DE102009012894A1

DE102009012894A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102009012894A1
Application number: DE200910012894
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Eine Hochdruckpumpe weist ein Einlass- und ein Auslassventil auf, wobei an dem Einlassventil ein Betätigungsstößel mit einem separat ansteuerbaren Antrieb vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für den Untertagebau, um wasserähnliche Fluide mit einem Druck von etwa 300 bis 350 bar zu beaufschlagen. Derartige Pumpen sind grundsätzlich bekannt und normalerweise als Kolbenpumpen aufgebaut, bei denen ein Elektromotor über ein Getriebe eine Kurbelwelle antreibt, an der jeweils über ein Pleuel mehrere Pumpkolben angeordnet sind. Jeder Pumpkolben ist in einem Zylinder angeordnet und saugt Fluid aus einem Einlass an und gibt dieses unter Druck an einen Auslass ab, wobei je Pumpkolben ein Einlassventil und ein Auslassventil vorgesehen sind. Beide Ventile weisen einen Ventilkörper auf, der in drucklosem Zustand mittels Schwerkraft gegen einen zugehörigen Ventilsitz schließt. Beim Saughub des Pumpkolbens hebt der Ventilkörper des Einlassventils vom zugehörigen Ventilsitz ab. Beim Druckhub des Pumpkolbens schließt dieser Ventilkörper gegen seinen zugehörigen Ventilsitz und der Ventilkörper des Auslassventils öffnet sich, indem dieser vom zugehörigen Ventilsitz abhebt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass die Förderleistung der Pumpe variabel ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass an jedem Einlassventil ein Betätigungsstößel vorgesehen ist, der gegen den Ventilkörper des Einlassventils anstellbar ist, um diesen von dem zugehörigen Ventilsitz abzuheben und einen drucklosen Umlauf innerhalb des Zylinders zu ermöglichen, wobei für jeden Betätigungsstößel ein separat ansteuerbarer Antrieb vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird mit technisch einfachen Mitteln ein druckloser Umlauf innerhalb jedes einzelnen Zylinders möglich, indem der Betätigungsstößel mit Hilfe des zugehörigen Antriebs aktiviert und gegen den Ventilkörper des Einlassventils angestellt wird, sodass dieses öffnet. Da bei offenem Einlassventil kein Druck innerhalb des Zylinders aufgebaut wird, lässt sich durch Aktivieren der verschiedenen Betätigungsstößel die Leistung der Hochdruckpumpe in einem weiten Bereich variieren.
Vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann der Antrieb eine Hydraulikleitung aufweisen, mit welcher der Betätigungsstößel über ein Magnetventil mit Druck beaufschlagbar ist. Auf diese Weise kann durch Bestromen des Magnetventils unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch die Hydraulikleitung zu dem Betätigungsstößel geführt werden, der dadurch um einen vorbestimmten Hub angehoben wird und den Ventilkörper des Einlassventils von seinem Ventilsitz abhebt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Antrieb einen Kolben aufweisen, der von einer Feder in seine Grundstellung gedrückt wird. Der Kolben kann auf seiner einen Seite mit der Hydraulikleitung in Verbindung stehen und auf seiner anderen Seite gegen den Betätigungsstößel drücken oder mit diesem verbunden sein. Es kann vorteilhaft sein, den Betätigungsstößel und den Kolben einstückig auszubilden, da in diesem Fall durch eine für den Kolben vorgesehene Führung gleichzeitig eine Führung des Betätigungsstößels erzielt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine elektrohydraulische Steuerung vorgesehen, mit der jedes Magnetventil einzeln ansteuerbar ist, um die Leistung der Hochdruckpumpe zu variieren.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Teils einer Hochdruckpumpe.
1 zeigt einen Teil einer Hochdruckpumpe für den Untertagebau zum Fördern von wasserähnlichen Fluiden, wobei die Pumpe mehrere Pumpkolben 10 aufweist, die über ein Pleuel 12 mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden sind, die über ein Getriebe (nicht dargestellt) von einem (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben wird. Hierbei sind sämtliche Pumpkolben 10 mit der Kurbelwelle verbunden.
Jeder Pumpkolben 10 läuft abgedichtet innerhalb eines Zylinders 14, wobei der Zylinderraum in eine Pumpkammer 16 übergeht, die mit einem Einlass 18 und einem Auslass 20 in Verbindung steht. Im Betrieb wird Fluid aus dem Auslass 18 angesaugt und unter Druck in den Auslass 20 abgegeben.
Wie 1 ferner zeigt, ist zwischen dem Einlass 18 und der Pumpkammer 16 ein Einlassventil 22 und zwischen der Pumpkammer 16 und dem Auslass 20 ein Auslassventil 24 vorgesehen. Das Einlassventil 22 weist einen Ventilkörper 26 auf, der gegen einen zugehörigen Ventilsitz 28 schließt und das Auslassventil 24 weist einen Ventilkörper 30 auf, der gegen einen zugehörigen Ventilsitz 32 des Auslassventils schließt. Im drucklosen Zustand liegen beide Ventilkörper 26 und 30 aufgrund ihres Gewichts am zugehörigen Ventilsitz 28 und 32 an. Wenn die Hochdruckpumpe in Betrieb gesetzt wird und der Pumpkolben 10 einen Saughub vollführt, wird Fluid aus dem Einlass 18 angesaugt, wobei der Ventilkörper 26 von seinem Ventilsitz 28 abgehoben wird und gegen einen Fortsatz des Ventilkörpers 30 des Auslassventils anschlägt. Alternativ können auch die beiden Ventilkörper 26 und 30 mit Hilfe von Federn in ihre in 1 dargestellte Position gedrückt werden.
Wenn der Pumpkolben 10 nach seinem Saughub einen Druckhub ausführt, wird der Ventilkörper 26 des Einlassventils 22 durch das angesaugte Fluid gegen seinen zugehörigen Ventilsitz 28 gedrückt, sodass das Einlassventil 22 schließt. Gleichzeitig wird der Ventilkörper 30 des Auslassventils 24 von seinem Ventilsitz 32 abgehoben, sodass das in der Pumpkammer 16 befindliche Fluid unter Druck in den Auslass 20 abgegeben werden kann. Bei einem nachfolgenden Saughub schließt zunächst das Auslassventil 24 und das Einlassventil 22 öffnet wieder.
Um einen drucklosen Umlauf innerhalb eines einzelnen Zylinders zu ermöglichen, ist unterhalb des Einlassventils 22 ein Betätigungsstößel 34 vorgesehen, der gegen den Ventilkörper 26 des Einlassventils 22 anstellbar ist, um diesen von dem zugehörigen Ventilsitz 28 abzuheben, um das Einlassventil 22 zu öffnen. Wie 1 verdeutlicht, ist der Betätigungsstößel 34 koaxial zu den Ventilkörpern 26 und 30 angeordnet und zur Betätigung des Betätigungsstößels 34 ist für jeden Zylinder ein separat ansteuerbarer Antrieb vorgesehen, der verschiedene elektro-hydraulische Komponenten aufweist.
Zur Betätigung des Betätigungsstößels 34 ist dieser an seinem unteren Ende mit einem Kolben 36 versehen, der abgedichtet in einer Kolbenführung 38 geführt ist. Innerhalb der Kolbenführung 38 ist eine Feder 40 vorgesehen, die den Kolben 36 und somit auch den Betätigungsstößel 34 in seine in 1 dargestellte Grundstellung drückt, in welcher der Betätigungsstößel 34 von dem Ventilkörper 26 des Einlassventils beabstandet ist. Das in 1 untere Ende des Kolbens 36 ist über eine Hydraulikleitung 42 mit Hilfe eines Magnetventils 44 mit Druck beaufschlagbar, sodass sich der Kolben 36 innerhalb der Kolbenführung 38 und somit auch der Betätigungsstößel 34 vertikal gegen die Kraft der Feder nach oben verschiebt und dadurch gegen den Ventilkörper 26 des Einlassventils 22 angestellt wird und diesen von seinem Ventil 28 abhebt. Durch nochmaliges Betätigen des Magnetventils 44 kann die Hydraulikleitung 42 drucklos gemacht werden, sodass die Feder 40 den Betätigungsstößel 34 in seine Ausgangsstellung zurück drückt, worauf das Einlassventil 22 schließt.
Wie 1 ferner verdeutlicht, ist der Betätigungsstößel 34 und der zugehörige Antrieb einschließlich des Magnetventils 44 in einem Anbaugehäuse 46 angeordnet, das an das Pumpengehäuse 48 angeschraubt werden kann, in welchem die Einlass- und Auslassventile vorgesehen sind.

