DE2834966A1

DE2834966A1 - Hochdruck-kolbenpumpe

Info

Publication number: DE2834966A1
Application number: DE19782834966
Authority: DE
Inventors: Martin John Fisher
Original assignee: British Hydromechanics Research Association
Current assignee: British Hydromechanics Research Association
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1979-03-01
Also published as: JPH0127270B2; GB1565879A; NO149213C; NO782771L; NO149213B; JPS5443301A; US4304531A; DE2834966C2

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING. HANS-PETER GAUGER

PATENTANWALT DIPL.-ING. GAUCER · TAL 71 · 8000 MÜNCHEN 2

TAL 71

8000 MÜNCHEN 2 TELEFON 089/529 73 63 PRIVAT: 089/936241 TELEGRAMMADRESSE/CABLE ADDRESS

GAUPAT MÜNCHEN

IHR ZEICHEN: MEIN ZEICHEN: Hvd~2736 DATUM: 1 O . AUgUSt 1978

YOUR REF.: MY REF.: DATE:

betreff= Anwaltsakte: Hyd-2736

THE BRITISH HYDROMECHANICS RESEARCH ASSOCIATION CRANFIELD, BEDFORD (ENGLAND)

Ho chdruck-KoIb enpump e

Unter den Hochdruck-Kolbenpumpen der mit der vorliegenden Erfindung angesprochenen Art sollen solche Kolbenpumpen verstanden sein, die für Liquide einer häufig sehr niedrigen Viskosität, so insbesondere Wasser, einen Druck bis zu 4ooo χ 1o dyn/cm und mehr bereitstellen lassen. Dabei können diese Liquide auch körnige Substanzen oder andere Zuschläge enthalten, so daß sie eine Art Aufschlämmungen darstellen. Diese hohen Druckwerte, die dabei mittels solcher Hochdruck-KoIbenpumpen für diese Liquide erzielbar sein sollen, können beispielsweise für Schneid- oder Säuberungsoperationen mit einem entsprechend starken Strahldruck genutzt werden.

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STADTSPARKASSE MÖNCHEN, KTO. NR. 29-116621 BLZ 70150000 POSTSCHECKKONTO MÜNCHEN NR. 227098-807 BLZ 70010080

Unter diesen Einsatzbedingungen solcher Hochdruck-Kolbenpumpen sind die herkömmlichen Gummi- oder Lederdichtungen sowie auch die fasergebundenen Dichtungen nur wenig für eine ausreichende Abdichtung des Verdichtungsraumes der Pumpe geeignet, weil es damit praktisch nicht möglich ist, die am Kolben ausgebildete Gleitfläche bezüglich der umgebenden Zylinderwand genügend zu schmieren und gleichzeitig zu verhindern, daß ein solches Dichtungsmaterial hinein in den Luftraum zwischen dem Kolben und der Zylinderwand extrudiert wird. Durch die Kombinationswirkung des Hochdruckes und der niedrigen Viskosität des Arbeitsfluids werden also solche Dichtungen verhältnismäßig rasch zerstört und fallen häufig bereits bei der Inbetriebnahme der Pumpe völlig aus. Diese Nachteile solcher Dichtungen sind zwar mittels Kolbenringen einigermassen beherrschbar, jedoch wird dafür eine Schmierung benötigt,/welche die herkömmlichen Schmiermittel wiederum bei diesen hohen Drücken nicht ausreichend sind.

Bei den bis jetzt bekannten Hochdruck-Kolbenpumpen wird demzufolge im allgemeinen auf jede besondere Dichtung völlig verzichtet und stattdessen der Kolben in die Zylinderbohrung mit einer außerordentlich engen Passungstoleranz eingepaßt. Damit wird es nicht nur erforderlich, die Fertigung der Kolben und der Zylinderbohrungen entsprechend präzise und folglich mit entsprechend höheren Kosten zu gestalten₉ sondern es müssen meistens für diese Teile auch noch spezielle Werkstoffe hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt einer damit erzielbaren Selbstschmierung ausgewählt werden, womit die Herstellungskosten solcher Hochdruck-Kolbenpumpen noch weiter gesteigert werden. Für Arbeitsliquide mit einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität ist dabei noch der besondere Nachteil gegeben, daß die Dichtungsfläche zwischen dem Kolben und der umgebenden Zylinderwand eine größere axiale Länge aufweisen sollte, um die unvermeidbaren Leckagen auf einem gerade noch vertretbaren Minimum zu halten, so daß damit die Schv/ierigkeiten, die mit der Bereitstellung solcher enger Passungstoleranzen verbunden sind, noch eine weitere Steigerung erfahren. Wegen dieser größeren axialen Länge der Dichtungsfläche ist es dabei im übrigen kaum möglich, solche Hochdruck-Kolbenpumpen verhältnismäßig klein auszubilden, und es

