DE1453585A1 - Zweizylinder-Pumpe oder Kompressor mit hydraulischem Antrieb - Google Patents

Description

Zweizylinder-Pumpe oder Kompressor mit hydraulischem

Antrieb

Die Erfindung betrifft eine einfachwirkende Zweizylinder-Pumpe oder einen solchen Kompressor·

Pumpen oder Kompressoren für sehr hohe Brücke werden häufig mit hydraulischem Antrieb ausgeführt, weil diese Antriebsart es ermöglicht, die auftretenden hohen Kräfte leicht zu beheisschen. Solche hydraulische Maschinen werden üblicherweise in der Art ausgeführt, daß in der Mitte ein doppeltwirkender, hydraulischer iBreibaylinder angeordnet ist, der. an beiden Enden je einen Hoohdruokkolben betätigt· W_enn das Treibmittel von einer Volumetrieohen Pumpe geliefert wird, die unabhängig vom Enddruok eine gleichbleibende fördermenge ergibt, so bewegt sioh d«r Kolben während des Hubes mit gleichförmiger Geschwindigkeit, und das Hochdruokmedium wird ebenfalls gleichförmig gefördert»

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Hierbei entsteht jedoch am Hubende jeweils eine .Unterbrechung der gleichförmigen Förderung, die nur vermieden werden könnte j wenn die Bewegungsumkehr am Hubende plötzlich erfolgen könnte, da dann auch die Förderung des gegenüber-' liegenden Kolbens ohne zeitliche Verzögerung unmittelbar an die Förderung des ersten Kolbens anschließen könnte« , Einer solchen plötzlichen Umkehr der Bewegung steht jedoch entgegen, daß unendliche Beschleunigungen und unerträgliche Druckstöße in der Treibmittelleitung auftreten würden» Praktisch werden daher derartige Maschinen mit einer schleichenden Umsteuerung gebaut, um die Beschleunigung des Treibkol— bens in angemessener Größe zu halten. Die Umsteuerung beansprucht infolgedessen eine gewisse Zeit, und während dieser Zeit wird die Förderung der Hochdruckkolben unterbrochen· Ferner wird während der Umsteuerzeit der* Verbrauch an Treibmittel verringert, da der Treibkolben langsamer 4-äuft oder momentan stillsteht. Da jedoch die Treibmittelpumpe fortfährt, eine konstante Menge zu liefern, so entsteht wiederum ein Druckstoß in der Treibmittelleitung, wenn die Dauer der schleichenden Umsteuerung zu groß gewählt wird.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und eine Pumpe bzw, ein Kompressor der genannten Art mit konstantem Treibmittelverbrauch geschaffen werden, so daß · die antreibende Arbeitemittelpumpe keine plötzlichen Drucksteigerungen zu überwinden hat und folglich ohne Stöße arbei-

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tet. Außerdem soll eine Anordnung des Hochdruckteiles mit praktisch ununterbrochener, gleichförmiger Förderung ermöglicht werden. Zur LÖSTing dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß zwei einfachwirkende Hochdruckzylinder nebeneinander angeordnet und von zwei voneinander unabhängigen Treibkolben abwechselnd antreibbar sind, und daß der Strom des Arbeitsmittels nur zur Durchführung des Arbeitshubes der Treibkolben dient und die Arbeitshübe zeitlich derart überlappt sind, daß die Summe der Geschwindigkeiten der Treibkolben konstant bleibt»

Weitere Merkn.<^j.e der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in. der Zeichnung lediglich als Beispiele dargestellten Ausführungsformen und den TJnteransprüchen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Hochdruckpumpe bzw« eines Kompressors,

Fig. Z eine graphische Darstellung der Bewegungsverhältnisse zu Fig. 1,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Pumpe bzw· des Kompressors nach der Erfindung im sche.~at±-. sehen Schnitt, tuad

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Fig· k den bei der Ausführungsfbrm nach Pig. 3 verwendeten Verteilschieber in der Mittelstellung*

