DE2807182A1

DE2807182A1 - Einrichtung zum im wesentlichen gleichmaessigen foerdern eines fliessfaehigen mediums mittels hin- und hergehender foerderkolben

Info

Publication number: DE2807182A1
Application number: DE19782807182
Authority: DE
Inventors: Hans Heimgartner; Karl Wirz
Original assignee: HAENY AND CIE AG
Current assignee: HAENY AND CIE AG
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1978-09-14
Also published as: GB1588787A; CH623893A5; US4195752A; SE437186B; SE7801683L

Description

Einrichtung zum im wesentlichen gleichmassigen Fördern eines fliessfähigen Mediums mittels hin- und hergehender Förderkolben

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum im wesentlichen gleichmässigen Fördern eines fliessfähigen Mediums mittels hin- und hergehender Förderkolben.

Bei der Verwendung von hin- und hergehenden Förderkolben zum Fördern eines fliessfähigen Mediums ergibt sich ein ungleichmässiger, pulsierender Förderstrom. Wird eine Mehrkolbenpumpe benützt, deren Kolben mit Phasenversetzung angetrieben sind, so lassen sich die Schwankungen vermindern, jedoch nicht vollständig eliminieren. Um dabei eine annehmbare Gleichmässigkeit zu erzielen, müssen eine Vielzahl von Kolben verwendet werden. Eine solche Einrichtung ist dementsprechend aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei der mit einer minimalen Anzahl von Förderkolben ein im wesentlichen gleichmässiger Förderstrom erzielt wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens zwei einfachwirkende Förderkolben vorgesehen sind, die je eine Vortriebs- und eine Rücktriebsvor-

809837/0635

richtung aufweisen, wobei die Rücktriebsgeschwindigkeit grosser ist als die Vortriebsgeschwindigkeit und wobei die Vortriebs- und Rücktriebsvorrichtung mit Phasenversetzung so angetrieben sind, dass jeweils der Endabschnitt des Förderhubes des einen Förderkolbens sich mit dem Anfangsabschnitt des Förderhubes des anderen Förderkolberß überlappt.

In der Zeichnung ist ein hydraulisch angetriebenes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unter Verwendung der üblichen Hydrauliksymbole schematisch dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema

Figur 2 das aus motorisch angetriebenen Pumpen bestehende Kraftwerk der Einrichtung

und die

Figur 3-10 einen vollen Arbeitszyklus, wobei sich die Einrichtung jeweils in einer markanten Arbeitsphase befindet.

Aufbau bzw. Schaltung der Einrichtung ergibt sich ohne weiteres anhand der Zeichnungen bzw. wird anhand der Funktionsbeschreibung ebenfalls zu erkennen sein. Dementsprechend genügt es an dieser Stelle, die einzelnen Aggregate anhand der ihnen zugeordneten Bezugszeichen zu identifizieren.

Mit A und B sind zwei unter sich gleiche Fördereinheiten bezeichnet, die jeweils einen einfachwirkenden Förderkolben und ein doppelwirkendes hydraulisches Hubaggregat mit den dazu gehörenden Steuerventilen aufweisen. Mit 1 und 2 sind kombinierte Kolben bezeichnet, deren Kolbenkopf la

809837/0635

2a von beiden Seiten durch ein Antriebsmedium beaufschlagbar ist und deren Kolbenstange Ib, 2b nach der Art eines Tauchkolbens in ein Verdrängungsgefäss 41 bzw. 42 eintaucht, das mit einer Saugleitung 43 und einer Druckleitung 44 für das Fördermedium verbunden ist. Im Falle der Einheit A sind zu diesem Zwecke das Saugventil AS und das Druckventil AD, im Falle der Einheit B das Saugventil BS und das Druckventil BD vorgesehen.

Mit 3-8 sind hydraulisch gesteuerte Kauptwegeventile vorgesehen, die die Mediumströme an die Vortriebsseite 45 bzw. Rücktriebsseite 46 der Kolben 1 steuern. 14 - 16 bzw. 17 - 19 bezeichnen jeweils eine Gruppe von Steuerventilen, die von den Kolben 1 bzw. 2 mechanisch betätigt werden. Mit 20 ist ein dem Steuerventil 15 nachgeschaltetes Verriegelungsventil und mit 21 ein dem Steuerventil 18 nachgeschaltetes Verriegelungsventil bezeichnet.