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werden vielmehr Baugrößen erhalten, die in der Gestaltung ziemlich aufwendig sind.

Eine weitere Möglichkeit, dieses Dichtungsproblem bei solchen Hochdruck-Kolbenpumpen mit einem genügenden Wirkungsgrad zu beherrschen, wurde bis jetzt in der Zuleitung eines gut schmierenden und leicht abzudichtenden Schmiermittels, wie insbesondere einem Schmieröl, in der Nähe an dem Kolben angeordneter Dichtungen gesehen. Dabei wird dieses Schmieröl beispielsweise einer Mulde zugeleitet, die zwischen zwei an einem einzigen Kolben angeordneten Dichtungen ausgebildet ist, wobei das Schmieröl unter einem Druck gehalten wird, der gleich oder größer ist als der Arbeitsdruck des Liquids niedriger Viskosität. Die eine Dichtung, welche hierbei die Mulde gegen die Atmosphäre abdichtet, wirkt mithin ausschließlich auf Grund des Schmieröldruckes, und da dieser Schmieröldruck gleich oder größer ist als der Arbeitsdruck des Liquids niedriger Viskosität wird damit auch- an der anderenDichtung durch diesen Schmieröldruck eine entsprechende Abdichtung des Druckraumes der Pumpe erreicht, so daß das Arbeitsliquid nicht in die Mulde entweichen kann, wobei gleichzeitig beide Dichtungen durch das Schmieröl ständig geschmiert werden. Nachteilig dabei ist, daß für die Zuleitung des Schmieröls eine eigene Druckquelle zur Verfügung gestellt werden muß, damit das Schmieröl auf den mit dem Arbeitsdruck gleichen oder höheren Öldruck gebracht werden kann.

Gemäß einer Abwandlung dieses Prinzips wird Schmieröl in die Zylinderbohrung zugeleitet und verbleibt dort ständig in der Nähe einer an einem Hauptkolben angeordneten Dichtung, so daß diese Dichtung dauernd von diesem in der Zylinderbohrung gespeicherten Schmieröl gespeichert wird. Dabei ist weiter noch ein Hilfskolben vorgesehen, der als eine Trennwand zwischen dem Schmieröl und dem Arbeitsliquid arbeitet, wobei der Druckabfall über diese Trennwand hinweg sehr klein ist und nur dazu benötigt wird, die Reibung und das Trägheitsvermögen des Hilfskolben zu überwinden. Nachteilig dabei ist, daß das Schmieröl im Betrieb der Pumpe eine nicht unbeträchtliche Leckage an der Dichtung des Hauptkolbens erfährt und daher zum Ausgleich dieses