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aueführungebeispiel der Erfindung wird von einer volumetrieohen Treibmittelpumpe 1 ein gleichförmiger Arbeite- bzw. Treibmittelstrom erzeugt, der bei der gezeigten Stellung dee Verteilevschlehere 2 unter den Treibkolben 3 geleitet wird, βο daß der Treibkoltoen 3 sich, mit gleichförmiger Geschwindigkeit aufwärt« bewegte Der Treibkolben 3 betätigt dabei den Hoohdruokkolben 4 des nicht dargestellten Zylinder« einer Hochdruck-Pumpe oder eine« Kompreeaora« Der daneben angeordnete Trelbltolbtn 5 bewegt β loh unter dem Einfluß einer fe^er 6 abwärt» und drückt das darunter befindlich· Treibmittel in'den Vorratsbehälter zurück« Ee let wesentlich, daß die Rückwärtebewteung dee Treibkolbens 5 durch die Feder 6 rascher erfolgt ftle die Aufwärtsbewegung de« Treibkolbene 3ί so daß der Selben 5 bereite in der unteren Tptlag· Kur Ruhe gekommen ist, bevor der Kolben 3 die obere Tötlag» ersrftieht»

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Venn der Treibkolben 3 floh der oberen Totlage nähert, stellt «r durch einen nicht dargestellten Heohmniiwui

Steuerschieber £ bis in die MltiellfcJi·,' ^±n .weltthti ¹IIiI mitteieuiiuß von der ?umpe 1 ^l»i«Hvttitig in dl« *>***±Λ*_Λ.^ »ν*

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zu bewegen beginnt. Da die Pumpe 1 eine unveränderte Menge fördert, muß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten der Kolben 3 und 5 stets gleich bleiben·

Sowie der Kolben 5 seine Bewegung beginnt, verstellt er über einem ebenfalls nicht dargestellten Mechanismus den VerteiJ-

.schieber 2 in die andere Endlage, so daß der Zufluß des Treibmittels ausschließlich unter dem Kolben 5 erfolgt und der Kolben 3 unter dem Einfluß der Rückholfeder seine Rückbewegung beginnt·

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß das von der Treibmittelpumpe 1 gelieferte Treibmittel ausschließlich zur Aufwärtsbewegung der Kolben verwendet wird und daß die Abwärtsbewegung der Kolben durch andere Mittel erreicht wird. Hierduroh wird erreicht, daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten der Kolben 3 und 5 ständig konstant bleibt· Infolgedessen lit auch dl« von den Treibkolben 3 und 5 verbrauchte Ölmeng· ständig konstant und an der Treibmittelpumpe 1 treten kein· Dfuokstöße auf. Ferner wird hierduroh erreicht, daß die Summe der Kolbengesohwindigkeiten der Hochdruckkolben k und 7 ständig konstant ist, wodurch eine praktisch gldloh£tirxiige Förderung des gepumpten Hochdruokmediums erzielt φ.* d.

Die Förderung des HoohdrusHönediums würde vollständig konstant sein, wenn weder das Treibmittel noch das Hochdruckmedium

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kompressibel wäre und wenn der Werkstoff, der zum Bau der Maschine verwendet wird, nicht elastisch wäre· Demgegenüber tritt infolge der Kompressibilität der Medien und der Elastizität des Werkstoffes eine gewisse Unterbrechung der Förde- · rung ein, die jedoch dea? so klein ist_r daß sie in den meisten Fällen vernachläßigt werden kann, da sie von der Elastizität der Druckleitung kompensiert wird.

Wie bereits erwähnt, darf, damit die Summe der Kolbengeschwin— digkeiten ständig konstant bleibt, das von der Treibmittelpumpe 1 unter hohem Druck geförderte Treibmittel, z.B'. Öl nicht für andere Zwecke als für die Aufwärtsbewegung' der Kolben.verwendet werden. Für die Rückführbewegung der Kolben 3 und 5 sind daher gemäß Fig. 1 Rückstellfedern 6 vorgesehen» Anstelle solcher Federn können jedoch auch andere Mittel verwendet werden, wie z.fl, Druckluftpoleter oder Öldruck, der von einer anderen Quelle erzeugt wird· .

