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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe,
insbesondere zur Beförderung
hochviskoser Medien, mit einem vorzugsweise zylindrischen Arbeitsraum, in
dem ein Pumpkolben läuft,
und der eine Saugöffnung
und eine Drucköffnung
aufweist, die jeweils mittels einer Verschlussvorrichtung verschließbar sind.
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Kolbenpumpen der vorgenannten Art
sind bekannt und werden zur Beförderung
unterschiedlicher Medien in vielfältigen Anwendungen genutzt. Sie
arbeiten nach einem Zweitaktprinzip, bei dem in einem ersten Takt
mittels der Verschlussvorrichtungen zunächst die Saugöffnung geöffnet und
die Drucköffnung
verschlossen wird und in diesem Zustand der Arbeitsraum durch eine
Volumenvergrößerung mittels
eines ersten Kolbenhubs vergrößert wird und
dabei mit dem zu befördernden
Medium gefüllt wird.
Hierauffolgend wird in einem zweiten Takt mittels der Verschlussvorrichtungen
die Drucköffnung geöffnet und
die Saugöffnung
geschlossen und das Medium durch eine Volumenverringerung des Arbeitsraumes
mittels eines dem ersten entgegen gesetzten zweiten Kolbenhubs durch
die Drucköffnung befördert. Hierauf
folgend wird mittels der Verschlussvorrichtungen wiederum die Saugöffnung geöffnet und
die Drucköffnung
verschlossen und der erste Takt kann ausgeführt werden.
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Als Verschlussvorrichtung für die Saug-
und Drucköffnung
ist es bekannt, Rückschlagventile
zu benutzen, die in Abhängigkeit
der Druckdifferenz vor und hinter der Verschlussvorrichtung oder
in Abhängigkeit
der Strömungsrichtung
durch die Verschlussvorrichtung die Öffnungen verschließen oder
freigeben. Solche Rückschlagventile
sind im Stand der Technik als mechanische Klappenventile mit einem schwenkbaren
Verschlußelement
oder als Lippen-, Taschen- oder Zungenventile mit einem oder mehreren
elastisch verformbaren Verschlußelementen
ausgeführt.
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Pumpen der eingangs genannten Art
werden beispielsweise beim Betrieb von Biogasanlagen zur Förderung
der Biomasse verwendet. Hierbei müssen auf Grund der Höhe solcher
Anlagen, die üblicherweise
3-6 Meter, aber auch bis zu zehn Meter oder darüber beträgt, beträchtliche Druckunterschiede
erzeugt werden und ein sicherer Verschluß der Pumpe erreicht werden,
sowohl wenn diese in Betrieb ist als auch wenn diese nicht betrieben
wird.
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Nachteilhaft bei den bekannten Kolbenpumpen
ist, daß kein
sicherer Verschluß erreicht
wird, der zuverlässig
einen Durchlauf durch die Pumpe verhindert, insbesondere wenn diese
nicht betrieben wird.
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Insbesondere dann, wenn bekannte
Pumpen zur Förderung
hochviskoser Medien (also zur Förderung
von Medien mit einer dynamischen Viskosität von mehr als etwa 1 Pas)
oder zur Förderung
von Medien, in denen Festkörper
oder hochviskose Anteile enthalten sind (wie es typischerweise bei
Biomasse der Fall ist), ist eine schnelles und zuverlässiges Öffnen und
Schließen
der Öffnungen
nicht gewährleistet
und dadurch tritt ein unerwünschter Durchfluß und ein
insgesamt unzufriedenstellendes Betriebsverhalten auf. So. kann
es bei Fremdkörpern im
Medium dazu kommen, dass die Ventile blockiert werden, wodurch insbesondere
bei unbeaufsichtigten, automatisch laufenden Pumpen eine unerwünschte Durchströmung der
Pumpe durch die dann in geöffneter
Stellung blockierten Ventile kommt, die ein Überlaufen der angeschlossenen
Behälter
verursacht., Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe
bereitzustellen, welche zumindest einige der Nachteile des Standes
der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenpumpe
der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei der die Verschlussvorrichtungen
als Schieberventile, insbesondere . als Drehschieberventile, ausgebildet
sind, dessen Steuerung mit der Bewegung der Pumpkolben gekoppelt
ist.