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Verlustes für eine ständige Erneuerung des Schmieröls vorgesorgt sein muß. Dabei muß gleichzeitig darauf geachtet werden, daß das Schmieröl ständig in einer ausreichenden Menge bevorratet wird, weil sonst die Gefahr besteht, daß der Hilfskolben in Berührung kommt mit dem Hauptkolben und sich folglich dann der volle Arbeitsdruck über die durch den Hilfskolben bereitgestellte Trennwand hinweg entwickelt und folglich nach der Atmosphäre hin verpufft, bzw. andererseits die Gefahr besteht, daß dann, wenn die Menge des Schmieröls zu groß ist, der Hilfskolben zur Anlage an das Ende der Zylinderbohrung, also an den Zylinderkopf, kommt, noch bevor der Hauptkolben seinen Hub vollendet hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruck-Kolbenpumpe bereitzustellen, mit der es möglich ist, für einen ständigen Ausgleich der Leckage vorzusorgen, die ein zu Abdichtungszweckendes Kolbens einer solchen Pumpe hilfsweise eingesetztes Liquid erfährt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochdruck-Kolbenpumpe einen Zylinder mit einem antreibbaren Hauptkolben am offenen Ende der Zylinderbohrung und einem Hilfskolben am geschlossenen Zylinderkopf aufweist, der die Zylinderbohrung im Abschnitt zwischen dem Hauptkolben und dem Zylinderkopf in eine erste und in eine zweite Kammer veränderlichen Volumens unterteilt, in die Liquide mit einer höheren und mit einer niedrigeren Viskosität zugeleitet werden^ wobei die zwischen dem Hauptkolben und dem Hilfskolben ausgebildete erste Kammer durch eine erste Dichtung gegen das offene Zylinderende und die zwischen dem Hilfskolben und dem Zylinderkopf ausgebildete zweite Kammer gegen die erste Kammer durch eine zweite Dichtung abgedichtet und für den Hilfskolben ein Anschlag zur Begrenzung seines durch die Erzeugung eines Differentialdruckes zwischen den beiden Kammern bei der Bewegung des Hauptkolbens bewirkten Hubes relativ zu dem Hauptkolben vorgesehen ist_s und wobei weiterhin die Zuleitung des Liquids mit der höheren Viskosität in die erste Kammer über eine mit einem Einwegventil versehene Anschlußleitung gesteuert wird, wenn der Druck in dieser ersten Kammer unter einen bestimmten Wert abfällt, wobei die erste Dichtung für eine gesteuerte

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Leckage des Liquids mit der höheren Viskosität aus der ersten Kammer und die zweite Dichtung für eine Drosselung der Strömung des ersten und des zweiten Liquids längs des Luftraumes zwischen dem Hilfskolben und der umgebenden Zylinderwand ausgebildet sind.

Es wird damit eine Hochdruck-Kolbenpumpe vorgesehen, bei der am Beginn des Arbeitshubes des Hauptkolbens zwischen diesem und dem Hilfskolben ein äußerst präzise regelbares Volumen des Liquids mit der höheren Viskosität vorhanden ist, wobei es zur Erfüllbarkeit der damit bezweckten Abdichtung nicht erforderlich ist, dieses Liquid in die zwischen dem Hauptkolben und dem Hilfskolben ausgebildete erste Kammer veränderlichen Volumens unter einem Druck über die Anschlußleitung zuzuleiten, der gleich oder höher ist als der Arbeitsdruck, welcher dem Liquid mit der niedrigeren Viskosität erteilt wird. Das Liquid mit der niedrigeren Viskosität wird dabei über eine in der zweiten Kammer mündende Anschlußleitung zugeleitet, in der zweckmäßig ebenfalls ein Einwegventil eingebaut ist, das in der entgegengesetzten Richtung schließt wie ein weiteres Einwegventil, das in eine ebenfalls an diese Kammer angeschlossene Auslaßleitung eingebaut ist. Sofern das Liquid mit der niedrigeren Viskosität unter einem bereits höheren Druck zugeleitet wird, so ist dabei dann zweckmäßig die Zylinderbohrung als Stufenbohrung ausgebildet, so daß durch die Schulter dieser Stufenbohrung der Anschlag für den Hilfskolben gebildet wird, mit dem dieser in der Teilbohrung mit dem größeren Durchmesser angeordnete Hilfskolben in Berührung gebracht wird, sobald der in der Teilbohrung mit dem kleineren Durchmesser angeordnete Hauptkolben aus der ersten Kammer zurückgezogen wird. Der in der zweiten Kammer vorherrschende Druck des Liquids mit der niedrigeren Viskosität unterstützt dabei also dann die Bewegung des Hilfskolbens weg von dem Zylinderkopf hin in die Berührungsstellung mit diesem Anschlag.

