DE2065829B2

DE2065829B2 - Hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe

Info

Publication number: DE2065829B2
Application number: DE19702065829
Authority: DE
Inventors: Clinton Wayne Duncan Okla. Cole (V.St.A.)
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2065829A1; DE2065829C3

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

FnrHprhnhps pinp«; Knjhpn«; Hpn pnrHprlinh pinp«:

zweiten Kolbens im Sinne einer Vorverdichtung bereits einzuleiten und den dritten Kolben in Saughub zu schalten.

Hydraulisch angetriebene Schubkolbenpumpen weisen drei Pumpenzylinder mit jeweils einem darin beweglichen Pumpenkolben und drei mit den Pumpenzylindern im wesentlichen gleichachsig angeordnete Motorzylinder mit jeweils einem darin beweglichen Motorkolben auf, wobei jeder Motorkolben mit einem zugehörigen Pumpenkolben verbunden ist. Die Motorkolben sind von einer Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt und bewegen die Pumpenkolben, die ihrerseits eine zu fördernde »Förderflüssigkeit« über ein Rückschlagventil aus einer Ansaugleitung ansaugen und sie über ein anderes Rückschlagventil in eine Förderleitung ausschieben. Solche Pumpen werden insbesondere zur Förderung von Flüssigkeiten unter sehr hohem Druck von beispielsweise 1000 bar 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 Förderleistung herrschen !en Druck angestiegen ist. Das führt zu unerwünschten Pulsationen in der Förderleitung.

Durch die US-PS 22 12 667 ist eins hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe mit einer hydraulischen Zyklussteuerschaltung zum aufeinanderfolgenden Antrieb der Motorkolben bekannt. Die Zyklussteuerschaltung enthält für jeden Motorzylinder ein umschaltbares Schieberventil, über welches der Motorzylinder mit einer eine Arbeitsflüssigkeit führenden Druckleitung oder einer Rücklaufleitung verbindbar ist Jedes Schieberventil ist durch den Hub eines Motorkolbens in dem im Zyklus benachbarten Motorzylinders umschaltbar, derart, daß die Motorkolben mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 120° arbeiten. Dabei wird während des Förderhubes eines Kolbens der Förderhub eines zweiten Kolbens im Sinne einer Vorverdichtung bereits eingeleitet, während der dritte Kolben seinen Saughub ausführt.

Bei einer solchen Schubkolbenpumpe findet zwar eine Vorverdichtung statt. Diese wird jedoch von der gleichen Druckquelle bewirkt, die :.uch den seinen Förderhub ausführenden Kolben beaufschlagt. Dadurch entstehen sowohl auf der Motorseite wie auch auf der Produktseite, d. h. in der Förderflüssigkeit, Stöße in der Förderung. Denn beim Zuschalten des gerade mu der Vorverriichtung beginnenden Zylinders wird ein neuer Druckölstrom benötigt, der nur dann ohne Auswirkung auf das gesamte System bleibt, wenn er von einer unabhängigen Druckquelle bereitgestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zyklussteuerschaltung für eine hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sie zusätzlich zu den Verbindungen eines Pumpenzylinders mit der Haupidruckquelle und dem Auslaß den Anschluß des im Sinne einer Vorverdichtung wirkenden Zylinders an eine von der Hauptdruckquelle hydraulisch entkoppelte Druckquelle herstellen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch Gelöst, daß die Zyklussteuerschaltung drei aus je einem hydraulisch betätigten Zweiwegeventil und einem den Stei :reingängen vorgeschalteten Zwillingsrückschlagventil bestehende bistabile Schaltungen aufweist, die Hnrr^h i*> ριηο τι ι cK*r\rri rii*l ι* \C r\IKf»nct α riot* H***" Schubkol* benpumpe in deren Eridstellung über einen hydraulischen Endschalter betätigbar sind und dabei über ihren jeweiligen Ausgang die jeweils benachbarte bistabile Schaltung im entgegengesetzten Sinne betätigen, und daß für jeden der drei Motorzylinder ein hydraulisch betätigtes Einlaßventil zur Verbindung mit einer Hauptdruckquelle, ein hydraulisch betätigtes Auslaßventil und ein hydraulisch betätigtes Vorkompressionsventil zur Verbindung mit einer von der Hauptdruckquelle entkoppelten Druckquelle vorgesehen ist. und wobei eine Betätigungsverriegelung derart vorgesehen ist, daß nur ein Ven'il jeder Art aufsteuerba; ist und daß durch jede der bistabilen Schaltungen im betätigten Zustand eines der Einlaßventile und ein Auslaßventil eines jeweils anderen Zylinders sowie ein Vorkompres-

i' sionsventil eines dr\ten Zylinders aufgesteuert wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher ■ erläutert.

F i g. 1 ist eine sdicmatische Darstellung mit einem Schaltbild einer hydraulisch angetriebenen, dreizylindrigen Schubkolbenpumpe.

F'i g. 2 zeigt schematisch den Aufbau der Stcuerven tilsätze bei der Schubkolbenpumpe nach [-'ig. 1.

In F i g. I ist das F-'örderflüssigkeitssyslcm mit doppelten Linien, ein Arbcilsflüssigkeitssystcm mit einfach durchgezogenen Linien und ein .Steuerflüssigkeitssystem mit gestrichelten Linien dargestellt.

