbeitsräume 144 bzw. 146 - auf dem Kolben 120 und innerhalb des Innenraums 128 des Plungerzylinder3 122 verschiebbar sein. Demzufolge muß das kolbenabgewandte Ende der Kolbenstange 138 in einem vorgegebenen Abs a zum Plungerzylinder 122 festgelegt sein, wofür eine (nicht gezeigte) Träger¬ konstruktion entsprechend der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Trägerkonstruktion 58, 60, 62 vorgesehen sein kann.

Diβ Beau schlagung der Arbeitsräume 144 bzw. 146 erfolgt über die hohlgebohrte Kolbenstange 138, wobei An diese Hohlbohrung zusätzlich eAn Rohr 147 geringeren Durch¬ messers eingebracht ist, welches an seinen Enden in der Hohlbohrung abgedichtet eingesetzt ist und die Hohlbohrung

in eAnβamittleren, zum Arbeitsraum 146 führenden Du ch- trittskanal mrt einen äußeren, im Querschnitt ring¬ förmigen, zum Arbeitsraum 144 führenden Durchtritts¬ kanal für Hydraulikmedium unterteilt.

Als Auslöser 166 für die Näherungsschalter 168 möge An diesem Falle ein Radialflansch an dem den Zylinder 142 kolbenstangenseitig verschließenden Zylinderdeekel 140 dienen•

Durch die teilweise Aneinan er geschachtelte Anordnung der Kolben-Zylinder-Einheit 116 in der Förderpumpe 112 wird eine wesentliche Verringerung der Baulähge der Einzsl— Pumpeneinheit 110 und somit einer aus zwei dieser Pumpen« einheiten 110 aufgebauten Duplex- Pumpe erreicht .

Für das schematisch in Figur gezeigte weiter abgewandelte Ausführungsbeispiθl einer EAnzel-Pumpeneinheit 210 gilt sinngemäß das vorstehend zur EAnzel-Pumpeneinheit 110 ausgeführte , wobei An diesem Falle jedoch die Kolben¬ stange 238 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 gleichzeitig den im Plungerzylinder 222 oszillierenden Plungerkolben bildet . Auch in die sem Falle wird durch die Doppel¬ funktion der Kolbenstange 238 Baulänge einge spart . Eine ins Einzel gehende Beschreibung der Bauelemente erübrigt

3ich wiederum, weil auch in die sem Fall funktionell gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie beim Aus ührungsbeispiθl gemäß Figur 1 bezeichnet sind , wobei in die sem Fall jedo ch zusätzlich eine "2 1 * vorangestellt Ast .

Die Anordnung der von den Nähe run s Schaltern 68 bzw . 168 An den vorausgehenden Ausführungsbβispielen gebildeten elektrischen Sensoren erfolgt in diesem Falle innerhalb der Pumpβnβ Anhβi t 210, wofür die Kolbenstange 8 über An wesentlichen ihre gesamte Lä mit einer Hohlbohrung 239 versehen ist, welche ledigl an den An Plungerzylinder 222 liegenden Ende verschlo ist , während sie an ihrem gegenüb erliegenden Ende noc durch den Kolben 220 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 hindurchgeführt ist . In diese Hohlbohrung tritt βAn R

241 ein, welches den Arbeitsraum 246 durchsetzt , und einer Bohrung An der diesen Arbeitsraum 246 stirnsβit verschließenden Stirnwand 2 2 befestigt ist . In diese Rohr sind in geeigneten Abständen magnetisch betätigb Annäherung s schalt er 268 in Form von Reed-Kontakten an ordnet und durch eAne anschließend ausgehärtete Gießh füllung 243 fixiert, welche auch die innerhalb des Ro 241 verlaufenden (nicht gezeigten) Abschnitte der Sign leitungen 270 zur (ebenfalls nicht gezeigten) Steuβr- θAnhθAt festlegt .

Die Auslösung der Reed-Kontakte 268 in den entspreche Hubstellungen erfolgt durch einen in der Nähe der Mün der Hohlbohrung 238 im Kolben 220 angeordneten Ring- magneten 26θ, welcher also die Funktion der Radial¬ flansche 66 bzw. 166 der vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiele übernimmt .

Festzuhalten ist weiter , daß auch bei den Ausführungs spielen gemäß Figur 2 und die Kolben-Zylinder-Einhe

116 bzw. 216 einen maximal möglichen Arbeit shub haben der ein vollständiges Herausziehen des Plungerkolbens

d.h. des Zylinders 142 bzw. der Kolbenstange 238, aus dem Plungerzylinder 122 bzw. 222 zum Zweck des einfachen τιH schnellen Austausche der Dichtungen 124 bzw. 22k ermöglicht. Durch die elektrohydraulische Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheiten 116 bzv. 216 wird deren Kolben¬ hub während des normalen Betriebs der Duplex-Plungerpumpe auf einen dem Arbeitshub der Plungerkolben im Plunger¬ zylinder entsprechenden Arbeitshub beschränkt.

Erwähnt sei noch eine Möglichkeit, den Verschleiß der die Plungerkolben 14, 142, 238 Am Plungerzylinder 22, 122, 222 abdichtenden Dichtungen 24, 124, 224 zu vermindern. Diese Möglichkeit besteht darin, den Druckunterschied zwischen der zum Innenraum des Plungerzylinder3 gerichtet Seite der Dichtung und ihrer gegenüberliegenden Seite zu verringern, so daß das voraussetzungsgemäß mit abrasiven Teilchen beladene, zu fördernde Medium in geringerem Maß dazu neigt, zwischen die Dichtung und den Plungerkolben einzutreten. Dies kann beispielsweise durch Beau schlagu der Rückseite der Dichtung mit einer unter Druck stehende Sperrflüssigkeit geschehen, wobei es zweckmäßig sein kann den in der Sperrflüssigkeit herrschenden Druck in Abhängi keit von dem augenblicklich gerade in der zu fördernden Flüssigkeit im Innenraum des PlungerzylAnders herrschende Druck zu steuern.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der vorstehenden beschri benen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind. So kann d Steuerung der hydraulischen Beaufschlagung der Arbeits¬ räume der Kolben-Zylinder-Einheiten auch über gesonderte Schaltventile - gegebenenfalls sogar von ihrerseits getrennt angetriebenen gesonderten Pumpen aus - An

Parallelschaltung erfolgen . Durch geeignete Maßnahmen ist dann lediglich sicherzustellen, daß eine Synchron!— sAerung der gegenläu igen Kolbenhübe der Kolben- Zylinder— Einheiten erfolgt. Durch Vergleichen der in den elektrischer Sensoren An Abhängigkeit von der Hub Stellung erzeugten elektrischen Signale An der Steuereinheit und entsprechen¬ den Änderungen der Beau schlagung der unsynchron laufenden Kolben-Zylinder-Einheiten mit Hydraulikmedium ist dies möglich. Auch die Zusammenfassung von zwei der bβscnriβ- benen Duplex-Plungerpumpen zu einem Pumpenaggregat verdoppelter Leistung ist möglich, wobei über die elektrischen Sensoren der entsprechend phasenver setzte Antrieb der beiden Pumpen synchronisiert wird.




 
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