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Die Kopplung der Schieberventile
mit der Pumpkolbenbewegung kann beispielsweise als mechanische Kopplung
erfolgen, wobei eine direkte mechanische Unsetzung der Kolbenbewegung
in eine Betätigung
der Ventile erfolgt. Jedoch ist unter Kopplung hier im weitesten
Sinne eine aufeinander abgestimmte Bewegung des Pumpkolbens mit
dem Schieberventil zu verstehen, die beispielsweise auch einen Stillstand
des Pumpkolbens während
der Drehschieberbewegung umfasst. So kann eine hydraulische Kopplung
vorgesehen sein, bei der sowohl der Antrieb der Pumpkolben als auch
der Antrieb der Ventile hydraulisch erfolgt und die Steuerung dieses Antriebs
durch entsprechende Hydraulikventile erfolgt. Weiterhin ist eine
elektrische Kopplung vorteilhaft, bei der Pumpkolben und Ventile
durch einen elektrischen Antrieb und eine elektrische Steuerung betätigt werden.
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Alternativ können Kombinationen der vorgenannten
Steuerungs- und Antriebsarten vorteilhaft verwendet werden, so beispielsweise
ein hydraulischer oder ein elektrischer Antrieb der Pumpkolben, deren
Bewegung über
einen mechanisch oder elektrisch gesteuerten hydraulischen Betätigungsmechanismus
eine hydraulische Steuerung der Ventile bewirkt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine zwangsgesteuerte Betätigung
der Verschlussvorrichtungen erreichbar, und ein ungewünschtes Öffnen oder
ein unvollständiges
Schließen
der Verschlussvorrichtungen wird zuverlässig vermieden. Die Verwendung
von Schieberventilen ermöglicht eine
robuste Ausführung
der Verschlussvorrichtungen und stellt zugleich einen großen Durchflußquerschnitt
bereit, in den im geöffneten
Zustand keine Bauteile der Verschlussvorrichtung hineinragen. Hierdurch
wird insbesondere bei hochviskosen Medien und Medien mit Fremdkörpern oder
hochviskosen Anteilen eine verlust- und störungsfreie Förderung erreicht.
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Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
ist das Schieberventil in eine erste Position, in der nur die Saugöffnung geöffnet ist,
eine zweite Position, in der Saug- und Drucköffnung verschlossen sind, und
eine dritte Position, in der nur die Drucköffnung geöffnet ist, und bewegbar, ist.
Auf diese Weise ist eine unerwünschte
Durchströmung
der Pumpe sowohl bei bei Betrieb als auch bei Stillstand der Pumpe in
jeder beliebigen Stellung unmöglich.
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Es ist anzumerken, daß ein Rückstrom
bereits bei Verschluß von
nur einer der beiden Öffnungen
verhindert wird. In der zweiten Position wird zudem redundant ein
Rückstrom
durch den Arbeitsraum vermieden. Diese zweite Position kann auch vorteilhaft
im Pumpbetrieb kurzzeitig bei Durchlauf des oberen und des unteren
Totpunkts zwischen der ersten und der dritten Position eingestellt
werden. In . der ersten Position kann Medium in den Arbeitsraum
befördert
werden und in der dritten Position kann das Medium aus dem Arbeitsraum
hinausbefördert
werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
ist das Schieberventil in eine vierte Position bewegbar, in der
Saug- und Drucköffnung
geöffnet
sind. In dieser Position ist eine Durchströmung der Pumpe möglich. Die
Position kann zur Spülung und
Reinigung des Arbeitsraumes und der angeschlossenen Leitungen benutzt
werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
sind zwei Arbeitsräume
vorhanden. Hierdurch kann die Pumpleistung erhöht werden.
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Diese Ausführungsform kann fortgebildet werden,
indem die Pumpkolben der beiden Arbeitsräume gegenläufig arbeiten. Hierdurch wird
eine Zweizylinderpumpe mit zueinander versetztem Arbeitstakt erreicht
und so bei einem Zweitaktprinzip eine gleichmäßige Pumpleistung erreicht.
