DE2063750B2 - Hydraulisch angetriebene dreizylindrige schubkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe mit Rückschlagventilen im Zylinderkopf und einer hydraulischen Zyklussteuerschaltung zum aufeinanderfolgenden Antrieb der Motorkolben mit der Eigenschaft, während des Förderhubes eines Kolbens den Förderhub eines zweiten Kolbens im Sinne einer Vorverdichtung bereits einzuleiten und den dritten Kolben in Saughub zu schalten.

Hydraulisch angetriebene Schubkolbenpumpen dieser Gattung weisen drei Pumpenzylinder mit jeweils einem darin beweglichen Pumpenkolben und drei mit den Pumpenzylindern im wesentlichen gleichachsig angeordnete Molorzylinder mit jeweils einem darin beweglichen Motorkolben auf, wobei jeder Motorkolben mit einem zugehörigen Pumpenkolben verbunden ist. Die Motorkolben sind von einer Arheitsflüssigkeit beaufschlagt und bewegen die Pumpenkolben, die ihrerseits ein zu förderndes Druckmittel über ein Rückschlagventil aus einer Ansaugleitung ansaugen und es über ein anderes Rückschlagventil in eine Förderleitung ausschieben. Solche Pumpen werden insbesondere zur Förderung von Flüssigkeiten unter sehr hohem Druck von beispielsweise lOOOkp/cm² verwendet. Bei hohen Drücken können die zu fördernden Flüssigkeiten nicht mehr als inkompressibel angesehen werden. Jeder Pumpenkolben muß daher nach dem Saughub erst einen endlichen Weg in Förderrichtung zurücklegen, bevor der Druck im Pumpenzylinder auf den in der Förderleitung herrschenden Druck angestiegen ist. Das führt zu unerwünschten Pulsationen in der Förderleilung.

Es ist daher bekannt, zwischen Ansaug- und Förderhub eine Vorverdichtungsphase einzuschalten, während welcher der Motor- und der Pumpenkolben, ohne daß eine Verbindung des Pumpenzylinders zu Ansaug- oder Förderleitung hergestellt ist, einen Hub ausführt, der eine Vorverdichtung der in den Pumpenzylinder angesaugten Flüssigkeit im wesentlichen auf den in der Förderleitung herrschenden Druck bewirkt. Es gibt dabei zwei Arten von mit Vorverdichtung arbeitenden Pumpen: Bei einer Art von Pumpen erfolgt die Vorverdichtung durch einen fest vorgegebenen Hub des Pumpenkolbens, der so bemessen ist, daß hierdurch die zu fördernde Flüssigkeit unter Berücksichtigung ihrer Kompressibilität gerade im wesentlichen auf den Druck in der Förderleitung (Förderdruck) vorverdichtet wird. Diese Art der Vorverdichtung ist jedoch nicht in der Lage, sich an Schwankungen des Förderdrucks oder Änderungen der elastischen Eigenschaften der zu fördernden Flüssigkeit selbsttätig anzupassen. Bei einer anderen Art von Pumpen erfolgt die Vorverdichtung in automatischer Anpassung an die Erfordernisse der hydraulischen Förderung.

Eine Schubkolbenpumpe der letzteren Art ist schon vorgeschlagen worden (DT-OS 20 10 112), Dabei handelt es sich um eine Betonpumpe mit zwei Pumpenzylindern und hydraulisch zwangsgesteuerten Klappenventilen. Die Kolben des Schubkolbenmotors werden unabhängig voneinander so gesteuert, daß jeweils der erste Pumpenkolben mit relativ langsamer Geschwindigkeit den Förderhub und der zweite mit höherer Geschwindigkeit den Saughub ausführt. Wenn der Saughub beendet ist, was vor Beendigung des langsameren Förderhubes der Fall ist, beginnt der zweite Pumpenkolben einen Vorverdichtungshub. Bei diesem Vorverdichtungshub ist der dem zweiten Pumpenkolben zugeordnete Motorzylinder mit einem anderen Arbeitsflüssigkeitssystcm verbunden als der dem ersten Pumpenkolben zugeordnete Motorzylinder, da anderenfalls der zunächst geringe Druck des angesaugten Betons über den Druck der Arbeitsflüssigkeit auch auf den Druck in der Förderleitung zurückwirken würde. Es erfolgt ein Vergleich der Drücke in den beiden Arbeitsflüssigkeitssystemcn mittels eines Druckvergleichers und eine Umschaltung zur Beendigung des Vorverdichtungshubes, wenn die Drücke gleich geworden sind. Anschließend vertauschen die Pumpenkolben ihre Funktion, d. h. der erste Pumpenkolben führt einen Saughub und Vorverdichtungshub und der zweite einen Förderhub aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulisch angetriebenen dreizylindrigen Schubkolbenpumpe nach dem Gattungsbegriff eine von den Betriebsbedingungen abhängige Vorverdichtung auf genau den Förderdruck /.u erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der in Vorverdichtung geschaltete jeweilige zweite Zylinder über eine Drossel mit der gleichen Druckquelle verbunden ist wie der jeweilig fördernde erste Zylinder.