In den Figuren bezeichnen 31, 34, 36 und 37 motorisch angetriebene Pumpen, die in ihrer erwähnten Reihenfolge mit Sl, S2, S3, S4 bezeichnete Ströme des Arbeitsmediums liefern. Diese Ströme werden nachfolgend kurz als Mediumströme bezeichnet. Den Pumpen sind Druckreglerventile 32, 35, 37 und 38 nachgeschaltet, der Pumpe 31 darüber hinaus ein Stromregler 33. Auf die Einstellung der Druckregler-Ventile wird später noch einzugehen sein. Zur Vervollständigung der Einrichtung zeigen die Figuren 1 und 2 noch einen Filter 39 und einen Tank 40.

In den Figuren 2-10 sind die Medi umströme S1-S4 und der Rücklaufstrom R zeichnerisch unterschieden.

Der Mediumstrom Sl dient ausschliesslich der Erzeugung der Arbeitshübe und er kann mit Konstantpumpen, vorteil-

109837/0631

ZoU / ι ο&

■=» *7 —

haft jedoch mit zum Beispiel leistungskonstant geregelten Regler-Pumpen erzeugt werden. Dieser Strom ist mittels des Druckreglers 32 stufenlos auf jeden beliebigen Maxi'-maldruck einstellbar. Zudem kann mittels des Stromreglers 33 der Förderstrom auf jeden beliebigen Wert stufenlos eingestellt werden.

Der Mediumstrom S2 dient der Erzeugung des Saughubes. Dabei ist bei S2 der Förderstrom grosser als bei Sl. Auch hier ist die Verwendung einer Reglerpumpe oder eines Akkumulators vorteilhaft/ um zu vermeiden, dass der Mediumstrom in den Ruhepausen über das Druckregler-Ventil 35 abströmen muss.

Der Mediumstrom S3 dient -wie noch zu erläutern sein wirdder Erzeugung der Kolbenvorspannung und er kann -wie dargestellt- mit einer separaten Kleinpumpe 36 erzeugt oder aber mittels eines Stromteilers dem Mediumstrom S2 entnommen werden. Mit dem Druckregler-Ventil 37 wird ein Druck eingestellt, der tiefer ist als das Druckminimum beim Mediumstrom S2.

Der Mediumstrom S4 dient der Steuerung der Hauptventile. Auch hier kann die separate Pumpe 37 durch einen an dem Mediumstrom S2 angeschlossenen Stromteiler ersetzt werden. Bei S4 ist der Förderstrom relativ klein, der Druck jedoch vorzugsweise relativ hoch, so dass die Hauptventile mit einem Steuerimpuls exakt umgesteuert werden. Bei der Umsteuerung der Hauptventile spielen nicht näher bezeichnete, lediglich durch die entsprechenden Symbole repräsentierte Drosselstellen eine Rolle. Dank derselben können die Steuerventile 14 - 19 als normalerweise geschlossene und von dem Kolben 1 bzw. 2 jeweils kurz im Oeffnungssinne betätigte Absperrventile ausgebildet sein. Die diesbezüglichen Zusammenhänge lassen sich der DE-OS

809837/0636 original inspected

2509712 bzw. der entsprechenden US-PS 4050 356 im Zusammenhang mit der Figur 4 derselben entnehmen.

Der Rücklaufstrom R ist praktisch drucklos.