Die Schubkolbenpumpe enthält drei Arbeitszylinder 10, 12, »4 mit Kolben 16, 18 bzw. 20. leder Arbeitszylinder 10, 12, 14 ist über ein Rückschlagventil 22, 24 bzw. 26 im Zylinderkopf mit einer Ansaugleitung 2« für die Förderfliissigkeit und über ein Rückschlagventil 30, 32 bzw. 34 mit einer Förderleitung 36 verbunden. |edcm Arbeitszyklus 10, 12, 14 ist ein Motorzylinder 38, 40 bzw. 42 mit einem Motorkolben 44, 46 bzw. 48 zugeordnet. Die Motorzylinder 38, 40 und 42 sind gleichachsig zu den zugehörigen Arbeitszylindern 10, 12 bzw. 14 angeordnet, und die Motorkolben 44,46, 48 sind über Kolbenstangen 50, 52 bzw. 54 mit den Kolben 16, 18 bzw. 20 verbunden. Die Motorzylinder sind an beiden linden abgeschlossen, wobei die Kolbenstangen 50, 52 bzw. 54 an einem linde abdichtend durch die Stirnwände der Motorzylinder hindurchgeführl sind. Die Motorkolben 44, 46, 48 unterteilen die Motorzylinder 38, 40, 42 in jeweils eine erste Zylinderkammer 56, 58 bzw. 60 und eine zweite Zylinderkammer 62, 64 bzw. 66. wobei die Einleitung von Arbeitsflüssigkeit in die ersten Zylinderkammern 56, 58, 60 eine Bewegung des Motorkolbens 44, 46, 48 und des damit verbundenen Kolbens 16, 18 bzw. 20 in F'örderrichtung bewirkt.

Die zweiten Zylinderkammern 62, 64 und 66 sind durch eine Leitung 68 miteinander verbunden und bilden ein im wesentlichen abgeschlossenes, mit Arbeitsflüssigkeit gefülltes System. Wenn einer der Motorkolben 44, 46 oder 48 durch Einleiten von Arbeitsflüssigkeit in die erste Zylinderkammer nach rechts in Fig. 1 gedrückt wird, so baut sich in diesem abgeschlossenen System ein Druck auf, der einen anderen Motorkolben, dessen erste Zylinderkammer mit dem Behälter verbunden ist. nach links in F i g. 1 bewegt.

Das Arbeitsflüssigkeitssystem enthält einen Behälter 70 und eine Arbeitsflüssigkeitspumpe 72, die Arbeitsflüssigkeit aus dem Behälter 70 ansaugt. Die ersten Zylinderkammern 56, 58, 60 sind über Leitungen 74, 76 bzw. 78 und Einlaßventile 80, 82 bzw. 84 mit der Hauptdruckquelle 86, also der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 verbindbar. Weiterhin können die ersten Zylinderkammern 56, 58, 60 über die Leitungen 74, 76 bzw. 78, Auslaßventile 88, 90 bzw. 92, Leitung 94 und eine Rücklaufleitung 96 mit dem Behälter 70 verbunden werden. Schließlich ist über je ein Vorkompressionsventil 98, 100 bzw. 102 und eine Strömungsdrossel 104, 106 bzw. 108 eine Verbindung der ersten Kammern 56, 58 bzw. 60 der Motorzylinder 38, 40 bzw. 42 mit der Druckseite 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 herstellbar.

Die Einlaßventile 80,82,84 bilden zusammen mit den zugehörigen Auslaßventilen 88, 90, 92 Ventilbaugruppen 110, 112 bzw. 114, von denen eine in Fig. 2 schematisch im Längsschnitt dargestellt ist. Jedes der Einlaß- und Auslaßventile ist ein hydraulisch ferngesteuertes 2/2-Abschaltventil. Ebenso sind die Vorkompressionsventile 98, 100 und 102 als hydraulisch ferngesteuerte 2/2-Abschaltventile ausgebildet Durch eine Zyklussteuerschaltung wird jeweils eine Zylinderkammer, z. B. die Zyünderkamrner 56 des Motorzyündcrs 38, über das zugehörige aufgesteuerte Einlaßventil 80 mit der Druckseite 86 der Pumpe 72, die erste Zylinderkammer 58 de;» benachbarten Motorzylinders 40 über da? zugehörige aiifgcstcucrte Auslaßventil 90 mit dcir Behälter 70 und die erste Zylinderkammer 60 des dritter Motorzylinders 42 mit einer von der Leitung 78 ■i gebildeten Druckqucllc verbunden, die über das aufgesteiierte Vorkompressionsventil 102 mit der die »llauptdruckquclle« bildenden Druckseitc 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 verbunden, aber von dieser durch die Strömungsdrossel 108 entkoppelt ist. Durch die von dem Motorkolben 44 während des »Förderhubes« aus der zweiten /ylinderkammcr 62 vrdrängtc Arbeitsflüssigkeit, die über Leitung 68 in die Zylinderkammer 64 gedruckt wird, wird der Motorkolben 4f nach links in F i g. 1 bewegt, so daß der Kolben 18 seiner Saughub ausführt. In der Zylinderkammer 60 de< Motorzylinders und in dem Arbeitszylinder 14 erfolgt währenddessen eine Vorverdichtung der Arbeits- tint I örderflüssigkcit auf den Förderdruck, wobei durch die Fintkopplung über die Strömungsdrossel 108 eint.

Rückwirkung des dort zunächst geringeren Druckes aiii das übrige Arbeitsflüssigkeitssystem und den Motorzylinder 38 verhindert wird. Das ist Gegenstand der DE-PS 2Ob3 75O. Die drei Funktionen »Förderhub« »Saughub« und »Vorverdichtung« der drei Motorzylin der 38, 40, 42 ändern sich in zyklischer FoI^e durch Umschaltung der Einlaß-, Auslaß- und Vorverclichtungs ventile mittels der Zyklussteuerschaltung. Die Zyklus steuerschaltung wird dabei am Finde jedes Förderhube? durch einen »hydraulischen Endschalter« fortgeschaltet

3n leder dieser hydraulischen Endschalter wird von einerr 3/2-Wegeventil 116, 118, 120 gebildet, das durch einer Nocken 122, 124 bzw. 126 an der Kolbenstange 50, 5i bzw. 54 umschaltbar ist. F.inc Betätigungsverricgelunj sorgt — wie noch beschrieben werden wird — dafür

jj daß nur ein Ventil jeder Art, d. h. jeweils nur eir Einlaßventil, nur ein Auslaßventil und nur ein Vorver dichtungsventil, aufsteuerbar ist.