Es kann vermieden werden, daß das
geförderte
Medium in der Ansaug- und Ausgangsleitung oszillierend beschleunigt
und gebremst wird, wie es bei einer Einzylinderpumpe unvermeidbar
ist, und auf solche Art bei gleicher Antriebsleistung eine höhere Förderleistung erreicht
werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
werden die beiden Arbeitsräume
mittels eines einzigen Schieberventils gesteuert. Dies erhöht die Robustheit
der Kolbenpumpe und verringert die Kosten.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn
das Schieberventil in eine erste Position, in der die Saugöffnung des
ersten Arbeitsraumes und die Drucköffnung des zweiten Arbeitsraumes
geöffnet
ist, eine zweite Position, in der Saug- und/oder Drucköffnungen
beider Arbeitsräume
verschlossen sind, und eine dritte Position, in der in der die Drucköffnung des
ersten Arbeitsraumes und die Saugöffnung des zweiten Arbeitsraumes
geöffnet
ist, bewegbar ist. Zur Nutzung und den Vorteilen der drei Positionen
wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Mit dieser Ausführungsform
wird eine zweizylindrige Pumpe realisiert, die in jeder beliebigen
Stellung des Schieberventils durchlaufsicher ist.
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Diese Ausführungsform kann fortgebildet werden,
indem das Schieberventil in eine vierte Position, in der Saug- und
Drucköffnung
beider Arbeitsräume
geöffnet
sind, bewegbar ist. Hierzu wird auf die vorangegangene Beschreibung
verwiesen.
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Bei den Ausführungsformen mit den vorangegangen
beschriebenen drei bzw. Vier Positionen des Schiberventils ist es
vorteilhaft, wenn das Schieberventil bei Umschaltung aus der ersten
in die dritte Position die zweite Position durchläuft. Hierdurch wird
vermieden, daß das
Ventil in eine Position gelangt, in der sowohl die Saug- als auch
die Drucköffnung
eines Zylinders ganz oder teilweise geöffnet sind und somit die Gefahr
einer ungewünschten Durchströmung vermieden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
sind mehrere Arbeitsräume
vorhanden sind, deren Saug- und Drucköffnungen durch Schieberventile,
vorzugsweise durch ein einziges Schieberventil geöffnet und
verschlossen werden. Hierdurch kann die Effektivität und Förderleistung
weiter gesteigert werden. Die mehreren Arbeitsräume arbeiten vorzugsweise in
zueinander versetzten Takten.
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Besonders, vorteilhaft ist es, wenn
der/die Pumpkolben hydraulisch betätigt werden. Dies ermöglicht einen
funkenfreien Antrieb, der insbesondere in explosionsgefährdeten
Bereichen gefordert ist.
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Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der/die
Schieberventile hydraulisch betätigt
werden. Hierdurch kann ein funkenfreier und somit explosionssicherer Antrieb
der Ventile bewirkt werden. Die Explosionssicherheit kann weiter
gesteigert werden, wenn diese Ausführungsform mit dem hydraulischen
Antrieb der Pumpkolben kombiniert wird.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn
die Steuerung der Schieberventile durch vorzugsweise ein einziges
hydraulisches Ventil erfolgt, das mit der Bewegung der Arbeitskolben
gekoppelt ist. Dies kann insbesondere bei gekoppelten Schieberventilen
für mehrere
Arbeitsräume
vorteilhaft sein.
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Die Erfindung kann weitergebildet
werden mit einem mit der Drucköffnung
des Zylinders kommunizierenden Druckgehäuse, dessen Ausgangsöffnung bezogen
auf die Schwerkraft oberhalb des Schieberventils liegt. Hierdurch
wird sichergestellt, dass das Drehschieberventil nicht in Luft läuft sondern
stets vom Medium umspült
wird und so eine Abdichtung der Spalte des Drehschieberventils erreicht wird.
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Schließlich ist es vorteilhaft, wenn
die zum Arbeitsraum weisende Oberfläche des Pumpkolbens bezogen
auf die Schwerkraft nach unten weist. Hierdurch können sich
auf dem Pumpkolben keine im Medium enthaltenen Fremdkörper mit
höherer
Dichte als das Medium ablagern und so zu Störungen bis zu einer Blockade
der Pumpe führen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist ein Verfahren zum Betreiben einer durchlaufsicheren Kolbenpumpe,
bei dem in einem ersten Schritt eine Saugöffnung eines Pumpzylinders
geöffnet
wird in einem zweiten Schritt mittels eines ersten Arbeitshubs eines
Pumpkolbens ein Medium durch die Saugöffnung in den Pumpzylinder
gesaugt wird, in einem dritten Schritt die Saugöffnung verschlossen wird, in einem
vierten Schritt eine Drucköffnung
des Pumpzylinders geöffnet
wird und schließlich
in einem fünften Schritt
mit einem zweiten Arbeitshub, der dem ersten Arbeitshub entgegengesetzt
verläuft,
das Medium aus dem Pumpzylinder durch die Drucköffnung gedrückt wird.
