DE20317579U1 - Durchlaufsichere Kolbenpumpe - Google Patents

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Abstract

Kolbenpumpe, insbesondere zur Beförderung hochviskoser Medien, mit einem vorzugsweise zylindrischen Arbeitsraum (11; 111), in dem ein Pumpkolben (20; 120) läuft, und der eine Saugöffnung (13; 113) und eine Drucköffnung (12; 112) aufweist, die jeweils mittels einer steuerbaren Verschlussvorrichtung (60; 563) verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung als Schieberventil, insbesondere als Drehschieberventil, ausgebildet ist, dessen Steuerung mit der Bewegung der Pumpkolben gekoppelt ist.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Arbeitsräume vorhanden. Hierdurch kann die Pumpleistung erhöht werden.
  • 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.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die beiden Arbeitsräume mittels eines einzigen Schieberventils gesteuert. Dies erhöht die Robustheit der Kolbenpumpe und verringert die Kosten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Besonders, vorteilhaft ist es, wenn der/die Pumpkolben hydraulisch betätigt werden. Dies ermöglicht einen funkenfreien Antrieb, der insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen gefordert ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsformen werden anhand der anhängenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer ersten Betriebsposition,
  • 2 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in der in 1 dargestellten Betriebsposition,
  • 3 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer zweiten Betriebsposition,
  • 4 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in der in 3 dargestellten Betriebsposition,
  • 5 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer dritten Betriebsposition,
  • 6 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in der in 5 dargestellten Betriebsposition,
  • 7 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer vierten Betriebsposition,
  • 8 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Saug- und Drucköffnung in der in 7 dargestellten Betriebsposition, und
  • 9 eine schematische Darstellung des Hydraulikschaltbildes einer zweiten Ausführungsform der Kolbenpumpe.
  • 10 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
  • 11 eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht des Drehschieberventils in drei Betriebspositionen A, B und C, und
  • 12 eine Ansicht gemäß 11 in teilweise explodierter Darstellung.
  • In den Figuren sind übereinstimmende Bauteile mit identischen Bezugszeicheichen gekennzeichnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • Alternativ könnte auf den Steuerzylinder 70 verzichtet werden und stattdessen eine mechanische Kopplung zwischen den Arbeitszylindern 30, 130 mit der Ventilscheibe 60 bereitgestellt sein.
  • Der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe wird anhand der 1-8 erläutert.
  • 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.
  • Der rechte Zylinder 110 steht nahe dem unteren Totpunkt und bewegt sich aufwärts, wodurch das Volumen des Arbeitsraums 111 verkleinert wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 9 zeigt ein schematisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer zweizylindrigen Kolbenpumpe. Die Arbeitszylinder stehen etwa in der Position, welche in 5,6 dargestellt ist.
  • 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.
  • 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.
  • Der Betrieb erfolgt auf folgende Weise:
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 10-13 zeigen eine dritte Ausführungsform der Pumpe. Die Füllung der Arbeitsräume erfolgt hier entgegen der Schwerkraft von unten nach oben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (16)

  1. Kolbenpumpe, insbesondere zur Beförderung hochviskoser Medien, mit einem vorzugsweise zylindrischen Arbeitsraum (11; 111), in dem ein Pumpkolben (20; 120) läuft, und der eine Saugöffnung (13; 113) und eine Drucköffnung (12; 112) aufweist, die jeweils mittels einer steuerbaren Verschlussvorrichtung (60; 563) verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung als Schieberventil, insbesondere als Drehschieberventil, ausgebildet ist, dessen Steuerung mit der Bewegung der Pumpkolben gekoppelt ist.
  2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil in – eine erste Position, in der nur die Saugöffnung geöffnet ist, – eine zweite Position, in der Saug- und Drucköffnung verschlossen sind – eine dritte Position, in der nur die Drucköffnung geöffnet ist, und bewegbar ist.
  3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil in eine vierte Position, in der Saug- und Drucköffnung geöffnet sind, bewegbar ist.
  4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass zwei Arbeitsräume vorhanden sind.
  5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkolben der beiden Arbeitsräume gegenläufig arbeiten.
  6. Kolbenpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arbeitsräume mittels eines einzigen Schieberventils gesteuert werden.
  7. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
  8. Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil in – eine vierte Position, in der Saug- und Drucköffnung beider Arbeitsräume geöffnet sind, bewegbar ist.
  9. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2, 3, 7 und 8; dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil so ausgebildet ist, daß es bei Umschaltung aus der ersten in die dritte Position die zweite Position durchläuft.
  10. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arbeitsräume vorhanden sind, deren Saug- und Drucköffnungen durch Schieberventile, vorzugsweise durch ein einziges Schieberventil geöffnet und verschlossen werden.
  11. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Pumpkolben hydraulisch betätigt werden..
  12. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Schieberventile hydraulisch betätigt werden.
  13. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Schieberventile durch vorzugsweise ein einziges hydraulisches Ventil erfolgt, das mit der Bewegung der Arbeitskolben gekoppelt ist.
  14. Kolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung durch Endschalter erfolgt.
  15. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit der Drucköffnung des Zylinders kommunizierendes Druckgehäuse (700), dessen Ausgangsöffnung (710) bezogen auf die Schwerkraft oberhalb des Schieberventils (560) liegt.
  16. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Arbeitsraum weisende Oberfläche des Pumpkolbens bezogen auf die Schwerkraft nach unten weist.
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