In F i g. 2 ist schematisch die konstruktive Ausführung der Ventilbaugruppe 110 dargestellt. Die anderer

Jn Ventilbaugruppen 112 und 114 sind in gleicher Weise aufgebaut.

Die Ventilbaugruppe 110 enthält ein Gehäuse 128 mit zwei fluchtenden zylindrischen Bohrungen 130 und 132 Die Bohrunger. 130 und 132 sind durch eine Zwischen·

4", wand 134 voneinander getrennt, stehen aber beide mit einem Ringraum 136 in Verbindung, der in der Mitte des Gehäuses 128 um die Enden der Bohrungen 130 und 132 herum vorgesehen ist. Am äußeren Ende der Bohrung 132 ist eine Kammer 138 gebildet. An der der Bohrung

>o 132 gegenüberliegenden Stirnseite der Kammer 138 sitzt eine Dichtscheibe 140. Eine weitere Dichtsche'jc 142 ist auf der der Bohrung 130 zugewandten Seite der Zwischenwand 134 vorgesehen. Das äußere (in F i g. 2 untere) Ende der Bohrung 130 geht in einen

Anschlußkrümmer 144 über.

In den Bohrungen 130 und 132 sind je ein hülsenförmiger Ventilschließkörper 146 bzw. 148 abdichtend geführt. Die Ventilschließkörper 146 und 148 weisen an ihrem Umfang je einen Ringkoiben 150

wi bzw. 152 auf. Die Ringkolben 150 und 152 sind abdichtend in zylindrischen Erweiterungen der Bohrungen 130 bzw. 132 geführt. Der Ringkolben 150 unterteilt die Erweiterung der Bohrung 130 in zwei Ringkammern 154 und 156, und der Ringkolben 152 unterteilt die

*"· Erweiterung der Bohrung 132 in zwei Ringkammern 158 und 560.

Der Anschlußkrümmer 144 ist mit der Druckseite 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 70 verbunden. Der Ring-

raum 136 steht mit der zum Molor/ylmder 38 führenden Leitung 74 in Verbindung. Die Kammer 138 ist mit der Leitung 94 verbunden, welche über die Rücklaufleitung 96 mit dem Behalte.' 70 in Verbindung steht.

In der Ringkammer 154 mündet ein Stcuerflüssigkcitsanschluß 162. In der Ringkammer 156 mündet ein Steiierflüssigkeitsansehluß 164. In der Ringkammer 158 münde¹ ein Steuerflüssigkeitsanschluß 166. In der Ringkammer 160 mündet ein .Steuerflüssigkeitsanschluß 168. Von der Ringkammer 154 geht weiterhin ein .Signalkanal 170 aus, der von dem Ringl.olben 150 abdeckbar ist und von diesem erst freigegeben wird, wenn sich der Vcntilschließkörper 146 in seiner in I i g. 2 obersten Stellung befindet und mit seiner Stirnfläche an der Dichtscheibe 142 anliegt.

Die Teile in der Bohrung 130 bilden das F.inlaüventil 80. Dadurch, daß Steuerflüssigkeit unter Druck über den Steiierflüssigkeitsansehluß 162 auf die Ringkammer 154 "'.'"cb'-T! wird, wühr^nd di** R!n^akärnrn^pr '^6 über den .Steuerflüssigkeitsanschluß 164 mit dem Behälter verbunden ist, wird der Ringkolben 150 und damit der Vcntilschließkörper 146 nach oben gedrückt, so daß er sich an die Dichtscheibe 142 anlegt. Dadurch wird die Verbindung /wischen dem Anschlußkrümmer 144 und dem Ringraum 136 unterbrochen, die bei geöffnetem Einlaßventil durch das Innere des hülsenförmigen Ventilschließkörpers hindurch hergestellt ist. Wird dagegen Druck auf den .Steuerflüssigkeitsanschluß 164 gegeben und der Steuerflüssigkeitsanschluß 162 mit dem Behälter verbunden, dann bewegt sich der Ventils- Slicßkörper 146 nach unten in seine Offenstellung. Bei geschlossenem Einlaßventil 80 wird Druck auf den Signalanschluß 170 gegeben.

In ähnlicher Weise wird das Auslaßventil 88, das von den Teilen in der Bohrung 132 gebildet wird, über die Stcuerflüssigkeitsanschlüsse 166 und 168 gesteuert.

Das Einlaßventil 82 hat entsprechende Steuerflüssigkeitsanschlüsse 172 und 174 und einen Signalanschluß 176. Das Einlaßventil 84 hat Steuerflüssigkeitsanschlüsse 178 und 180 und einen Signalanschluß 182. Das Auslaßventil 90 hat Steuerflüssigkeitsanschlüsse 184, 186. Das Auslaßventil 92 hat Steuerflüssigkeitsanschlüsse 188,190.

Der Steuerflüssigkeitskreis enthält eine Steuerflüssigkeitspumpe 192, die Steuerflüssigkeit aus einem Behälter 194 ansaugt.

Die Zyklussteuerschaltung, durch welche die Aufschaltung der Steuerflüssigkeit auf die verschiedenen Steuerflüssigkeitsanschlüsse der Einlaß- und Auslaßventile gesteuert wird, enthält drei bistabile Schaltungen 196, 198 und 200, welche aus je einem hydraulisch betätigten Zweiwegeventil 202, 204 bzw. 106 und einem vorgeschalteten, entsperrbaren Zwillingsriickschlagventil 208,210 bzw. 212 bestehen.