Gemäss Figur 3 befindet sich die Einheit A in ihrem Arbeitshub. Der durch das Hauptventil 3 durchtretende Mediumstrom treibt den Kolben 1 -wie durch einen Pfeil angedeutet- vorwärts, wobei das Arbeitsgut aus dem betreffenden Verdrängungsgefäss 41 durch das Ventil AD verdrängt wird. Die Steuerventile 14, 15 und 16 sind zunächst geschlossen. Die Einheit B befindet sich hingegen in ihrem Saughub, wobei das Fördergut durch das Ventil BS angesaugt wird. Das Fördergut in den Saugleitungen

43 und im Verdrängungsgefäss 42 ist drucklos, während das sich im Verdrängungsgefäss 41 und in der Druckleitung

44 befindliche Fördergut unter Druck steht. Der jeweilige Druckzustand des Fördergutes ist in den Figuren 3- IO zeichnerisch hervorgehoben. Die Steuerventile 17 und 19 befinden sich in ihrer Ruhestellung, sie sind also geschlossen. Das Steuerventil 18 wird hingegen von dem an ihm vorbeifahrenden Kolben 2 betätigt und es lässt mithin den Mediumstrom S4 d.h. das Steueroel durch. Da aber das Verriegelungsventil 21 geschlossen ist, löst das Steuerventil 18 im Rückhub des Kolbens keine Funktion aus. Im Verlauf des weiteren Saughubes schliesst auch dieses Ventil wieder. Der Rücktrieb des Kolbens 2, d.h. die Kolbenbewegung während des Saughubes wird durch den Mediumstrom S2 bewirkt, der durch das Hauptventil 7 auf die entsprechende Kolbenseite geleitet wird.

809837/0836

Gemäss Figur 4 befindet sich die Einheit Ά immer noch in ihrem Arbeitshub, wobei die Ventile 14 - 16 nach wie vor geschlossen sind. Bei der Einheit B hingegen hat der Kolben 2 den Saughub beendet und das Steuerventil 19 betätigt. Dadurch wird das Verriegelungsventil 21 in seine zweite stabile Schaltstellung umgestellt und geöffnet. Der vom Steuerventil 19 freigegebene Mediumstrom schaltet ferner die Hauptventile 7 und 8 um, wobei das Ventil 7 geschlossen und das Ventil 8 geöffnet wird. Die Rück triebsseite des Kolbens wird also von dem Mediumstrom S2 abgetrennt (dies bewirkt das Hauptventil 7) und (mittels des Hauptventils 8) mit dem Rücklauf verbunden. Gleichzeitig öffnet das Hauptventil 8 den Weg für den Mediumstrom S3 an der Vortriebsseite des Kolbens 2, wobei letzterer mit dem Druckoel für die Vorspannung beauf schlagt wird. Dies bewirkt einen geringen Vorwärtshub des Kolbens 2, bis das Steuerventil 19 wieder seine Schliessstellung einnimmt. Gleichzeitig entsteht im Fördergut im Verdrängungsgefäss 42 ein geringfügiger Druck, der als Schliessdruck auf das Ventil BS wirkt. Dieser Druckzustand im Gefäss 42 ist zeichnerisch entsprechend hervorgehoben. Mit dem Schliessen dieses Ventils ist ein weiteres Vordringen des Kolbens 2 ausgeschlossen. Dieser Vorgang wird erreicht, bevor der Kolben 1 der Einheit A das Steuerventil 14 betätigt hat«, Aus dem vorher Gesagten ergibt sich, dass der Kolben 2 seinen Saughub beendet und im Sinne des nachfolgenden Förderhubes unter Vorspannung gesetzt wird, bevor der Kolben 1 seinen Arbeitshub beendet haben würde.

Gemäss Figur 5 befindet sich die Einheit A immer noch in ihrem Arbeitshub, wobei jedoch der Kolben 1 das Steuerventil 14 betätigt und öffnet. Das durch dieses Steuerventil hindurchtretende Steueroel bewirkt das