Gemäß einer alternativen Ausbildung der Erfindung können der Hauptkolben und der Hilfskolben auch über ein Kupplungsteil miteinander verbunden sein, das als ein entsprechender Anschlag für die Begrenzung der Bewegung des Hilfskolbens relativ zu dem Hauptkolben wirkt und dabei gleichzeitig so ausgebildet ist,

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J?

daß die beiden Kolben über dieses Kupplungsteil eine Totgangverbindung haben, die es erlaubt, daß der Hauptkolben gegen den Hilfskolben vorbewegt werden kann, wenn er während des Arbeitshubes gegen den Zylinderkopf bewegt wird, sich andererseits jedoch wieder von dem Hilfskolben entfernen kann, wenn er aus der ersten Kammer zurückgezogen wird. Diese Ausbildung der Hochdruck-Kolbenpumpe eignet sich insbesondere dort, wo das Liquid mit der niedrigeren Viskosität nicht unter einem höheren Druck in die zweite Kammer veränderlichen Volumens zugeleitet wird und deshalb dabei auch nicht die Bewegung des Hilfskolbens weg von dem Zylinderkopf unterstützen kann, wenn der Hauptkolben aus der ersten Kammer zurückgezogen wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist die Anschlußleitung für das Liquid mit der höheren Viskosität entweder unmittelbar an die erste Kammer über eine in der Zylinderwand ausgebildete Bohrung angeschlossen oder mittelbar über eine Bohrung, die in dem Hauptkolben ausgebildet ist. Die Ausbildung einer Anschlußbohrung in dem Hauptkolben wird dann vorzugsweise vorgesehen, wenn für dessen Antrieb ein linearer Hydraulikantrieb vorgesehen ist und dabei dann zweckmäßig das Liquid mit der höheren Viskosität das gleiche ist wie das Liquid, das für diesen Hydraulikantrieb eingesetzt wird.

Im Betrieb der Hochdruck-Kolbenpumpe nach der Erfindung wird das Liquid mit der höheren Viskosität im Arbeitshub des Haup_tkolbens durch diesen auf einen höheren Druck gesteigert und dieser höhere Druck wird dann unter Vermittlung des Hilfskolbens auf das Liquid mit der niedrigeren Viskosität übertragen, so daß dieses Liquid dann über die an die zweite Kammer angeschlossene Auslaßleitung ausgepumpt wird. Wenn anschließend der Hauptkolben aus der ersten Kammer zurückgezogen wird, dann folgt der Hilfskolben dieser Rückwärtsbewegung des Hauptkolbens und wird dabei von dem Zylinderkopf weg in seine Berührungsstellung mit dem Anschlag gebracht, wobei dann in das sich vergrößernde Volumen der zweiten Kammer das Liquid mit der niedrigeren Viskosität entweder unter dem Eigendruck oder unter dem Saugdruck nachströmt, der durch diese Bewegung des Hilfskolbens in der an die zweite Kammer angeschlossenen Anschlußleitung für das Liquid mit der niedrigeren

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Viskosität erzeugt wird. Solange keine Vorkehrungen für ein kontinuierliches Nachströmen des Liquids mit der niedrigeren Viskosität in die zweite Kammer veränderlichen Volumens getroffen sind, tritt folglich eine Unterbrechung in der Förderung dieses Liquids mit der niedrigeren Viskosität während des Rückzuges des Hauptkorbens aus der ersten Kammer auf.

Eine geeignete Vorkehrung zur Verhinderung einer solchen Unterbrechung in der Förderung des Liquids mit der niedrigeren Viskosität kann darin bestehen, daß regelmäßig zwei Hochdruck-Kolbenpumpen zur Verfügung stehen, deren Hauptkolben mit einer Phasendifferenz von 18o° angetrieben werden. Die an die zweiten Kammern dieser Pumpen angeschlossenen Förderleitungen für das Liquid mit der niedrigeren Viskosität sind zu einer gemeinsamen Förderleitung zusammengeführt und dabei jeweils mit einem eingebauten Einwegventil versehen, das in der umgekehrten Richtung öffnet wie ein entsprechendes Einwegventil, das in eine jeweilige Anschlußleitung für die Zuleitung des Liquids mit der niedrigeren Viskosität in diese zweiten Kammern der beiden Pumpen eingebaut ist. Während folglich die eine Pumpe fördert, ist die andere Pumpe im Saughub begriffen und umgekehrt, so daß es in der gemeinsamen Förderleitung zu keiner Unterbrechung bei der Förderung des Liquids mit der niedrigeren Viskosität kommt.