Der Mechanismus zur Bewegung de· Verteil»i»schiebers 2 gehört nioht zum Gegenstand der Erfindung und kann duroh bekannte Mittel gebildet werden. So könnten z.B. an den beiden Kolbenstangen Kurvenwangen angebracht werden, die über Vermittlung von Rollen jeweils am Anfang und am Ende der Bewegung die gewünschte Verschiebung des Steuerschiebers herbeiführen« Oder es könnten im Zylinder an geeigneter Stelle Steuerbohrungen angebracht sein, in denen am Anfang und am Ende des Hubes

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•Druckimpulse auftreten_f die zur gewünschten Verstellung des Schiebers ausgenützt werden können_e

Da gemäß der Erfindung die Bewegung des einen Kolbens beginnt, bevor die Bewegung des anderen Kolbens beendet ist, ist es notwendig, den Rückhub wie bereits erwähnt, rascher auszuführen als den Arbeitehub.· Die Bewegungsverhältnisse, die sich dabei ergeben, sind in.Fig. 2 graphisoh erläutert. In diesem Diagramm ist die Hubbewegung über der Zeit dargestellt;· Vom Punkt 8 bis zum Punkt 9 befindet sich beispielsweise der Raum unter dem Kolben 3 in alleiniger Verbindung mit der Treibmittelpumpe 1, und der Kolben bewegt sich daher von 8 bie 9 mit gleichförmiger Geschwindigkeit. BeimErreichen de· Punktee 9 wird der Steuerschieber 2, wie oben geschildert, verschoben, und der zweite Treibmittelkolben 5 setz* sich in Punkt 10 in Bewegung. Der erste Kolben wird daher in seiner Bewegung verzögert und kommt in Punkt 11 zum Stillstand, während der zweite Kolben in Punkt 12 die volle Geschwindigkeit erreicht. Die gegenseitige Abhängigkeit der Bewegungen, de· ersten Kolben· von 9 bis 11 und de· zweiten Kolbens von 10 bis 12 ist dabei derart, daß die Summe der Kolbengeeohvindlgkeiten gleich bleiben muß· Vom Punkt 12 bi· zum Punkt 13 bewegt «loh nunmehr der Kolben 5 unter dem Einfluß der konstanten Treibmittelmenge mit gleichförmiger Geschwindigkeit, bi· im Punkt 13 wiederum der Steuerschieber in die Mittellftge geht, eo daß der Kolben in Punkt 14 zum Stillstand kommt, wäh«-

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rend gleichzeitig der erstgenannte Kolben in Punkt 15 seine Bewegung beginnt. Die Rückwärtsbewegung des zweiten Kolbens von Punkt Ik bis Punkt 10 muß daher rascher erfolgen, damit er im Punkt 10 bereits in der unteren Lage angelangt ist·
.Die Kolbengeschwindigkeit bei der Arbeitsbewegung ist daher gegeben durch das Verhältnis sit, während die Kolbengesehwindigkeit bei der Abwärtsbewegung mindestens sit¹ betragen
muß ο ¥enn die Kolbengeschwindigkeit bei der Abwärtsbewegung größer als erforderlich ist, so ist dies ohne Nachteil, da
der Kolben in jedem Falle im unteren Totpunkt in Ruhe bleibt bis der den Arbeitshub ausführende Kolben den Punkt 9 erreicht hate

Es ist aber durch eine weitere Einrichtung auch leicht möglich, den beiden Kolben sowohl beim Aufwärts- wie beim Abwärtsgang die benötigten Geschwindigkeiten genau aufzuzwin«- genο Hierzu wird das Öl verwendetV welches beim Aufwärtegang des Treibkolbene über diesen verdrängt wird, um die Abwärtsbewegung des zweiten Kolbens zu erzwingen, und es wird eine Einrichtung vorgesehen, durch welche das Öl auf ein© entsprechend kleinere Kolbenfläche beim zweiten Kolben wirkt und damit eine höhere Geschwindigkeit desselben bewirkt*

Ein Aus führungeb ei spiel dieser Bauart ist in Fig. 3 eoketaatisöJa dargestellt* Hierbei ist wiederum pit 1 die Treibmittelpumpe bezeichnet'« die bei der gezeichneten Stellung des Verteilschiebers 2 das Treibmittel durch die Leitung. 16 unter