Bei der Erfindung wird die automatische Anpassung der Vorverdichlung an die Betriebsbedingungen durch eine einfache Drossel erreicht. Zu einem bestimmten Zeitpunkt bewegen sich zwei Pumpenkolben in Richtung auf den Ausschub. Der eine der beiden fördert in die Förderleitung. Der andere befindet sich in der Phase der Vorverdichtung. Beide Zylinderräume der zugehörigen Motorzylinder sind an die gleiche Druckquelle angeschlossen, jedoch ist zwischen die Druckquelle und den Motorzylinder des vorverdichtenden Kolbens die genannte Drossel geschallet. Bei Druckgleichheit in den Pumpenzylindern und damit auch in den Motorzylindern hört die Vorverdichtung automatisch auf. Eine weitere Bewegung des Pumpen- und des Motorkolbens würde nämlich eine Strömung durch die Drossel bedingen, die nicht stattfinden kann, wenn auf beiden Seiten der Drossel der gleiche Druck herrscht. Anders ausgedrückt: Würden die vorverdichtenden Pumpen- und Motorkolben sich weiterbewegen, so würde über die Drossel ein Druckabfall entstehen, der sofort einen niedrigeren Druck in dem vorverdichtelen Motorzylinder erzeugen würde, welcher wiederum eine weitere Bewegung des Kolbens verhinderte.

Nach der Erfindung bewegt sich der Pumpenkolben in der Vorverdichtungsphase also jeweils genau so, weit vorwärts, bis eine Vorverdichtung auf den förderdruck erreicht ist wobei der dazu erforderliche Hub von der

Kompressibilität der geförderten Flüssigkeit und der ,Höhe des Förderdrucks abhängig ist Diese automatische Anpassung des Vorverdichtungshubes erfolgt mit einfachen Mitteln, wobei nur eine einzige Druckquelle für Förder- und Vorverdichtungshub erforderlich ist.

In der Praxis kann auch nach Erreichen der Druckgleichheit in den Pumpenzylindern der die Vorverdichtung bewirkende Kolben noch langsam einen weiteren Förderhub ausführen. Das liegt daran, daß der Druck des Antriebsdruckmittels, der auf den einen Förderhub ausführenden Motorkolben wirkt, höher sein muß als der sich im Druckgleichgewächt aus den Kolbenflächen und dem Druck der geförderten Flüssigkeit ergebende Wert, weil nämlich der Druck des Antriebsdruckmittels nicht nur den Druck der gepumpten Flüssigkeit sondern auch die auf die Kolben und die Flüssigkeitssäule wirkenden Reib- un;¹, Trägheitskräfte überwinden muß. Es kann daher geschehen, daß auch der verminderte Druck stromab von der Drossel noch geringfügig höher als der Druck am Pumpenauslaß ist und eine langsame Bewegung des Kolbens bewirkt. Dieser Effekt ist jedoch vernachlässigbar und ändert nichts daran, daß das Druckmittel in dem auf »Vorverdichtung« geschulteien Zylinder jeweils aiii genau den Pumpenauslaßdruck vorverdichtet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Schubkolbenpumpe ■ nd die zugehörige Hydraulikschaltung zeigt.