Schliessen des Verriegelungsventils 20 und das Umschalten und damit Schliessen des Hauptventils 8 und schliesslich das Umschalten und damit Oeffnen des Hauptventils 6. Damit wird die Einheit B vom Mediumstrom S3 abgetrennt und mit dem Mediumstrom Sl, d.h. mit dem Druckoel für den Arbeitshub verbunden. Der Mediumstrom Sl gelangt also in dieser Arbeitsweise durch das Hauptventil 3 nach wie vor zu der Einheit A, zugleich aber durch das Hauptventil 6 auch zu der Arbeitseinheit B, so dass nunmehr auch der Kolben 2 seinen Arbeitshub beginnt. Da die Druckoelmenge für den Arbeitshub unverändert ist, ist auch die Summe der Geschwindigkeiten der Kolben 1 und 2 gleich der Geschwindigkeit des Kolbens 1 vor dem Betätigen des Steuerventils 14. Wird der Kolben 1 am Ende seines Arbeitshubes abgebremst, z.B. -wie angedeutet- durch eine Feder, so beschleunigt sich entsprechend der Kolben 2 der Einheit B₇ wobei der Anteil der Einheit A am konstanten Förderstrom abnimmt und der Anteil der Einheit B zunimmt. Das Ende des Arbeitshubes des Kolbens 1 überlappt also den Anfang des Arbeithubes des Kolbens 2. Dementsprechend sind die Ventile AS und BS geschlossen und die Ventile AD und BD offen, da beide Kolben das Fördergut fördern. Das Steuerventil 14 bleibt vorerst offen, entfaltet aber keine weitere Wirkung mehr.

Figur 6 zeigt, dass der Kolben 2 -der mittlerweile seine volle Geschwindigkeit erreicht hat- bald nach dem Beginn seines Arbeitshubes das Steuerventil 18 betätigt, d.h. öffnet. Da das Verriegelungsventil 21 jetzt offen ist, gelangt das durch das Steuerventil 18 durchtretende Steueroel zum Hauptventil 3, wobei dasselbe umgeschaltet und damit geschlossen wird, und zum Hauptventil 4, das ebenfalls umgeschaltet und damit geöffnet wird. Der Mediumstrom Sl gelangt nun unvermindert zu der Einheit B,

809837/0635

■während (durch das Hau.ptven.til 4) der Mediumstrom S2

die Rücktriebsseite des Kolbens/erreicht. Dieser wird dadurch -da seine Vortriebsseite durch das Hauptventil 4 mit dem Rücklauf verbunden ist- in eine relativ schnelle und, verglichen mit der Kolbengeschwindigkeit während des Arbeitshubes, schnellere Rücklaufbewegung versetzt. Dadurch wird das Fördergut durch das Ventil AS angesaugt. Gleich nach Beginn seiner Rücklaufbewegung gibt der Kolben 1 das Steuerventil 14 frei, so dass dasselbe schliessen kann.

Figur 7 zeigt die bereits anhand der Figur 3 erläuterte Arbeitsphase, wobei jedoch die Tollen zwischen den Einheiten A und B vertauscht sind. Das anhand der Figur Gesagte ist also hier sinngemäss anwendbar. Hinzufügen ist lediglich, dass die Betätigung des Steuerventils durch den Kolben 1 ohne Wirkung bleibt, da das Verriegelungsventil 20 nunmehr geschlossen ist (vgl. hierzu Fig. 5).

Figur 8 entspricht mit zwischen den Einheiten A und B vertauschten Rollen der Figur 4. Beim andauernden Arbeitshub des Kolbens 2 hat der Kolben 1 bereits das Steuerventil 16 betätigt und dadurch das Verriegelungsventil 20 und die Hauptventile 4 und 5 umgesteuert, wobei letzteres den Mediumstrom S3 zum Kolben 1 freigibt und diesen unter Vorspannung setzt. Mit der Umsteuerung des Verriegelungsventils 2O wird das Steuerventil 15 für seine nächste Betätigung beim Vorwärtshub des Kolbens 1 entriegelt. Dies zeigt sich in der Figur 9, die mit den vertauschten Rollen der Einheiten A und B der Figur 5 entspricht. Man erkennt, dass der Kolben 2 über das Steuerventil 17 das Verriegelungsventil 21 schliesst und gleichzeitig die Hauptventile 3 und 5 umschaltet. Dadurch wird nunmehr der Mediumstrom Sl zum Kolben 1 geleitet, der sich in Be-

!ÖS837/QS3I

wegung setzt.