Für den Antrieb des Hauptkolbens einer solchen Hochdruck-Kolbenpumpe können auch herkömmliche Kurbelantriebe benutzt werden. Bevorzugt wird ein Antrieb mittels zweier doppeltwirkender Hydraulikzylinder, deren Kolbenstangen nur an dem einen Zylinderende vorstehen und axial mit den Hauptkolben der beiden Kolbenpumpen fluchten, mit denen sie starr verbunden sind. Solche doppeltwirkenden Hydraulikzylinder arbeiten im allgemeinen unsymmetrisch, indem ihr Arbeitshub gewöhnlich langer dauert als der Rückwärtshub, was im Umfang der folglich vor dem Beginn jedes neuen ■ Arbeitshubes vorhandenen kurzen Verweilzeit vorteilhaft dazu genutzt werden kann, daß es zu keiner Unterbrechung des Liquids mit der niedrigeren Viskosität in der gemeinsamen Förderleitung kommt, wenn von der Förderleitung der einen Pumpe auf die Förderleitung der anderen Pumpe umgeschaltet wird. Da bei der Förderung die Kolbenstangen

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dieser doppeltwirkenden Hydraulikzylinder großen Druckkräften unterworfen sind, die andererseits während des Rückwärtshubes im Umfang der dabei auftretenden Zugkräfte praktisch völlig abgebaut sind, ist es wichtig, die Kolbenstangen hinreichend massiv auszubilden.

Wie bereits einleitend darauf hingewiesen wurde, ist ein Einsatzgebiet solcher Hochdruck-Kolbenpumpen die Durchführung von Schneid- und Säuberungsoperationen, wobei es dann auch vorkommt, daß diese Operationen an einer Stelle ausgeführt werden müssen, die weiter entfernt von dem Aufstellort der Pumpe liegen. Es muß selbstverständlich auch dann gewährleistet sein, daß der Strahldruck, der mit der Pumpe zur Verfügung gestellt wird, noch genügend groß ist, um diese Operationen, die auch unter Wasser durchführbar sein sollen, ausführen zu können. Insbesondere für diesen Zweck sollte dann vorzugsweise eine Dieselmaschine als Antrieb zunächst für eine Hydraulikpumpe herkömmlicher Ausbildung vorgesehen sein, mit der ein in aller Regel als Hydraulikflüssigkeit verwendetes Hydrauliköl auf einen vorbe-

p Ο

stimmten Niedrigdruck von beispielsweise 3oo χ 1o dyn/cm gebracht wird. Das Hydrauliköl wird dann unter diesem Niedrigdruck über vorzugsweise flexible Leitungen der oder den Hochdruck-Kolbenpumpen zugeleitet, die den Niedrigdruck des Hydrauliköls in den Hochdruck wandeln, der für solche Operationen benötigt wird, nach deren Ausführung es wieder zurück zu der Hydraulikpumpe gefördert wird, um dort erneut auf den Niedrigdruck gebracht zu werden, bevor es anschließend wieder zu dem Hochdruck gewandelt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Schemadarstel

lung eine^» Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß Erfindung,

Fig. 2 eine der Fig.1 entsprechende Schemadarstel

lung einer Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß einer

alternativen Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 3 eine weitere Schemadarstellung einer

Tandemanordnung zweier Hochdruck-Kolbenpumpen gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 eine Schemadarstellung einer zur Durch

führung von Schneid- oder Säuberungsoperationen unter Benutzung des Strahldrucks ausgebildeten Anlage, der mittels solcher Hochdruck-Kolbenpumpen zur Verfügung stellbar ist.

Bei der Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß Fig.1 ist ein Zylinder 1o vorgesehen, in dessen Zylinderbohrung ein Hauptkolben 11 am offenen Ende 1o A und ein Hilfskolben 12 am geschlossenen Zylinderkopf 1o B eingesetzt ist. Die Zylinderbohrung ist als Stufenbohrung ausgeführt, wobei der Hauptkolben 11 in der Teilbohrung 13 A mit dem kleineren Durchmesser und der Hilfskolben 12 in der Teilbohrung 13 B mit dem größeren Durchmesser angeordnet ist, so daß durch die Schulter 13 C am Übergang der beiden Teilbohrungen 13 A und 13 B ein.Anschlag für den Hilfskolben 12 gebildet wird. Der Hauptkolben 11 ist gegen die umgebende Zylinderwand der Teilbohrung 13 A mittels einer Dichtung 14 abgedichtet, die für eine gesteuerte Leckage nach außen ausgebildet ist, während der Hilfskolben 12 über einen Kolbenring 15 gegen die umgebende Zylinderwand der Teilbohrung 13 B abgedichtet ist.