Die Schubkolbenpumpe weist drei Motorzylinder 10, 12 und 14 auf, in denen Motorkolben 16, 18 bzw. 20 gleiten, weiche den jeweiligen Motorzylinder in eine ersie und eine zweite Zylinderkaminer 22 und 24,26 und 28, bzw. 30 und 32 unterteilen. Gleichachsig zu den Motorzyhnd?rn 10, 12, 14 sind drei Pumpenzylinder 34. 36 bzw. 38 ungeordnet, in denen Pumpenkolben 40, 42 bzw. 44 gleiten. Die Motorkolben 16, 18, 20 sind mit je einem Pumpenkolben 40,42 bzw. 44 durch Kolbenstangen 46,48 bzw. 50 verbunden. Die Pumpenkolben 40,42 und 44 werden somit von den Motorkolben 16,18 und 20 angetrieben.

Die Pumpenzylinder 34, 36, 38 sind über Rückschlagventile 52, 54 bzw. 56, die zu dem jeweiligen Pumpenzylinder hin öffnen, mit einer Ansaugleitung 58 und über Rückschlagventile 60, 62 bzw. 64, die im Zylinderkopf angeordnet sind und von dem jeweiligen Pumpenzylinder weg öffnen, mit einer Ausschubleitung 66 verbunden.

Die den Punipenzylindern zugewandten zweiten Zylinderkamniern 24, 28 und 32 der Motorzylinder sind mit Flüssigkeit gefüllt und stehen über eine Leitung 68 miteinander in Verbindung. Wenn in die erste Zylinderkammer eines Moiorzylinders z. B. 12. Druck gegeben wird, so daß sich der zugehörige Motorkolben f8 nach rechts in der Figur bewegt und einen Förderhub des zugehörigen Pumpenkolbens 42 bewirkt, und die erste Zylinderkammer, z. B. 22, eines anderen Motorzylinders 10 mit einem Auslaß verbunden ist, dann wird die aus der zweiten Zylinderkammer 28 des Motorzylinders 12 verdrängte Flüssigkeil in die zweite Zylinderkammer 24 des Motorzylinders 10 gedruckt. Der Motorkolben 16 wird nach links in der Figur bewegt, und der damit verbundene Pumpenkolben führt seinen Saughub aus.

Als Druckquelle dient eine Arbeitsflüssigkeitspumpe 70, die aus einem Tank 72 heraus Arbeitsflüssigkeit föroeri Mit 74 ist eine mit der Ausschubseite der Arbeitsflüssigkeitspumpe 70 verbundene Druckleitung bezfichnei Fine Rücklaufleitung 76 führt zu dem Tank 72 zurück.

Die ersten Zylinderkammern 22, 26 und 30 der Motorzylinder 10, 12 und 14 sind über je eine Leitung 78, 80 bzw. 82 und je ein 2/2-Abschaltventil 84, 86 bzw. 88 mit der Druckleitung 74 verbunden. Mit jedem der 2/2-AbschaltventiIe 84, 86 und 88 liegt, motorzylinderseitig davon, eine Drossel 90,92 bzw. 94 in Reihe. Wenn das 2/2-Abschaltventil in Offenstellung ist, ist somit der zugehörige Motorzylinder über eine Drossel mit der Druckleitung 74 verbunden.

Jeder Motorzylinder 10,12, Ϊ4 ist weiterhin über eine von der zugehörigen Leitung 78,80 bzw. 82 abzweigende Zweigleitung 96, 98 bzw. 100 mit einem ersten Anschluß eines 3/3-WegeventiIs 102, 104 bzw. 106 verbunden. Ein zweiter Anschluß jedes 3/3-Wegeventils 102, 104, 106 ist über jeweils eine Leitung 108,110 bzw. 112 mit der Druckleitung 74 verbunden. Der dritte Anschluß jedes 3/3-Wegeven (ils 102, tO4, 106 ist über eine Leitung 114, 116 bzw. 118 mit der Rückflußleitung 76 verbunden. In einer ersten Schaltstellung verbindet jedes 3/3-Wegeventil 102,104,106 den ersten Anschluß mit dem dritten. In einer zweiten Schaltstellung sperrt es den Durchgang zwischen allen Anschlüssen, in der dritten Schaltstellung ist schließlich eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß hergestellt.

Die Leitung 78 ist über eine Steuerleitung 120 mit dem 2/2-Abschaltventil 88 verbunden. Wenn Druck aul die Leitung 78, d. h. auf die Zylinderkammer 22 des Motorzylinders 10 gegeben wird, geht das 2/2-Abschaltventil 88 in seine Schließstellung, während es sonst den Strömungsdurchgang von der Pumpe 70 über die Drossel 94 zu dem Motorzylinder 10 freigibt. In entsprechender Weise ist die Leitung 80 über eine Steuerleitung 122 mit dem 2/2-Abschaltventil 84 und die Leitung 82 über eine Steuerleitung 124 mit dem 2/2-Abschaltventil 86 verbunden.