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Treibkolben 3 leitet, ao daß der Treibkolben 3 seine Aufwärtsbewegung mit gleichförmiger Geschwindigkeit ausführt·

Der Treibkolben 3 ist als Stufenkolben mit den an seiner oberen Seite liegenden abgestuften Kolbenflächen 17 und 18 ausgebildet. Bei der gezeichneten Stellung des Steuerschie-. bers 2 stehen die Räume über den Stufenflächen I? und 18 durch die Leitungen I9 und 20 miteinander in Verbindung, und das bei der Aufwärtsbewegung von beiden Kolbenflächen verdrängte Öl gelangt über die Verbindungsleitung 21 zur Wirkung auf die Stufenfläche 22 des benachbarten Kolbens 5 und bewirkt dessen Abwärtsbewegung« Die Verbindungsleitung 23 zwischen dem Raum über dteer Stufenfläohe 22 und dem Steuerschieber ist in diesem Augenblick abgeschlossen. Der Treibkolben 5 bewegt sich infolgedessen mit größerer Geschwindigkeit abwärts, als dieÄufwärtsgeschwindigkeit des Treibkolbens 3, und zwar verhält sich die Summe der Ringflächen I7 und 18 zu t wie die Stufenfläche 22 zur Fläohe f. Durch entsprechende Wahl der Durchmeaserverhältniese kann daher der gewünschte Geschwindigkeitsverlauf erzielt werden·

Die StUJftnfläoh· 2k Über dem zweiten Treibkolben 5 eteht über

- die Leitungen 35 und 26* mit dem Raum unter diesem' Treibkolben In Verbindung, und das bei der Abwärtsbewegung durch die Differenz der Kolbenflächen verdrängte Öl kann durch die Bohrungen 27 1st Steuersohieber in die Rüoklaufleitung zurück-

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strömen,, .

In Fig. 3 ist außerdem ein weiterer Gedanke in der Weise verwirklicht, daß die Kolbenstangen 28 und 29 ι durch welche die Treibkolbenbewegung auf* die Arbeitskolben h und 7 übertragen wird, am unteren Ende des Zylinders als Gegen- < stangen 30 und 31 von gleichem Durchmesser durch Stopfbüchsen ins Freie geführt sind. Hierdurch wird erreicht, daß unabhängig von der jeweiligen Stellung der_; Treibkolben 3 und 5 und unabhängige von der jeweiligen Stellung des Steuerschiebers 2, das ganze Treibmittelvolumen im System stets konstant bleibt, und die Einrichtung in geschlossenem Kreislauf arbeiten kann·

Das Arbeiten im geschlossenen Kreislauf ist von besonderer Bedeutung-, wenn gemäß der Erfindung nicht eine Pumpe, sondern ein Hochdruckkompressor ausgeführt wird»

Wenn z.B. die Maschine als Kompressor arbeitet, und der Kolben 7 seinen .Saughub ausführt, so wird er dabei vom Saug-' druck belastet, der bei einem Hochdruckkompreaaor «ine beträchtliche Höhe haben kann.

Unter dem Treibkolben 5 bildet eich beim Abwärtsgang infolgedessen ein Öldruck, der dem auf dem Kolben 7 lastenden Saug-

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druck proportional ist. Dieser dem Ansaugedruck proportionale Üidruck wird nun über die Leitung 33 der Treibmittelpumpe zugeführt. Die Treibmittelpumpe 1 muß einen Druck erzeugen, der dem vollen Enddruck über dem Arbeitskolben h proportional ist. Da dies aber nicht vom Behälterdruck sondern von dem in der Leitung 33 herrschenden Gegendruck ausgehend erfolgt, muß die Pumpe nur eine Druckdifferenz überwinden, die der Druckdifferenz zwischen dem .Saugdruck auf dem -ärbeitskolben 7 und dem Enddruck auf dem Arbeitskolben k proportional ist· ■

Um das Eindringen von Luft in den geschlossenen Kreislauf zu verhindern, wird dieser Kreislauf durch eine kleine Speisepumpe 35 ständig unter Überdruck gehalten. Die Höhe dieses Überdruckes wird bestimmt durch ein Sicherheitsventil 36, welches ständig eine geringe Ölmenge in das Reservoir zurückfließen läßt.