Durch den Hilfskolben 12 wird die Bohrung des Zylinders 1o in eine zwischen dem Hauptkolben 11 und dem Hilfskolben 12 ausgebildete erste Kammer 16 veränderlichen Volumens und in eine zwischen dem Hilfskolben 12 und dem geschlossenen Zylinderkopf 1o B ausgebildete zweite Kammer 17 ebenfalls veränderlichen Volumens unterteilt. An den Zylinderkopf 1o B ist eine in der zweiten Kammer 17 mündende Anschlußleitung 18 für die Zu- und Ableitung eines Liquids mit einer niedrigeren Viskosität angeschlossen, wobei die Zuleitung über eine Zweigleitung 19 A dieser Anschlußleitung 18 und die Ableitung über eine weitere Zweigleitung 19 B gesteuert wird, in die jeweils ein Rückschlagventil 2o A bzw. 2o B einge-

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baut ist. Das Liquid mit der niedrigeren Viskosität wird über die

ρ Zweigleitung 19 A beispielsweise unter einem Druck von 5o χ 1o dyn/cm in die Kammer 17 zugeleitet, wobei dann der Hilfskolben

15 unter diesem Druck mit der Schulter 13 C in Berührung gebracht wird, während der Hauptkolben 11 aus der ersten Kammer

16 zurückgezogen wird. Als Liquid mit einer niedrigeren Viskosität kommt beispielsweise Wasser in Betracht.

In die erste Kammer 16 wird andererseits ein Liquid mit einer höheren Viskosität zugeleitet, vorzugsweise ein Hydrauliköl, für dessen Zuleitung ein flexibler Druckschlauch 23 an den Hauptkolben 11 angeschlossen ist, der eine Verbindung mit einer in der Kammer 16 mündenden Bohrung 21 des Hauptkolbens 11 hat, in die ein Rückschlagventil 22 eingebaut ist. Das Hydrauliköl resp. das Liquid mit der höheren Viskosität wird beispielsweise unter einem Druck von 3o χ 1o dyn/cm zugeleitet. Wenn folglich der Hauptkolben 11 beispielsweise durch einen Kurbelantrieb mit einer auf einer Welle 24 angeordneten Antriebskurbel und einem Antriebspleuel 25 angetrieben wird, dann erfährt das in der Kammer 16 eingefangene Hydrauliköl beim Arbeitshub des Hauptkolbens 11 eine Drucksteigerung, so daß infolge dieser Drucksteigerung der Hilfskolben 12 gegen den Zylinderkopf 1o B bewegt wird und damit das in der zweiten Kammer 17 eingefangene Liquid mit der niedrigeren Viskosität eine entsprechende Drucksteigerung erfährt, deren Höhe begrenzt wird durch den Öffnungsdruck des in die Zweigleitung 19 B eingebauten Einwegventils 2o B. Der Öffnungsdruck des Einwegventils 2o B und damit der Förderdruck für das Liquid mit der niedrigeren Viskosität kann beispielsweise auf 3ooo χ 1o dyn/cm eingestellt sein.

Die Erreichbarkeit dieses höheren Förderdruckes für das Liquid mit der niedrigeren Viskosität ist selbstverständlich gekoppelt mit einer entsprechenden Drucksteigerung, die das Liquid mit der höheren Viskosität in der ersten Kammer 16 erfährt. Diesem höheren Druck ist einerseits der an dem Hilfskolben 12 angeordnete Kolbenring 15 ausgesetzt,und da er an diesem Kolbenring 15 von zwei verschiedenen Seiten her wirkt, ist bezüglich dieser einen Dichtung sichergestellt, daß das Liquid mit der niedrigeren Vis-

