Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von schwerflüssigen Stoffen, die mindestens einen Zylinder mit einem darin axial hin- und herbewegbaren Kolben aufweist, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, auf die eine Antriebsvorrichtung einwirkt, wobei der Zylinder an einem der Kolbenstange entgegengesetzten Ende mit einer Ventilanordnung versehen ist. In Betrieben, in welchen vorwiegend schwerflüssige Stoffe gefördert werden müssen, wie beispielsweise in der Zuckerindustrie und in Papierfabriken, sowie auch bei der Abwasserreinigung, wo die gereinigten Klärschlämme transportiert werden müssen, werden verschiedene Typen von Pumpen verwendet.
Hauptsächlich kommen dabei Kolbenpumpen zur Anwendung, welche nach verschiedenen bekannten Verfahren arbeiten, beispielsweise solche, bei welchen im Zylinderraum durch die Kolbenbewegung ein Unterdruck erzeugt und nach dem Öffnen eines Ventiles das zu fördernde Material in den Zylinderraum einströmt und beim Ausstosshub vom Kolben aus dem Zylinder herausgedrückt wird.
Bei derartigen Pumpen ist jedoch von Nachteil, dass bei der Bearbeitung der Ventile und der Kolbendichtungen eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, um den notwendigen Unterdruck im Zylinder zu erzeugen. Diese genaue Bearbeitung ist sehr kostenintensiv und bedingt eine Verteuerung und einen komplizierten Aufbau der Pumpe.
Weiterhin werden Pumpen verwendet, bei welchen das zu fördernde Material vom Kolben über Einlassventile direkt angesaugt und durch Auslassventile ausgestossen und somit weiter befördert wird.
Diese Konstruktionen bedingen jedoch eine aufwendige und komplizierte Ventilsteuerung und ergeben weiterhin den Nachteil, dass durch Rückstände oder agressive Stoffe in den zu fördernden Materialien die Ventile angegriffen und nach relativ kurzer Zeit unbrauchbar werden und ersetzt werden müssen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenpumpe mit einer Ventilanordnung zu schaffen, welche weitgehend wartungs- und störungsfrei arbeitet und bei welcher die Antriebs- und Steuerelemente auf ein Minimum beschränkt werden können, d. h. lediglich zum Antrieb und zur Steuerung der Kolbenbewegung erforderlich sind.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ventilanordnung einen zwischen einem Ansaug- und einem Ausstoss-Stutzen angeordneten Druckraum aufweist, dass im Ansaugstutzen sowie im Ausstoss Stutzen jeweils eine Kugel freibeweglich angeordnet ist, deren Hub einerseits durch die Dichtfläche eines im Ansaugbzw. im Ausstoss-Stutzen vorgesehenen, ringförmigen Kugelsitzes und andererseits durch am Umfang des Ansaug- bzw.
Ausstoss-Stutzens gleichmässig verteilte Begrenzungsstützen so begrenzt ist, dass die Kugeln beim Ansaughub des Kolbens in den Druckraum hineinragen.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung ist insbesondere darin zu erblicken, dass durch die Kombination einer Kolbenpumpe mit einem als doppelt wirkenden Rückschlagventil ausgebildeten Kugelventil, welches aus zwei freibeweglichen Kugeln gebildet wird, d. h. je eine Kugel für den Ansaug- und Ausstoss-Stutzen, eine besondere Steuerung für die Kugelbewegung nicht notwendig ist, und weiterhin, dass durch die Anordnung von ringförmigen Kugelsitzen, welche als Abdichtung dienen und Begrenzungsstützen, welche die Kugelbewegung einmal gegenüber dem Druckraum und zum anderen gegenüber dem Ausstoss-Stutzen begrenzen, ein praktisch wartungsfreier Betrieb gewährleistet wird.
Durch die Anordnung der Kugeln in der Weise, dass diese beim Ansaughub des Kolbens in den Druckraum hineinragen, d. h. über eine gedachte Verlängerungslinie der Zylinderwand hinausgehend, wird verhindert, dass insbesondere grössere Materialmengen im Druckraum zurückbleiben und sowohl beim Ansaughub als auch beim Ausstossen derartige Restmengen die freie Kugelbewegung im Ventil beeinflussen könnten.
Durch am Umfang des Ansaug- und Ausstoss-Stutzens gleichmässig verteilten Begrenzungsstützen wird eine strömungsgünstige Auslegung der beiden Schächte ermöglicht, wodurch eine Behinderung beim Ansaugen und beim Ausstossen zwischen den Begrenzungsstützen und den Schachtwänden vermieden wird. Dadurch ist es weiterhin möglich, das Ventil auf die spezifischen Bedingungen auszulegen, ohne dass grosse konstruktive Änderungen vorgenommen werden müssen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn am Ansaug- und am Ausstoss-Schacht Reinigungsöffnungen vorgesehen werden.