Im Gegensatz zur Figur 5 zeigt Figur 9 den Kolben 1 nicht mehr in seiner Ausgangslage, sondern nach Hinterlegung des Weges bis zum Steuerventil 15. Damit wird -wie dies nunmehr aus der sinngemäss der Figur 6 entsprechenden Figur 10 ersichtlich ist- das umschalten der Hauptventile 6 und 7 erzielt/ wobei der Kolben 2 in seine schnelle Rücklaufbewegung versetzt wird. Der neue Zyklus kann nunmehr beginnen.

Bei der beschriebenen Einrichtung werden -um dies in allgemeiner Fassung zu wiederholen- die beiden einfachwirkenden Förderpumpen so gesteuert/ dass in den Umsteuerphasen der eine Kolben seinen Arbeitshub beginnt, bevor der andere Kolben seinen Arbeitshub beendet haben würde, wobei die Summe der Geschwindigkeiten der beiden Förderkolben im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit ist, mit der sich ein jeder Förderkolben zwischen Anfahren und Abbremsen bewegt. Dies wird dadurch erreicht, dass der für den Arbeitshub zur Verfügung stehende Mediumstrom in der Umsteuerphase auf den Antrieb beider Förderkolben verteilt wird, wobei jedoch Mediumsdruck und Fördermenge pro Zeiteinheit gleichbleiben. Auf diese Weise, nämlich durch das ständige Einwirken des Mediumstromes Sl, d.h. des Arbeitsoeles auf jeweils einen bzw. auf beide Kolben, wird eine praktisch \ gleichmässige, pulsationsfreie Förderung des Fördergutes erreicht. Dabei kommt es natürlich wesentlich darauf an, dass der Rückhub durch entsprechende Bemessung des Mediumsstromes schneller vor sich geht als für einen Arbeitshub überhaupt möglich ist. Von Bedeutung für die glatte Umsteuerung ist auch das Vorspannen der Antriebskolben, wobei der Vorspanndruck natürlich immer kleiner ist als der Arbeitsdruck.

8.09837/0635

Die Anlage ist wegabhängig gesteuert, indem die Steuerventile von dem einen bzw. dem anderen Kolben betätigt werden. Dabei ist es wesentlich, dass die Steuerventile 15 und 18 während des Rückhubes verriegelt sind und nur während des Vorwärtshubes wirksam werden können.

Der üebersichtlichkeit halber könnte man einen Arbeitszyklus auch wie folgt rekapitulieren: Am Ende des Rückhubes der Kolben lösen diese ein Bereitschaftssignal (Steuerventile 16, 19) aus. Beim Erreichen des Endabschnittes des Vorwärtshubes löst jeder Kolben ein Startbefehl (Steuerventile 14, 17) aus, wobei der andere Kolben in Bewegung gesetzt wird. Nach erfolgtem Anfahren zum Vorwärtshub löst jeder Kolben ein Vollzugssignal (Steuerventile 15, 18) aus, wodurch der Rückhub des jeweils anderen Kolbens eingesteuert wird.

Es versteht sich, dass die dargestellte hydraulische Anlage auch elektrisch gesteuert werden könnte. Es ist ferner klar, dass analog zu der vorstehend beschriebenen Lösung eine rein elektrische bzw. elektro-mechanische Lösung denkbar ist.

Die beschriebene Schaltung bzw. die Schaltvorgänge lassen sich natürlich anhand der Figur 1 leicht rekonstruieren. In dieser Figur ist auch die Rolle der den Hauptventilen 3-6 zugeordneten Drosseln zu erkennen. Wie dazu auch in der eingangs erwähnten DE-OS ausgeführt wird, ermöglichen diese Drosseln die Verwendung von einfachen Absperrventilen als Steuerventile, die beim Oeffnen einen Mediumstrom freigeben, der zufolge der Drosselung einen zum Umschalten der Hauptventile hinreichenden Drosselimpuls abgibt, nach Schliessen des entsprechenden Steuerventils jedoch durch die Drosselstelle abfliessen kann, so dass das betreffende Hauptventil für ein gegensinniges Umschalten entspannt ist