Die Zweiwegeventile 202, 204, 206 stellen in ihren beiden Schaltstellungen jeweils die Verbindung zwischen einer Steuerleitung 214, 216 bzw. 218 und entweder der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 oder einer mit dem Behälter 194 verbundenen Rücklaufleitung 222 her. Die Zweiwegeventile 202,204, 206 sind über gegeneinanderwirkende Steuereingänge 224, 226 bzw. 228, 230 bzw. 232, 234 umschaltbar. Die Steuereingänge werden über die entsperrbaren Zwillingsrückschlagventile 208, 210 und 212 angesteuert. Das hat zur Folge, daß die Zweiwegeventile durch einen Impuls auf einen Steuereingang umschaltbar ist und dann durch das Zwillingsrückschlagventil in dieser neuen Schaltstellung gehalten wird. Die Entsperrbarkeit

des ZwilliiigsrUckschlagventils gestiittel dabei das Abfließen der Steuerflüssigkeit von dem jeweils der Umschaltung entgegenwirkenden Steuereingang.

V.s entsteht eine bistabile Schaltung, beispielsweise Schaltung 1%, die durch Druck über das Zwillingsrückschlagventil 208 auf den Steuercingang 226 in eine Schaltstellung »gesetzt« werden kann, in welcher die Steuerleitung ?14 mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 verbunden ist, und die durch Druck auf den Steuereingang 224 in eine Schaltstellung »rücksctzbar« ist, in welcher die .Steuerleitung 214 mit dem Behälter 194 in Verbindung steht. Die bistabilen Schaltungen 198 und 200 arbeiten in entsprechender Weise.

Die bistabile Schaltung 196 wird gesetzt über das als »Endschalter« wirkende 3/2-Wegeventil 120. Normalerweise ist die an dem Steucreingang 226 über das Zwillingsrückschlagventil 208 anliegende Leitung 236 iihnr Ha«; T/7- Wrgpvcntil 120 in rler dnrgostelllnn Stellung sowie über eine Rücklaufleitung 238 und Leitung 240 mit dem Behälter 194 verbunden. Wenn das 3/2-Wegeventil 120 durch den Nocken 126 umgeschaltet wird, wird die Leitung 236 stattdessen über eine Leitung 242 und eine Leitung 244 mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 verbunden. Der Steuereingang 226 erhält vorübergehend Druck, und das Zweiwegeventil 202 wird umgeschaltet. In dieser »gesetzten« Stellung wird die bistabile Schaltung 1% dann durch das Zwillingsrückschlagventil 208 gehalten.

In entsprechender Weise wird die bistabile Schaltung 198 über eine Leitung 246 von dem 3/2-Wegeventil 116 und die bistabile Schaltung 200 über eine Leitung 248 von dem 3/2-Wegeventil 118 gesetzt.

Die bistabilen Schaltungen 1%, 198 und 200 sind außerdem miteinander verknüpft:

Der Steuereingang 224 des Zweiwegeventils 202 ist über das Zwillingsrückschlagventil 208 und eine Leitung 250 mit der Steuerleitung 216 verbunden, die bei gesetzter bistabiler Schaltung 198 Druck erhält. Beim Setzen der bistabilen Schaltung 198 wird also die benachbarte bistabile Schaltung 1% über den Steuereingang 224 zurückgesetzt. In ähnlicher Weise ist der Steuereingang 228 des Zweiwegeventils 204 über das Zwillingsrückschlagventil 210 und eine Leitung 252 mit der Steuerleitung 218 verbunden, die bei gesetzter bistabiler Schaltung 200 Druck erhält. Beim Setzen der bistabilen Schaltung 200 wird die bistabile Schaltung 198 über den Steuereingang 228 zurückgesetzt. Schließlich ist der Steuereingang 232 des Zweiwegeventils 206 über das Zwillingsrückschlagventil 212 und eine Leitung 254 mit der Steuerleitung 214 verbunden, die bei gesetzter bistabiler Schaltung 1% Druck erhält. Beim Setzen der bistabilen Schaltung 196 wird daher die bistabile Schaltung 200 über den Steuereingang 232 zurückgesetzt.

Die Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile und der Vorsteuerventile in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der drei bistabilen Schaltungen 196, 198 und 200 erfolgt auf folgende Weise:

Die Steuerschaltung 214 der bistabilen Schaltung 1% ist mit dem Steuerflüssigkeitsanschluß 164 des Einlaßventils 80 sowie über eine Leitung 256 und ein entsperrbares Rückschlagventil 258 mit dem Steuerflüssigkeitsanschluß 190 des Auslaßventils 92 verbunden. Das Rückschlagventil 258 ist durch Druck am Signaianschiuß 1S2 des Einlaßventils 84 er.tsperrbar. in entsprechender Weise ist die Steuerleitung 216 der bistabilen Schaltung 198 mit dem Steuerflüssigkeitsan-

schluü 174 des Einlaßventils 82 sowie über eine Leitung 260 und ein entsperrbares Rückschlagventil 262 mit dem .Steuerflüssigkeitsanschluß 168 des Auslaßventils 88 verbunden. Das Rückschlagventil 262 ist durch Druck am Signalanschluß 170 des Einlaßventils 80 entsperrbar. Die .Steuerleitung 218 der bistabilen Schaltung 200 ist mit dem Steuerflüssigkeitsanschluß 180 des Einlaßventils 84 sowie über eine Leitung 264 und ein entsperrbares Rückschlagventil 266 mit dem Steuerflüssigkeitsanschluß 186 des Auslaßventils 90 verbunden.

Der Steuereingang des als ferngesteuertes Abschaltventil ausgebildeten Vorverdichtungsventils 98 ist über eine Leitung 268 mit der Leitung 76 verbunden, also sowohl mit der Auslaßseite des Einlaßventils 82 als auch mit der stromabwärtigt-n Seite der Strömungsdrossel 106. In entsprechender Weise ist der Steuereingang des Vorverdichtungsventils 100 mit der Leitung 78 und der Steuereingang des Vorverdichtungsventils 102 mit der Leitung 74 verbunden. Das Vorverdichtungsventil 98 ist 88 und über Stcucrleitung 218 an den Steuerflüssigkeitsanschlüssen 180 und 186 des Einlaßventils 84 bzw. des Auslaßventils 90.