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Das Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden,
indem zwei gegenläufige
Zylinder verwendet werden und die Pumpkolben nach Arbeitshub bei
jeweils geöffneter
Saug-/ oder Drucköffnung
jeweils in den entgegengesetzten Totpunkten angehalten werden,.
um einen Verschluß aller
Saug- und Drucköffnungen
zu bewirken und danach die jeweilige Druck- oder Saugöffnung des
jeweiligen Zylinders geöffnet wird.
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Bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsformen
werden anhand der anhängenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
in einer ersten Betriebsposition,
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2 eine
teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in
der in 1 dargestellten
Betriebsposition,
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3 eine
teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
in einer zweiten Betriebsposition,
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4 eine
teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in
der in 3 dargestellten
Betriebsposition,
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5 eine
teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
in einer dritten Betriebsposition,
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6 eine
teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in
der in 5 dargestellten
Betriebsposition,
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7 eine
teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
in einer vierten Betriebsposition,
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8 eine
teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in
der in 7 dargestellten
Betriebsposition, und
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9 eine
schematische Darstellung des Hydraulikschaltbildes einer zweiten
Ausführungsform der
Kolbenpumpe.
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10 eine
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
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11 eine
perspektivische, teilgeschnittene Ansicht des Drehschieberventils
in drei Betriebspositionen A, B und C, und
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12 eine
Ansicht gemäß 11 in teilweise explodierter
Darstellung.
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In den Figuren sind übereinstimmende
Bauteile mit identischen Bezugszeicheichen gekennzeichnet.
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Die in den 1 bis 8 dargestellte
Kolbenpumpe weist zwei Pumpzylinder 10, 110 mit
Arbeitsräumen 11, 111 auf,
in denen sich Pumpkolben 20, 120 oszillierend
bewegen. Die Pumpkolben 20, 120 sind mittels jeweils
einer Kolbenstange 21, 121 mit je einem Hydraulikkolben 22, 122 je
eines Arbeitszylinders 30, 130 verbunden. Die
Arbeitszylinder 30, 130 weisen eine Öffnung 31, 131 auf,
durch welche die Hydraulikflüssigkeit
unter Druck zugeführt
werden kann und aus dem Zylinderraum der Arbeitszylinder entweichen
kann. Die Öffnungen 31, 131 sind,
wie aus 9 ersichtlich,
mit einem Mehrwegeventil verbunden.
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Der rechte Pumpzylinder 10 und
der rechte Arbeitszylinder 30 sowie der linke Pumpzylinder 110 und
der linke Arbeitszylinder 130 sind jeweils koaxial in Doppelkolbenanordnung
ausgeführt.
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Anstelle der beiden Arbeitszylinder 30, 130 könnte auch
ein einzelner Arbeitszylinder bereitgestellt sein, der über einen
mechanische Kopplung beide Pumpkolben betätigt. Weiterhin könnte alternativ
ein Elektromotor vorgesehen werden, der über eine Kurbelwelle die Pumpkolben
bewegt.
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Die Pumpzylinder 10, 110 weisen
je eine Saugöffnung 12, 112 auf,
welche die Arbeitsräume 11, 111 mit
einer Ansaugleitung 40-42 verbindet. Die Ansaugleitung 40-42 ist
eine Y-förmige
gebogene Rohrleitung, deren zwei Schenkel 41, 42 mit
den Saugöffnungen 12, 112 kommunizieren
und in die Hauptsaugleitung 40 münden. Die Hauptsaugleitung 40 ist
mit einem Reservoir für
Biomasse (nicht dargestellt) verbunden.