809837/0635

Claims

PATENTANSPRÜECHE

Einrichtung zum im wesentlichen gleichmässigen Fördern eines fliessfähigen Mediums mittels hin- und hergehender Förderkolben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei einfachwirkende Förderkolben (Ib, 2b) vorgesehen sind, die je eine Vortriebs- und eine Rücktriebsvorrichtung (la, 2aj 31, 3, 6; 34, 4, 7) aufweisen, wobei die Rücktriebsgeschwindigkeit grosser ist als die Vortriebsgeschwindigkeit und wobei die Vortriebs- und Rücktriebsvorrichtung mit Phasenversetzung so angetrieben sind, dass jeweils der Endabschnitt des Förderhubes des einen Förderkolbens sich mit dem Anfangsabschnitt des Förderhubes des anderen Förderkolbens überlappt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand von der Förderhubendlage jedes Förderkolbens (Ib, 2b) ein den Beginn des erwähnten Endabschnittes des Förderhubes festlegender, durch den zugeordneten Förderkolben (Ib, 2b) betätigbarer Signalgeber (14, 17) angeordnet ist, der bei Betätigung durchden sich in Vortriebsrichtung bewegenden Förderkolben (Ib, 2b) eiiPstartbefehl zum Einschalten der Vortriebseinrichtung (31, 3, 6) des anderen Förderkolbens (Ib, 2b) erzeugt.

809837/0B3B
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand von der Saughubendlage jedes Förderkolbens (Ib, 2b) ein das Ende des erwähnten Anfangsabschnittes des Förderhubes festlegender, durch den zugeordneten Förderkolben (Ib, 2b) betätigbarer zweiter Signalgeber (15, 18) angeordnet ist, der bei Betätigung durch den sich in Vortriebsrichtung bewegenden Förderkolben (Ib, 2b) ein Vollzugssignal zum Einschalten der Rücktriebseinrichtung (34, 4, 7) des anderen Förderkolbens (Ib, 2b) erzeugt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saughubendlage jedes Förderkolbens (Ib,2b) ein durch den zugeordneten Förderkolben (Ib, 2b) beta ti gbarer dritter Signalgeber (16, 19) angeordnet ist, der bei Betätigung durch den sich in seiner Saughubendlage befindenden Förderkolben (Ib, 2b) ein Bereitschaftssignal auslöst, das eine Bewegung dieses Förderkolbens (Ib, 2b) aus der Saughubendlage um eine gewisse Strecke in Vortriebsrichtung bewirkt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vortriebs- und Rücktriebsvorrichtung ein mit dem Förderkolben (Ib, 2b) verbundenes, druckmittelbetätigtes, doppelwirkendes Hubaggregat (la, 2a) aufweist, dessen Vortriebsseite (45) über eine erste Hauptventilanordnung (3, 6) an eine den beladen Hubaggregaten (la, 2a) gemeinsame, erste Druckmittelquelle (31), die einen Druckmittelstrom mit im wesentlichen gleichbleibendem Druck und mit im wesentlichen gleichbleibender Fördermenge pro Zeiteinheit erzeugt, anschliessbar ist und deren Rücktriebsseite

(46) über eine zweite Hauptventilanordnung (4, 7) mit einer zweiten Druckmittelquelle (34) verbindbar ist, und dass die Signalgeber (14-19) Teil einer

809837/0635

Steuerung (14-21) zum Umsteuern der Hauptventilanordnungen (3, 6; 4, 7) sind.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5 , dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Druckmittelquelle (36) vorhanden ist, die über je eine dritte Hauptventilanordnung (5, 8) mit der VortriebsSeite (45) jedes Hubaggregates (la, 2a) verbindbar ist und die einen Druckmittelstrom mit einem Druck erzeugt, der kleiner ist als der Druck des von der ersten Druckmittelquelle (31) erzeugten Druckmittelstromes, v?obei die Hauptventilanordnung (5, 8) durch ein vom zugeordneten dritten Signalgeber (16, 19) erzeugtes Bereitschaftssignal in ihre Oeffnungsstellung umgeschaltet wird.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , dass sie zum Fördern von Injektions-Mischungen aller Art, besonders für Zement- und Mörtel-Mischungen verwendbar ist.

8098 37/0835