Wenn der Motorkolben 44 seinen Förderhub beendet ·> hat, wird über den Nocken 122 das 3/2-Wegeventil 116 umgeschaltet.

Dadurch wird Druck von der Druckseite der

Steuerflüssigkeitspumpe 192 über Leitung 244, Leitung 242, Leitung 246 und Zwillingsrückschlagventil 210 auf

ίο den Steuereingang 230 des Zweiwegeventils 204 gegeben und die bistabile Schaltung 198 gesetzt. Durch das Zwillingsrückschlagventil 210 bleibt die Schaltung 198 in diesem Zustand, auch wenn das 3/2-Wegeventil 116 später wieder in die gezeichnete Ruhestellung zurückkehrt.

Mit dem Setzen der bistabilen Schaltung 198 und Umschalten des Zweiwegeventils 204 wird über di; Leitung 250 und das Zwillingsrückschlagven'il 208 Druck auf den Steuereingang 224 des Zweiwegeventils

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til 100 geöffnet ist, als auch wenn das Einlaßventil 82 geöffnet ist. Es ist nur dann geöffnet, wenn sowohl das Vorverdichtungsventil 100 als auch das Einlaßventil 82 geschlossen und das Auslaßventil 90 geöffnet ist. Entsprechende Bedingungen gelten für die anderen Vorverdichtungsventile 100 und 102.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Zyklussteuerschaltung ist wie folgt:

Es soll von einem Zustand ausgegangen werden, in welchen der Motorkolben 44 seinen Förderhub, der Motorkolben 48 seinen Saughub und der Motorkolben 46 einen Vorverdichtungshub ausführt. Zu diesem Zweck ist das Einlaßventil SO geöffnet und das Auslaßventil 88 geschlossen. In der Ventilgruppe 114 ist das Einlaßventil 84 geschlossen und das Auslaßventil 92 geöffnet. Schließlich sind Einlaßventil 82 und Auslaßventil 90 beide geschlossen. Das Vorverdichtungsventil 100 ist geöffnet, während die beiden anderen Vorverdichtungsventile 98 und 102 geschlossen sind.

Es läßt sich zeigen, daß dies einer der drei stabilen Zustände der Zyklussteuerschaltung ist:

Durch das Öffnen des Einlaßventils 80 wird das Vorverdichtungsventil IG2geschlossen. Da das Vorverdichtungsventil 102 und das Einlaßventil 84 geschlossen und das Auslaßventil 92 geöffnet ist, ist kein Druck am Steuereingang des Vorverdichtungsventils 100 wirksam, und das Vorverdichtungsventil 100 öffnet. Da das Vorverdichtungsventil 100 öffnet, wird das Vorverdichtungsventil 98 durch den sich hinter diesem aufbauenden Druck geschlossen, auch wenn Einlaßventil 82 und Auslaßventil 90 beide geschlossen sind.

Zum öffnen des Einlaßventils 80 ist die bistabile Schaltung 196 »gesetzt«, d. h. das Zweiwegeventil 202 ist gegenüber der dargestellten Schaltstellung umgeschaltet und verbindet die Steuerleitung 214 mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192. Über Leitung 256 wird dabei gleichzeitig das Auslaßventil 92 geöffnet Das öffnen des Einlaßventils 80 bewirkt, da das Einlaßventil 82 geschlossen ist, das Schließen des Einlaßventils 84 über das geschlossene System der miteinander verbundenen Steuerflüssigkeitsanschlüsse 162, 172 und 178, wobei nach vollständigem Schließen des Einlaßventils 84 das Rückschlagventil 258 über den Signalanschluß 182 entsperrt wird.

Die bistabilen Schaltungen 198 und 200 sind nicht gesetzt. Dementsprechend steht kein Druck über Steuerleitung 216 an den Steuerflüssigkeitsanschlüssen 174 und 168 des Einlaßventils 82 bzw. des Auslaßventils zurückgesetzt.

Die bistabile Schaltung 200 war schon im nicht-gesetzten Zustand.

Durch diese Umschaltung ist somit statt der bistabilen Schaltung 196 nun die bistabile Schaltung 198 gesetzt. Das wirkt sich in folgender Weise auf die Einlaß-, Auslaß- und Vorkompressionsventile aus:

Die Steuerleitung 214 wird mit dem Behälter 194 verbunden und dafür erhält die Steuerleitung 216 Druck.

Das vorher geschlossene Einlaßventil 82 wird dadurch aufgedrückt. Es steht ferner Druck über Leitung 760 an dem Rückschlagventil 262 an, der jedoch zunächst noch nicht an dem Steuerflüssigkeitsanschluß 168 des Auslaßventils 88 wirksam wird. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, wird beim öffnen des Einlaßventils durch den Ringkolben 150 Steuerflüssigkeit aus der Ringkammer 154 verdrängt. Da die Steuerflüssigkeitsanschlüsse 178, 172 und 162 miteinander verbunden sind und mit den zugehörigen Ringkammern ein geschlossenes Siystem bilden, wird durch die aus der Ringkammer 154 des Einlaßventils 82 verdrängte Steuerflüssigkeit das vorher geöffnete Einlaßventil 80 geschk—.sen. Das Einlaßventil 84 war schon geschlossen und kann daher in seiner Ringkammer 154 keine Steuerflüssigkeit mehr aufnehmen. Durch das Schließen des Einlaßventils 80 wird der Signalanschluß 170 freigegeben, sobald das Einlaßventil 80 voll geschlossen ist. Dadurch wird das Rückschlagventil 262 entsperrt. Der Druck aus der Leitung 260 wird auf den Steuerflüssigkeitsanschluß 168 gegeben und das Auslaßventil 88 geöffnet. Da die Steuerflüssigkeitsanschlüsse 166, 184 und 188 der Auslaßventile 88, 90, 92 ebenfalls miteinander verbunden sind und ein geschlossenes System bilden und das Auslaßventil 90 schon geschlossen war, wird durch die aus der Ringkammer 158 verdrängte Steuerflüssigkeit das Auslaßventil 92 zugedrückt.