Die 3/3-Wegeventile 102, 104, 106 werden in zyklischer i-olge durch eine Steuerschaltung 126 fortgeschaltet, die nicht Gegenstand der Anmeldung und daher nicht im einzelnen beschrieben ist. Dabei sind die drei 3/3-Wegeveniile so miteinander verknüpft, daß sich drei stabile Zustände ergeben, in denen jeweils ein 3/3-Wegeveniil in dem ersten, ein zweites in dem zweiten und das dritte in dem dritten Schaltzustand ist. Durch Fühler, die auf den Hub der Motorkolben bzw. Kolbenstange 46,48,50 ansprechen, erfolgt jeweils eine Weiterschaltung von einem dieser stabilen Zustände in den nächsten.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

In dem dargestellten Zustand ist das 3/3-Wegeventil 102 in seiner ersten Schaltstellung und verbindet die eiste Zylinderkammer 22 des Motorzylinders 10 über Leitung 78 und Zweigleitung 96 sowie Leitung 114 mit der Rückflußleitung 76 und dem Tank 72. Das 3/3-Wegeventil 104 ist in seiner dritten Schaltstellung und verbindet die erste Zylinderkammer 26 des Motorzylinders 12 über Leitung 80, Zweigleitung 98 und Leitung 110 mit der Druckleitung 74. Der Pumpendruck der Arbeitsflüssigkeitspumpe 70 schiebt den Motorkolben 18 nach rechts in der Figur. Der Pumpenkolben 42 führt seinen Förderhub aus und fördert Förderflüssigkeit unter Aufdrücken des Rückschlagventils 62 in die Ausscluibleitung 66.

Die dabei aus der zweiten Zylinderkammer 28 des Motorzylinders 12 verdrängle Flüssigkeit wird in die zweite Zylinderkammer 24 des Motorzylinders 10 gedruckt und schiebt den Motorkolben 16 nach links.

Die Arbeitsflüssigkeil aus der ersten Zylinderkammer des Motorzylinders 10 wird dabei über das 3/3-Wegeventil 102 in den Tank geleitet. Der Pumpenkolben 40 ■führt seinen Saughub aus und saugt Förderflüssigkeit aus der Ansaugleitung 58 an, wobei das Rückschlagventil 52 öffnet.

Das 3/3-Wegeventil 106 ist in seiner zweiten ■ Schaltstellung, in welcher die Verbindung zwischen allen Anschlüssen, d.h. zwischen der Leitung 100 und sowohl der Leitung 118 als auch der Leitung 112 unterbrochen ist. Das 2/2-Abschaltventil 88 ist von dem Druck in der Leitung 78 beaufschlagt, welche bei dem dargestellten Zustand mit der Rücklaufleilung 76 verbunden ist. Das 2/2-Abschaltventil 88 ist daher in seiner Offenstellung. Dadurch ist eine Verbindung zwischen der Druckleitung 74 und der ersten Zylinderkammer 30 des Motorzylinders 14 über die Drossel 94 hergestellt.

Die 2/2-Abschaltventile 84 und 86 erhalten Druck über die Steuerleitungen 122 bzw. 124 und Leitung 80 bzw. 82 her und sind daher in ihrer Schließstellung.