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Weiterhin weisen die Zylinder 10, 110 je
eine Drucköffnung 13, 113 auf,
welche die Arbeitsräume 11, 111 mit
einer Y-förmigen
Druckleitung 50 -52 verbinden. Die Hauptdruckleitung 50 ist
mit einem Biogasreaktor (nicht dargestellt) verbunden
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Zwischen den Saug- und Drucköffnungen 12, 112, 13, 113 und
den Saug– und
Druckleitungen 40-42, 50-52 ist eine Ventilscheibe 60 eines
Drehschieberventils angeordnet. Die Ventilscheibe 60 überdeckt
in Draufsicht beide Pumpzylinder 10, 110 und ist
um eine zwischen den Pumpzylindern liegende und parallel zu diesen
ausgerichtete Achse 61 drehbar. In der Ventilscheibe sind
mehrere kreisförmige
Ausstanzungen 62 a-h angeordnet. Die
kreisförmigen
Ausstanzungen sind über
die Fläche
der Ventilscheibe 60 so verteilt, daß bei Drehung der Ventilscheibe
um die Achse 61 verschiedene Betriebsstellungen der Kolbenpumpe
eingestellt werden können,
in denen in unterschiedlichen Kombinationen die Saug- und Drucköffnungen
durch die Ventilscheibe geöffnet
und verschlossen werden.
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Die Ventilscheibe 61 ist,
wie aus 2 ersichtlich,
exzentrisch mit einem Steuerzylinder 70 angelenkt, der
eine Drehung der Ventilscheibe bewirkt. Der Steuerzylinder 70 wird
mittels eines Hydraulikventils gesteuert, das elektrisch oder mechanisch durch
die Bewegung der Arbeitsrylinder 30, 130 betätigt wird.
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Alternativ könnte auf den Steuerzylinder 70 verzichtet
werden und stattdessen eine mechanische Kopplung zwischen den Arbeitszylindern 30, 130 mit der
Ventilscheibe 60 bereitgestellt sein.
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Der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
wird anhand der 1-8 erläutert.
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In 1 befindet
sich der linke Zylinder 10 nahe dem oberen Totpunkt und
bewegt sich abwärts, wodurch
sich das Volumen des Arbeitsraums 11 des Zylinders 10 vergrößert.
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Der rechte Zylinder 110 steht
nahe dem unteren Totpunkt und bewegt sich aufwärts, wodurch das Volumen des
Arbeitsraums 111 verkleinert wird.
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Die Ventilscheibe steht in einer
ersten Position, in der der Ansaugöffnung 13 des linken
Zylinders eine Öffnung 62a in
der Ventilscheibe gegenüberliegt und
diese dadurch mit der Saugleitung 50 über den Saugleitungszweig 51 verbunden
ist. In dieser ersten Position liegt darüberhinaus eine zweite Öffnung 62b der
Drucköffnung 112 des
linken Zylinders gegenüber
und verbindet diesen über
den Druckleitungszweig 42 mit der Druckleitung 40.
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In der in 1, 2 dargestellten
Betriebsposition wird daher in den linken Arbeitsraum 11 Biomasse
aus der Saugleitung 50 angesaugt und aus dem rechten Arbeitsraum 111 Biomasse
in die Druckleitung 40 befördert.
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Am Ende des Hubs erreichen die Pumpkolben
den jeweils entgegengesetzten Totpunkt. Die Ventilscheibe wird nun
in eine zweite Position verdreht, in der alle Saug- und Drucköffnungen
verschlossen sind.
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In der in den 3 und 4 dargestellten
Betriebsposition ist die Ventilscheibe 60 so gedreht, daß alle Saug-
und Drucköffnungen 12, 13, 112, 113 geschlossen
sind. Diese Ventilposition kann bei Durchlauf des Totpunkts während des
Pumpvorgangs eingestellt werden und sie kann eingestellt werden
um einen Rücklauf
von Biomasse bei Stillstand der Pumpe sicher zu verhindern. Ein
solcher Rücklauf
wird auch verhindert, wenn entweder beide Saugöffnungen oder beide Drucköffnungen
geschlossen sind, jedoch wird bei Verschluß aller vier Öffnungen
eine zusätzliche
Sicherheit durch redundante Abdichtung erreicht.
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Hierauffolgend stehen die Pumpkolben
nach einer geringen weiteren, der vorigen Hubbewegung entgegengesetzten
Bewegung in der in 5 dargestellten
Position. In 5, 6 ist der linke Pumpkolben 20 nahe
dem unteren Totpunkt und bewegt sich aufwärts und der rechte Pumpkolben 120 ist
nahe dem oberen Totpunkt und bewegt sich abwärts. Die Ventilscheibe 60 ist
etwas weiter gedreht worden und steht nun in einer dritten Position,
in der die Saugöffnung 13 und
die Drucköffnung 112 verschlossen
sind und die Drucköffnung 12 und
die Saugöffnung 113 geöffnet sind,
indem nun Öffnungen 62c,
d in der Ventilscheibe 60 zwischen diesen Öffnungen
und dem Saugleitungszweig 52 bzw. dem Druckleitungszweig 41 liegen.