Durch das öffnen des Auslaßvent'ls 88 wird das Vorverdichtungsventil 102 geöffnet Dafür wird durch das öffnen des Einlaßventils das Vorverdichtungsventil 98 geschlossen. Durch das öffnen des Vorverdichtungsventils 102 wird das Vorverdichtungsventil 100 geschlossen, auch wenn Einlaß- und Auslaßventil 84 bzw. 92 der Ventilbaugruppe 114 beide geschlossen sind. Es stellt sich somit jetzt folgender Zustand ein:

Die erste Zylinderkammer 56 des Motorzylinders 38 ■.vird über das Auslaßventil 88, die Leitung 94 und die Rücklaufleitung 96 mit dem Behälter 70 verbunden. Die erste Zylinderkammer 58 des Motorzylinders 40 ist über

das groffnete Einlaßventil 82 mit der Druckseite 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 verbunden. Der Motorkolben 46 führt daher seinen Förderhub aus. Die dabei aus der zweiter Zylinderkamrncr 64 des Motorzylinders 40 verdrängte Arbeitsflüssigkeit wird über die Leitung 68 in die zweite Zylinderkammer 62 des Motorzylinders 62 gedrückt und bewegt den Motorkolben 44 und damit den Kolben 16 im Saughub nach links in Fig. 1. Die erste Zylinderkammer 60 des dritten Motorzylinders 42 ist jetzt mit der Druckseite 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 über die Strömungsdrossel 108 und das Vorverdichturigsventil 102 verbunden. Dur Motorkolben 48 führt also seinen Vorverdichtungshub aus.

In dem neuen Schaltzustand führt somit der Motorkolben 44 im Anschluß an den Förderhub seinen Siiughub aus, der Motorkolben 46 führt im Anschluß an den Vorverdichtungshub den Förderhub aus, und der Motorkolben 48 macht im Anschluß an den Saughub den Vorverdichtungshub.

Motorkolben seinen Förderhub ausführt, ein anderer Motorkolben den vollen Saughub ausführt. Es kann sein, daß dies infolge von Förderflüssigkeitsverlusten in dem von den zweiten Zylinderkammern 62, 64, 66 und der Leitung 68 gebildeten geschlossenen System nicht mehr gewährleistet ist. Es muß dann eine Hubkorrektur stattfinden. Das geschieht auf folgende Weise:

ledesmal wenn das 3/2-Wegeventil am Ende des Förderhubs des Motorkolbens 44 umgeschaltet wird, dann wird Druck von der Leitung 238 auch über eine I eitung 270 auf den ersten Steuereingang 272 eines ferngesteuerten 3/2-Wegeventils 274 gegeben, s:o daß dieses in die dargestellte Schaltstellung geschaltet wird. Ein zweiter, dem ersten Steuereingang 272 entgegenwirkender Steuereingang 276 des 3/2-Wegeventils 274 ist über eine Leitung 278, ein 3/2-Wegeventil 280 in dessen Ruhestellung und ein Rückschlagventil 282 mit der Rücklaufleitung 238 zum Behälter 194 verbunden. In dieser Schaltstellung verbindet das 3/2-Wegeventil 274 eine Leitung 292 mit einer Leitung 286, die mit den Steuereingängen 288 und 290 zweier ferngesteuerter Abschaltventil 292 bzw. 294 verbunden ist.

Gleichzeitig mit dem Steuereingang 272 des 3/2-Wegeventils 274 wird auch über Leitung 246 und das Zwillingsrückschlagventil 210 der Steuereingang 230 mit Druck beaufschlagt, wodurch die bistabile Schaltung 198 gesetzt und die bistabile Schaltung 196 in die dargestellte Schaltstellung des Zweiwegeventiis 202 zurückgesetzt wird. Damit wird die Leitung 292 mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 verbunden. Es wird daher Druck auf die Steuereingänge 288 und 290 der Abschaltventile 292, 294 gegeben und diese Abschaltventile werden geschlossen gehalten.

Wenn nach Beendigung des Saughubes des Motorkolbens 44 durch den Nocken 122 das 3/2-Wegeventil 280 umgeschaltet wird, dann wird von einer Leitung 296, die über Leitung 244 mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 verbunden ist, über das 3/2-Wegeventil 280 und die Leitung 278 Druck auf den Steuereingang 276 des 3/2-Wegeventils 274 gegeben

und das 3/2-Wegeventil 274 aus der dargestellten Lagr umgeschaltet. Der andere Steuereingang 272 des 3/2-Wegeventils 274 ist nach Rückkehr des 3/2-Wegeventils 116 in seine Ruhestellung über Leitung 238 und Leitung 240 mit dem Behälter 194 verbunden. In dieser umgeschalteten Stellung verbindet das 3/2-Wegeventils 274 die Leitung 286 und die Steuerein^änge 288 und 290 mit der Leitung 284, die ständig mit der Druckseite 220 der Steuerflüssigkeitspumpe 192 verbunden ist. Dann bleiben die Abschaltventile 292, 294 geschlossen unabhängig von den Schaltzuständen des 3/2-Wegeventils 202.