Claims

Hochdruckpumpe für den Untertagebau mit mehreren in jeweils einem Zylinder (14) angeordneten Pumpkolben (10), die Fluid aus einem Einlass (18) ansaugen und an einen Auslass (20) abgeben, wobei je Pumpkolben (10) ein Einlassventil (22) und ein Auslassventil (24) vorgesehen ist, die beide einen Ventilkörper (26, 30) aufweisen, der gegen einen zugehörigen Ventilsitz (28, 32) schließt, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Einlassventil (22) ein Betätigungsstößel (34) vorgesehen ist, der gegen den Ventilkörper (26) des Einlassventils (22) anstellbar ist, um diesen von dem zugehörigen Ventilsitz (28) abzuheben und einen drucklosen Umlauf innerhalb des Zylinders (14) zu ermöglichen, und dass für jeden Betätigungsstößel ein separat ansteuerbarer Antrieb vorgesehen ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Hydraulikleitung (42) aufweist, mit welcher der Betätigungsstößel (34) über ein Magnetventil (44) mit Druck beaufschlagbar ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Kolben (36) aufweist, der von einer Feder (40) in seine Grundstellung gedrückt wird.
Hochdruckpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektro-hydraulische Steuerung vorgesehen ist, mit der jedes Magnetventil (44) einzeln ansteuerbar ist, um die Leistung der Hochdruckpumpe zu verändern.
Hochdruckpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (34) und der Antrieb in einem Anbaugehäuse (46) angeordnet sind.