Über die Drossel 94 fließt eine Strömung in die erste Zylinderkammer 30 des Motorzylinders 14. Der Motorkolben 20 ist während des vorhergegangenen Zyklus in seine in der Figur linke Endstellung zurückgefahren, so daß der Pumpenkolben 44 seinen Saughub ausgeführt und Förderflüssigkeit aus der Ansaugleitung 58 in den Pumpenkolben 38 angesaugt hat. Diese angesaugte Förderflüssigkeil ist zunächst noch im wesentlichen drucklos. Während der Pumpenkolben 40 den nächsten Saughub ausführt und der Pumpenkolben 42 in die Ausschubleitung fördert, erfolgt durch die über die Drossel 94 fließende Strömung eine langsame Bewegung des Motorkolbens 20 und des Pumpenkolbens 44 nach rechts in der Figur. Hierbei wird die anfänglich drucklose Förderflüssigkeil im Pumpenzylinder 38 bis auf den Förderdruck in der Ausschubleitung 66 vorverdichtet. Bevor dieser Druck erreicht ist, bleibt das Rückschlagventil 64 geschlossen. Die Vorverdichtung wird automatisch beendet, wenn der Förderdruck im Pumpenzylinder erreicht ist. Dann entspricht nämlich auch der Druck in der ersten Zylinderkammer 30 des Motorzylinders 14 dem Druck im Motorzylinder 12 und damit dem Druck in der Druckleitung 74. Über diesen Druck kann aber der Druck in der Zylinderkammer 30 hinter der Drossel 94 nicht ansieigen. Praktisch wird mit diesem Druckausgleich auch die Vorwärtsbewegung des Motorkolbens 20 und des Pumpenkölbens 44 beendet, da eine solche Vorwärtsbewegung eine Strömung durch die Drossel 94 und damit einen Druckabfall an dieser bedingen würde. Diese Vorverdichtung auf genau den Förderdruck erfolgt unabhängig von den Eigenschaften, insbesondere der Kompressibilität, der Förderflüssigkeit,

Wenn der Pumpenkolben 42 seinen Förderhub beendet hat, erfolgt eine zyklische Umschaltung:- Das 3/3-Wegev'eritii 106 wird*in die dritte Schaltstcllung

ίο gebracht, das 3/3-Wegeventil 104 wird in die erste Schaltstellung gebracht, und das 3/3-Wegeveniil 102 geht in die zweite Schaltstellung. Dementsprechend bewirkt dann in der beschriebenen Weise der Motorkolben 20 einen Förderhub des Pumpenkolbens 44, der Motorkolben 18 einen Saughub des Pumpenkol· bens 42 und der Motorkolben 16 einen Vorverdiclv tungshub des Pumpenkölbens 40. Da die Förderflüssigkeit im Pumpenzylinder 38 während des vorangegangenen Zyklus, wie beschrieben, schon vorverdichtet worden war, erfolgt der Übergang von der Förderung aus dem Pumpenzylinder 34 zur Förderung aus dem Pumpenzylinder 38 ohne Pulsation in der Ausschubleitung 66.
Wenn die Drossel 94 nicht vorhanden wäre, würde die drucklose Förderflüssigkeit im Pumpenzylinder 38 eine entsprechende Drucklosigkeit in der Zylinderkammer 30 des Motorzylinders 14 bewirken, da der Motorkolben 14 und der damit verbundene Pumpenkolben 44 zunächst an der Förderflüssigkeit keinen Gegendruck erfahren und nach rechts in der Figur ausweichen. Es würde also ein vorübergehender Druckzusammenbruch in der Zylinderkammer 30 stattfinden. Dieser Druckzusammenbruch würde sich ohne die Drossel 94 über die Druckleitung 74 und die Leitungen 110, 98 und 80 auch auf die fördernden Motor- und Pumpenkolben 18 bzw. 42 auswirken. Es würde eine Unterbrechung der Förderung eintreten, bis die Förderflüssigkeil im Pumpenzylinder 38 auf den Förderdruck vorverdichtet 1st. Es würde also eine Pulsation der Förderflüssigkeit eintreten, die durch die Vorverdichtung gerade vermieden werden soll. Durch die Drossel 94 erfährt die Strömung der Arbeitsflüssigkeit zu dem Motorzylinder 14 einen Druckabfall an dieser Drossel 94, so daß der vorübergehende Druckzusammenbruch in der Zylinderkammer 30 eine entsprechende Erhöhung dieser Strömung bewirkt, aber nicht den Motorkolben 15 beeinflußt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe mit Rückschlagventilen im Zylinder-. kopf und einer hydraulischen Zyklussteuerschaltung zum aufeinanderfolgenden Antrieb der Motorkolben mit der Eigenschaft, während des Förderhubes eines Kolbens den Förderhub eines zweiten Kolbens im Sinne einer Vorverdichtung bereits einzuleiten und den dritten Kolben in Saughub zu schalten, dadurch gekennzeichnet, daß der in, Vorverdichtung geschaltete jeweilige zweite Zylinder über eine Drossel mit der gleichen Druckquelle verbunden ist wie der jeweils fördernde erste Zylinder.

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