Wenn dagegen bei dem Saughub des Motorkolbens 44 das 3/2-Wegeventils 280 nicht durch den Nocken 122 'imgeschaltet wird, bleibt das 3/2-Wegeventil 274 in der dargestellten Schaltstellung. Während des Saughubs des Motorkolbens 44 führt der Motorkolben 48 sein ;n Vorverdichtungshub aus. Nach Beendigung des Saughubes des Motorkolbens 44 beginnt der Motorkolben 48

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wird von dem Nocken 126 das 3/2-Wegeventil 120 umgeschaltet. Hierdurch wird über Leitung 236 die bistabile Schaltung 196 gesetzt und das 3/2-Wegeventil 202 umgeschaltet. Damit liegt die Leitung 291 am Behälter 194 und die Steuereingänge 288, 290 werden drucklos. Jetzt öffnen die Abschaltventile 292, 294 und stellen während des anschließenden Saughubs des Motorkolbens 48 eine Verbindung zwischen der Druckseite 86 der Arbeitsflüssigkeitspumpe 72 und dem geschlossenen System der zweiten Zylinderkammern 62,64,66 sowie — über das Absperrventil 292 — mit der Druckseite 86 und einem Ausgleichsbehälter 295 her.

Damit wird während des Saughubs des Motorkolbens 48 Arbeitsflüssigkeit in das geschlossene System nachgefördert, bis der Nocken 122 das 3/2-Wegeventil 116 wieder umschaltet und dieses in der beschriebenen Weise eine Umschaltung des 3/2-Wegeventils 274 bewirkt.

Wenn dabei zu viel Arbeitsflüssigkeit in das geschlossene System nachgefordert wird, so daß der Motorkolben 44 während seines anschließenden Saughubs seine durch einen Anschlag bestimmte linke Endstellung schon erreicht hat. während der Motorkolben 46 noch seinen Förderhub ausführt, dann vjrd die überschüssige verdrängte Arbeitsflüssigkeit über ein Rückschlagventil 298 in den Ausgleichsbehälter 295 gedruckt.

Es kann weiterhin eintreten, daß durch Steuerflüssigkeitsverluste in dem von den Ringkammern 154 gebildeten geschlossenen System beim öffnen des einen Einlaßventils, z. B. des Einlaßventils 82, das andere Einlaßventil, z. B. das Einlaßventil 80, nicht voll schließt. In diesem Fall wird durch den Ringkolben 150 des Einlaßventils 82 (Fig.2) vor Erreichen der Offenstel- lung ein Anschluß 300 freigegeben, der über ein Rückschlagventil 302 mit dem Anschluß 172 in Verbindung steht. Ober den Anschluß 300 und das Rückschlagventil 302 wird Steuerflüssigkeit unter Druck in das geschlossene System hineingedrückt und das Einlaßventil 80 vollständig geschlossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisch angetriebene dreizylindrige Schubkolbenpumpe mit Rückschlagventilen im Zylinderkopf und einer hydraulischen Zyklussteuerschaltung s 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 die Zyklussteuerschaltung drei aus je einem hydraulisch betätigten Zweiwegeventil (202,204,206) und einem den Steuereingängen (224, 226; 228, 230; 232, 234) vorgeschalteten Zwillingsrückschlagventil (208, 210, 212) bestehende bistabile Schaltungen (196,198,200) aufweist, die durch je eine zugeordnete Kolbenstange (50, 52, 54) der Schubkolbenpumpe in deren Endstellung über einen hydraulischen Endschalter (116, 118, 120) betätigbar sind und dabei über ihren jeweiligen Ajsgang (Steuerleitungen 214, 216, 218)

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196,198) im entgegengesetzten Sinne betätigen, und daß für jeden der drei Motorzylinder (38,40,42) ein hydraulisch betätigtes Einlaßventil (80, 82, 84) zur Verbindung mit einer Hauptdruckquelle (86), ein hydraulisch betätigtes Auslaßventil (88, 90, 92) und ein hydraulisch betätigtes Vorkompressionsventil (98, 100, 102) zur Verbindung mit einer von der Hauptdruckquelie (86) entkoppelten Druckquelle vorgesehen ist, und wobei eine Betätigungverriegelung derart vo-gesehen ist, daß nur ein Ventil jeder Art aufsteuerbar ist und daß durch jede der bistabilen Schaltungen \\9β, YoA, 200) im betätigten Zustand eines der Einlaßventile (80, 82, 84) und ein Auslaßventil (92, 88, 90) einei. jeweils anderen Zylinders (42, 38, 40) sowie ein Vorkompressionsventil (100, 98, 102) eines dritten Zylinders (40, 42, 38) aufgesteuert wird.

2. Schubkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorkolben (44, 46, 48) jeweils einen Motorzylinder (38,40,42) in eine erste und eine zweite Zylinderkammer (56, 58,60 bzw. 62, 64,66) unterteilen, von denen die erste Zyünderkammer (56, 58, 60) über ein zugehöriges Einlaßventil (80,82,84) mit der Druckseite (86) einer Arbeitsflüssigkeitspumpe (72) als Hauptdruckquelle, über ein zugehöriges Auslaßventil (88, 90, 92) mit einem Behälter (70) und über ein Vorverdichtungsventil (98, 100, 102) mit der entkoppelten Druckquelle verbindbar ist und die zweiten Zylinderkammern (62,64,66) miteinander verbunden sind,