Die Bewegung des Steuerschiebers 2 kann bei der Ausführungeform gemäß Pig. 3 genau in dergleichen Weise erfolgen wie für Fig. 1 geschildert. Kurz vor Erreichen seines oberen Totpunktes schiebt der Treibkolben 3 den Steuerschieber durch entsprechende Mittel in die Mittellage, so daß der Öldurchlaß sowohl in den Raum tanter dem Kolben 3 als auch in den Raum unter dem Kolben 5 geöffnet wird und der Kolben sich in Bewegung setzt, während der Kolben 3 seine Bewv sung verlangsamt«

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Zum besseren Verständnis ist diese Mittellage des Schiebers 2 in Fig. k- noch einmal dargestellt. Das von der Treibmittelpumpe durch die Leitung 3^ eintretende Treibmittel gelangt bei dieser Stellung gleichzeitig in die Kanäle 16 und 26 lind treibt daher beide Kolben gleichzeitig in solcher Weise» daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten gleich Ue ibt« Die übrigen Kanäle 20, 19, 25 und 23 stehen dabei mit den Rttok- -laufbohrungen 32 und 33 i*i Verbindung, so daß dl· gleichzeitige Aufwärtsbewegung beider Kolben nicht behindert wird«

Kurz nach Beginn seiner Bewegung, schiebt der Kolben 5 Steuerschieber 2 vollends in die andere Endlage fand bewirkt

dadurch, daß Öl, welches von den RingS.ächen 22 und 24 verdrängt wird, allein auf die Ri&(fläche 18 wirkt und die beschleunigte Rückkehr des Treibkolbens 3 hervorruft«

Die in Fig_ft 3 dargestellte Ausführung*form 1st ebenso wie die nach FIg· 1 nur als Beispiel au werten und kann unter Beibehaltung des Erfindungagedankens in VereOhledesier VeIi* gelindert werden·

Es 1st K*Be müglich, nicht die Fläohen über «lea IS und 22 durch die Leitung 21 a tä^d|.g asu verbinden j *o»dern di* Flächen Über den Ringräumen 1? UnS 2^, wobei dl· Uurohmesser wiederum so gewählt werde» «iisisen, d*ß tt£« jgelrtkieoht«

©rzielt'

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Es ist ferner möglich, die Abstufung der KoIbenflache» die zur Erzielung verschiedener Geschwindigkeiten im Hin- und Rückgang notwendig ist, nicht wie in der Zeichnung dargestellt, auf der Oberseite, sondern auf der Unterseite der
Treibkolben auszuführen«

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   PiJ Hochdruck-Pumpe oder -Kompressor mit hydraulischem Antrieb durch einen konstanten Arbeitsmittelstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben von zwei einfachwirkenden, nebeneinander angeordneten Arbeitszylindern durch zwei von- < einander unabhängige Treibkolben antreibbar sind, und daß der Strom des Arbeitsmittels im wesentlichen nur zur Durchführung des Arbeitshubes der Treibkolben dient und die Ar-beitshübe zeitlich derart überlappt sind, daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten konstant bleibte
2. 2. Pumpe oder Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, "daß zur beschleunigten Rückbewegung der Kolben vom Strome des Arbeitsmittels unabhängige Vorrichtungen, z«B» Federvorrichtungen, angeordnet sind«

   3» Pumpe oder Kompressor nach Anspruoh 1, dadurch gekenn- ; zeichnet/ daß zur Rückbewegung jedes Kolbens das auf der Oberseite dos jeweils anderen Kolbens verdrängte Arbeitsmit—. tel, z.B. Ölt, dient, und daß die Kolben zur beschleunigten Rückbewegung mit abgestuften Arbeitsflächen versehen sind»

   4· Pumpe oder Kompressor nach Anspruch 3» dadurch gekenn— zeichnet, daß das Arbeitsmittel im System unabhängig von der Kolbenstellung konstant, ist und ein geschlossener Kreis-- · . \ lauf für das Arbeitsmittel angeordnet ist«

   " '*' . I . . , . Der Patentanwalt

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