Dadurch wird auf einfache Weise eine Reinigung des gesamten Ventiles, d. h. des Druckraumes, der Kugeln und der Kugelsitze sowie der Begrenzungsstützen von anhaftendem Material ermöglicht, und es können die Ventilsitze und die Kugeln selbst auf Korrosion, welche durch agressive Stoffe verursacht worden sein könnte, überprüft und erforderli chenfalls ausgewechselt werden.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt, in welcher mit 1 ein Zylinder bezeichnet ist, in welchem ein an einer Kolbenstange 2 befestigter Kolben 3 mit Dichtringen 3' axial hinund herbewegbar angeordnet ist. Am hinteren Ende des Zylinders 1 ist an einem Druckspeicher o, welcher von der Kolbenstange 2 durchdrungen wird, ein Führungsrohr 5 für die Kolbenstange 2 vorgesehen, an welches wiederum eine Antriebsvorrichtung 6 anschliesst. Die Kolbenstange 2 ist im Druckspeicher 4 in einem Führungslager 7 geführt und weist einen Anschlag 8 auf. Das vordere Ende des Zylinders 1 ist durch eine Ventilanordnung 9 abgeschlossen, welche aus einem Druckraum 10, einem Ansaug- 14 und einem Ausstoss Stutzen 15, zwei Kugeln 11, 11' mit ringförmigen Kugelsitzen 12, 12' und Begrenzungsstützen 13, 13' gebildet wird.
Die Kugelsitz 12, 12' dienen einerseits als Dichtungen und andererseits als Hubbegrenzung der Kugeln 11, 11' gegenüber dem Druckraum 10 bzw. dem Ansaugstutzen 14, während die Begrenzungsstützen 13, 13' den Hub der Kugeln 11, 11' in Richtung des Druckraumes 10, bzw. des Ausstoss-Stutzens 15 begrenzen. Der ringförmige Kugelsitz 12 und die Begrenzungsstützen 13' sind so angeordnet, dass beim Aufliegen der Kugeln 11, 11' auf denselben die Kugeln 11, 11' über eine gedachte (in der Zeichnung strichlierte) Verlängerungslinie 17 der Innenwand des Zylinders 1 in den Druckraum 10 hineinragen. An der dem Zylinder 1 abgekehrten Seite der Ventilanordnung 9 sind seitlich am Ansaug-Schacht 14 und am Ausstoss-Schacht 15 Reinigungsöffnungen 18 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Kolbenpumpe ist folgende:
Der Kolben 3 wird durch die Antriebsvorrichtung 6 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage zum hinteren Ende des Zylinders 1, d. h. nach rechts bewegt. Durch die Ansaugbewegung des Kolbens 3, welcher gegenüber der Zylinderwand mittels der Dichtringe 3' abgedichtet ist, werden beide Kugeln 11, 11' in Richtung des Druckraumes 10 bewegt, wodurch sich die Kugel 11, welche den Ausstoss-Stutzen 15 gegenüber dem Druckraum 10 abschliesst, auf die Dichtfläche des ringförmigen Kugelsitzes 12 legt und damit den Druckraum 10 gegenüber dem Ausstoss-Stutzen 15 abdichtet.
Gleichzeitig wird die Kugel 11' angehoben und stützt sich an den Begrenzungsstützen 13' ab, wodurch der Ansaug-Stutzen 14 freigegeben wird und Material in den Zylinder eingesaugt werden kann. Nach Erreichen des hinteren Totpunktes des Kolbens 3 wird dieser durch die Antriebsvorrichtung 6 in entgegengesetzter Richtung nach vorn (in der Zeichnung nach links) bewegt und schiebt das vor ihm im Zylinder 1 befindliche Material ebenfalls nach links. Durch den dadurch entstehenden Druck wird die Kugel 11 von der Dichtfläche des ringförmigen Kugelsitzes 12 abgehoben und gegen die Begrenzungsstützen 13 gedrückt, wodurch der Ausstoss-Stutzen 15 freigegeben wird. Gleichzeitig wird die Kugel 11' auf die Dichtfläche des Kugelsitzes 12 gedrückt und dichtet damit den Ansaug-Stutzen 14 gegenüber dem Druckraum 10 ab.
Durch den Druckspeicher 4 wird der Raum hinter dem Kolben 3 mit Druckflüssigkeit versehen. Diese Druckflüssigkeit steht unter einem geringeren Druck als der Arbeitsdruck des Kolbens 3 gegenüber dem zu fördernden Material ist. Durch die Druckflüssigkeit wird vermieden, dass bei einer eventuellen Undichtigkeit oder einem Klemmen einer der Kugeln 11, 11' der Kolben 3 mit dem auf seiner Stirnseite einwirkenden Druck zum hinteren Totpunkt geschleudert wird und dadurch Brüche der Kolbenstange 2 oder des Zylinders 1 auftreten können.
Bei einer mehrzylindrigen, vorzugsweise Nebeneinander Anordnung von zwei oder mehreren Zylindern kann die Kolbenpumpe so gesteuert werden, dass sich entweder ein Zylinder im hinteren und der zweite Zylinder im vorderen Totpunkt befindet, bzw. kann eine intermittierende Steuerung erfolgen, d. h. die Kolben aller Zylinder werden so in Axialrichtung bewegt, dass niemals alle Kolben zur gleichen Zeit in einem der Totpunkte stehen.