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In der in 5 und 6 dargestellten
Betriebsposition fördert
der linke Zylinder 10 die in seinem Arbeitsraum 11 befindliche
Biomasse in die Druckleitung 40 und der rechte Zylinder
saugt aus der Saugleitung 50 Biomasse in seinen Arbeitsraum 111.
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In der in den 7-8 dargestellten
Betriebsposition sind die Öffnungen 12, 13, 112, 113 geöffnet, indem
die Ventilscheibe 60 um die Achse 61 so gedreht
worden ist, daß ihnen Öffnungen 62 e-h in
der Ventilscheibe gegenüberliegen.
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9 zeigt
ein schematisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer zweizylindrigen Kolbenpumpe.
Die Arbeitszylinder stehen etwa in der Position, welche in 5,6 dargestellt ist.
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Dargestellt sind zwei Steuerzylinder 170, 270 zur
Betätigung
einer Ventilscheibe zweier Pumpzylinder. Weiterhin sind zwei Arbeitszylinder 230, 330 dargestellt,
zum Antrieb zweier Pumpkolben 220, 320. Arbeitszylinder
und Pumpkolben sind ausgeführt
wie in dem zuvor erläuterten
Ausführungsbeispiel
der 1-8.
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Die Steuerzylinder 170, 270 sind
einseitig wirkende Hydraulikzylinder. Sie sind mechanisch mittels
eines Gelenks 273 zum Fluchtungsfehlerausgleich gekoppelt
und wirken gegeneinander, so daß sie
durch die Kopplung eine beidseitig bewegbare Hydraulikeinheit ausbilden.
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Der Betrieb erfolgt auf folgende
Weise:
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Eine Pumpe P erzeugt einen Öldruck und
befördert Öl durch
ein Schaltventil 300 und einen linken Hubraum eines linken
Steuerzylinders 170. Der linke Steuerzylinder 170 befindet
sich in der rechten Endlage und wird daher nicht bewegt. Das Öl strömt durch
den linken Hubraum durch eine Ölbohrung 171 in
den oberen Hubraum des rechten Arbeitszylinders 330.
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Der obere Hubraum des rechten Arbeitszylinders 330 wird
mit Öldruck
beaufschlagt und bewegt dessen Kolben nach unten, der untere Hubraum
des rechten Arbeitszylinders ist mittels einer Hydraulikleitung 331 mit
dem unteren Hubraum des linken Arbeitszylinders verbunden und das
hinübergepresste Öl bewegt
den Kolben des linken Arbeitszylinders gleichzeitig nach oben. Hierdurch
werden die angekoppelten Pumpkolben 220, 320 entsprechend
mitbewegt. An die Hydraulikleitung 331 ist im Nebenschluß eine Leitung
mit Rückschlagventil 332 angeschlossen,
welche für
eine Synchronisierung und eine Entlüftung der beiden Arbeitszylinder
sorgt.
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Aus dem oberen Hubraum des linken
Arbeitszylinders strömt
das Öl
durch den in der rechten Endlage befindlichen linken Hubraum des
rechten Steuerzylinders 270 in einen Tank T.
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Haben die Arbeitszylinder 230, 330 ihre
Endlage erreicht, so wird ein Endschalter 335 ausgelöst, der
ein Ventil 300 betätigt.
Das Ventil 300 beaufschlagt daraufhin den rechten Hubraum
des rechten Steuerzylinders 270, wodurch die gekoppelten
Steuerzylinder 170, 270 in die linke Endlage bewegt
werden. Der linke Hubraum des rechten Steuerzylinders 270 ist
mittels einer Hydraulikleitung 272 mit dem rechten Hubraum
des linken Steuerzylinders 170 verbunden, wodurch ein Volumenausgleich
stattfindet un die Arbeitszylinder während des Schaltvorgangs der
Steuerzylinder stillstehen.
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Durch den Schaltvorgang wird zuerst
die Druck- bzw. die Saugöffnung
der Pumpzylinder geschlossen (Betriebsposition der 3, 4)
und daraufhin die entsprechende Saug- bzw. Drucköffnung der Zylinder geöffnet (Betriebsposition
der 1, 2).