daß die Einlaßventile (80, 82, 84) und die Auslaßventile (88, 90, 92) als hydraulisch über eine Steuerflüssigkeit fernsteuerbare Abschaltventile ausgebildet sind, die paarweise je einem Motorzylindk.T (38, 40, 42) zugeordnet sind und über jeweils einen ersten Steuerflüssigkeitsanschluß (164, 168; 174, 186; 180, 190) aufsteuerbar und über einen zweiten Steuerflüssigkeitsanschluß (162, 166; 172, mi 186; 178,188) zusteuerbar sind,
daß bei Betätigung jeder bistabilen Schaltung (196, 1S8, 200) der erste Steuerflüssigkeitsanschluß (164, 174,180) eines Einlaßventils (80,82,84) und der erste Steuerflüssigkeitsanschluß (190, 168, 186) eines .·. Auslaßventils (92, 88, 90) eines anderen Paares über das Zweiwegeventil (202, 204, 206) mit der Druckseite (220) einer Steuerflüssigkeitspumpe (192) und bei nichtbetätigter bistabiler Schaltung (196, 198,200) mit einem Behälter (194) verbindbar sind,
daß die zweiten Steuerflüssigkeitsanschlüsse (162, 172, 178) aller Einlaßventile (80, 82, 84) miteinander verbunden sind und die zweiten Steuerflüssigkeitsanschlüsse (166,184,188) aller Auslaßventile (88,90, 92) ebenfalls miteinander verbunden sind, und
daß die Vorverdichtungsventile (98, 100, 102) als hydraulisch fernsteuerbare 2/2-AbschaItventile ausgebildet sind und die Steuereingänge jedes einem Motorzylinder (38, 40, 42) zugeordneten Vorverdichtungsventils (98, 100, 102) mit der ersten Zylinderkammer (58, 60, 56) eines anderen Motorzylinders (40, 42, 38) verbunden ist.

3. Schubkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von Einlaß- und Auslaßventilen (80, 88; 90; 84, 92) eine Ventilbaugruppe (110,112,114) bildet und zwei hülsenförmige Ventilschließkörper (146, 148) aufweist, die in gleichachsigen Bohrungen (130, 132) eines Ventilgehäuses (128) geführt sind und mit je einer an der Stirnseite jeder Bohrung (130, 132) angeordneten Dichtscheibe (142, 140) zusammenwirken, wobei die eine Bohrung (130) an ihrem axial äußeren Ende mit der Druckseite (86) der Arbeitsflüssigkeitspumpe (72), die andere Bohrung (132) an ihrem axial äußeren Ende mit dem Behälter (70) und beide Bohrungen (130, /32) an ihren axial inneren Enden mit einem zugehörigen Motorzyünder (38, 40, 42) in Verbindung stehen, und

daß jeder Ventilschließkörper (146, 148) einen Ringkolben (150, 152) auf seiner Mantelfläche aufweist, der in einer zylindrischen Erweiterung der Bohrung (130, 132) geführt ist und diese in zwei Ringkammern (154, 156, 158, 160) unterteilt, wobei jede Ringkammer (154, 156, 158, 160) mit einem ersten bzw. zweiten Steuerflüssigkeitsanschluß (162, 164,166,168) verbunden ist.

4. Schubkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbind ,ng (256, 260, 264) zwischen jedem der Zweiwegeventile (202, 204, 206) und dem ersten Steuerflüssigkeitsanschluß (190,168, 186) des zugehörigen Auslaßventils (92, 88, 90) ein entsperrbares Rückschlagventil (25S, 262, 266) enthält,

daß in der Bohrung (130) jedes Einlaßventils (80,82, 84) ein Signalanschluß (170, 176, 182) mündet, der von dem Ringkolben (150) nur in voll geschlossenem Zustand des Einlaßventils (80, 82, 84) freigegeben wird und mit der in Schließrichtung wirksamen Ringkammer (154) in Verbindung gelangt, und
daß das Rückschlagventil (258, 262, 266) über den Signalanschluß (182,170,176)entsperrbarist.

5. Schubkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der in Offnungsrichtung wirksamen Ringkammer (160,156) jedes Einlaß- und Auslaßventils (80,82,84 bzw. 88,90,92) ein Anschluß (300) mündet, der über ein Rückschlagventil (302) mit dem geschlossenen System der in Schließrichtung wirksamen Ringkammern (154) in Verbindung steht.

6. Schubkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß ein 3/2-Wegeventil (274) vorgesehen ist, welches über einen ersten Steuereingang (272) in eine erste Schaltstellung schaltbar und durch einen zweiten Steuereingang (276) in eine zweite Schaltstellung rückschaltbar ist und welches in der ersten

Schaltstellung eine erste und in der zweiten Schaltstellung eine zweite Leitung (292 bzw. 284) mit dem Steuereingang (290) eines hydraulisch fernsteuerbaren Abschaltventils (294) verbindet,
daß die erste Leitung über das als 4/2-Wegeventil ausgebildete Zweiwegeventil (202) der einen bistabilen Schaltung (196) in dessen betätigter Stellung mit der Druckseite (200) der Steuerflüssigkeitspumpe (192) und in dessen nicht-betätigter Stellung mit dem Behälter (194) verbunden ist, während die zweite Leitung (284) ständig mit der Druckseite der Steuerflüssigkeitspumpe (192) in Verbindung steht,
daß das 3/2-Wegeventil (274) durch den dem einen Motorzylinder (38) zugeordneten hydraulischen Endschalter (116) in die erste Schaltstellung umschaltbar ist, durch den über das Setzen der benachbarten bistabilen Schaltung (198) die das 4/2-Wegeventil (202) enthaltende bistabile Schaltung ((96) rücksetzbar ist,

daß ein weiteres 3/2-Wegeventil (280) vorgesehen ist, das von einem Nocken (122) an der Kolbenstange (50) des Motorzylinders (38) umschaltbar ist, wenn der Motorkolben (44) seinen Saughub volkndet hat, und über welches der zweite Steuereingang (276) des ersten 3/2-Wegeventils (274) in nicht-umgeschalteter Stellung über ein Rückschlagventil (282) mit dem Behälter (194) und in umgeschalteter Stellung mit der Druckseite (220) der Steuerflüssigkeitspumpe (192) verbindbar ist, und

daß über das fernsteuerbare Abschaltventil (294) eine Verbindung zwischen der Druckseite (86) der Arbeitsflüssigkeitspumpe (72) und dem von den zweiten Zylinderkammern (62, 64, 66) der Mcitorzylinder (38, 40, 42) gebildeten geschlossenen Siystem herstellbar ist.