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Sobald diese Betriebsposition erreicht
ist, haben die Steuerzylinder 170, 270 ihre linke
Endlage erreicht und es wird durch den Kolben des rechten Steuerzylinders 270 eine Ölbohrung 271 freigegeben,
durch welche der obere Hubraum des linken Arbeitszylinders 230 mit Öldruck beaufschlagt
wird. Dadurch wird der Kolben dieses Arbeitszylinders 230 wieder
nach unten bewegt und mittels des über die Hydraulikleitung 331 fliessenden Öls der Kolben
des rechten Arbeitszylinders 330 nach oben bewegt. Das Öl fliesst
aus dem oberen Hubraum des rechten Arbeitszylinders 330 über eine
wiederum mit Nebenschlussleitung mit Rückschlagventil 333 versehene Hydraulikleitung
durch durch die Öffnung 171 in
den rechten Hubraum des linken Steuerzylinders 170 und daraus
in den Tank T.
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Haben die Kolben der Arbeitszylinder 230, 330 ihre
Endlagen erreicht, so wird ein Endschalter 336 ausgelöst, der
das Ventil 300 wieder in die initiale Stellung schaltet.
Die Steuerzylinder werden bei stillstehenden Arbeitszylindern wieder
in die rechte Anschlagstellung bewegt und der Zyklus beginnt von neuem.
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10-13 zeigen eine dritte Ausführungsform
der Pumpe. Die Füllung
der Arbeitsräume
erfolgt hier entgegen der Schwerkraft von unten nach oben.
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Die Pumpe gemäß 3 weist ebenfalls zwei Zylinder 510, 610 mit
jeweils Saug- und Drucköffnungen
auf, die durch ein Drehschieberventil 560 betätigt werden.
Der Druckseitenausgang des Drehschieberventils ist mit einem Druckgehäuse 700 verbunden,
dessen Druckleitungsanschluss 710 entgegen der Richtung
der Schwerkraft oberhalb von dem Drehschieberventil liegt.
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Der Aufbau des Drehschieberventils 560 kann
aus den 11 und 12 erkannt werden. Das Ventil
ist aus zwei unbeweglichen Grundplatten 561, 562 mit
jeweils zwei Saugöffnungen 561
a,b, 562 a,b und zwei Drucköffnungen 561 c,d, 562
c;d zusammengesetzt, zwischen denen eine drehbare
Ventilscheibe 563 angeordnet ist. Die Saug- und Drucköffnungen
der beiden Arbeitszylinder sind in einem identischen Radius um die
Drehachse der Ventilscheibe 563 angeordnet. Die Ventilscheibe 563 weist zwei
um 180° zueinander
versetzte Öffnungen 563a,b auf,
die im gleichen Radius angeordnet sind.
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In den 11, 12 ist eine erste Betriebsposition
A dargestellt, in welcher die Saugöffnung 561a, 562a des
linken Arbeitszylinders und die Drucköffnung 561d, 562d des
rechten Arbeitszylinders geöffnet
und die anderen beiden Öffnungen
verschlossen sind.
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Durch Verdrehen der Ventilscheibe
um etwa 45° (entgegen
dem Uhrzeigersinn in Figs. 11, 12) wird eine zweite Betriebsposition
B erreicht, in der alle Saug- und Drucköffnungen verschlossen sind. Diese
Verdrehung wird durch Betätigen
der Steuerzylinder (nicht dargestellt) erreicht, die an einem mit der
Ventilscheibe verbunden Hebel 564 angekoppelt sind. Die
Größe des erforderlichen
Verdrehwinkels hängt
von dem Verhältnis
der Durchmesser der Öffnungen
zu dem Durchmesser der Ventilscheibe ab.
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Die Betriebsposition B wird im oberen
und unteren Totpunkt geschaltet, um eine Durchströmung der
Zylinder zu vermeiden. Sie kann auch bei Stillstand der Pumpe geschaltet
werden, um Rückstrom zu
verhindern.
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Durch weiteres Verdrehen der Ventilscheibe um
weitere etwa 45° (entgegen
dem Uhrzeigersinn in 11, 12) wird eine dritte Betriebsposition
C erreicht, in welcher die Drucköffnung 561c, 562c des linken
Arbeitszylinders 510 und die Saugöffnung 561b, 562b des
rechten Arbeitszylinders 610, geöffnet und die anderen beiden Öffnungen
verschlossen sind.