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kosität, also beispielsweise ¥asser, nicht zurück in die Kammer 14 strömen kann, während andererseits das Liquid mit der höheren Viskosität, also beispielsweise Hydrauliköl, eine entsprechend gedrosselte Strömung hin zu diesem Kolbenring 15 erfährt und damit der Luftraum zwischen dem Hilfskolben 12 und der umgebenden Zylinderwand der Teilbohrung 13 B entsprechend geschmiert wird. Bezüglich der Dichtung 14 ist andererseits davon auszugehen, daß an ihr das Liquid mit der höheren Viskosität unter diesem höheren Druck in der Kammer 16 eine gewisse Leckage erfährt, die umso größer ist je weniger viskos dieses Liquid ist und je größer die Passungstoleranzen sind, die für den Hauptkolben 11 bezüglich der umgebenden Zylinderwand der Teilbohrung 13 A eingehalten werden. Es ist folglich davon auszugehen, daß bei jedem Arbeitshub des Hauptkolbens 11 das Liquid mit der größeren Viskosität aus der Kammer 16 eine vergleichsweise größere Verlustmenge erfährt als das Liquid mit der niedrigeren Viskosität aus der Kammer 17, so daß beim Rückwärtshub der beiden Kolben der Hilfskolben 12 nicht nur durch den gegenüber dem Liquid mit der höheren Viskosität höheren Druck, unter welchem das Liquid mit der niedrigeren Viskosität in die Kammer 17 zugeleitet wird, an die Schulter 13 C angeschlagen wird, sondern auch durch den Saugdruck, der sich dann in der Kammer 16 aufbaut. Sobald der Druck in der Kammer 16 unter

ρ ρ

den Zuleitdruck von 3o χ 1o dyn/cm abgebaut ist, strömt beim Rückwärtshub des Haupt-Kolbens 11 neues Liquid mit der höheren Viskosität über das dann sich öffnende Rückschlagventil 22 nach, wobei dieses Nachströmen dann solange anhält, bis in der Kammer 16 wieder dieser Ausgangsdruck für den nächsten Arbeitshub des Hauptkolbens 11 erreicht ist.

Bei der in Fig.2 dargestellten abgewandelten Ausführungsform einer solchen Hochdruck-Kolbenpumpe kann das Liquid mit der niedrigeren Viskosität auch unter einem Druck kleiner als etwa 5o χ 1o dyn/

cm in die entsprechende Kammer 17 veränderlichen Volumens zugeleitet werden. Zu diesem Zweck ist der Hauptkolben 11 über ein Kupplungsteil 26 mit dem Hilfskolben 12 verbunden, wobei das Kupplungsteil 26 eine an dem Hauptkolben 12 einstückig ausgebildete oder daran befestigte Spindel oder Achse 27 umfaßt, die mit

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einem vergrößerten Kopfteil 28 in eine Aussparung 29 einfaßt, die zwischen zwei an dem Hilfskolben 12 befestigten und einen Anschlag für den Kopfteil 28 ergebenden Winkelprofilen 3o ausgebildet ist. Das Kupplungsteil 26 ergibt folglich eine Art Totgangverbindung zwischen dem Hauptkolben 11 und dem Hilfskolben 12, so daß diese relativ zueinander beweglich sind. Wenn folglich der Hauptkolben 11 während seines Arbeitshubs gegen den geschlossenen Zylinderkopf 1o B der Bohrung des Zylinders 1o bewegt wird, dann wird er dabei in dem Ausmaß näher an den Hilfskolben 12 heranbewegt, in welchem das Liquid mit der höheren Viskosität an der Dichtung 14 eine Leckage erfährt, während er umgekehrt bei seinem Rückwärtshub von dem Hilfskolben 12 entfernt wird, der Hilfskolben 12 dann jedoch die Möglichkeit hat, bei seiner entsprechenden Bewegung weg von dem geschlossenen Zylinderkopf 1o B in eine Anschlagstellung an dem Kupplungsteil 26 resp. dessen vergrößertem Kopfteil 28 zu kommen. Sind die beiden Kolben 11 und 12 über ein solches Kupplungsteil 26 miteinander verbunden, dann muß die Bohrung" 13 des Zylinders 1o nicht als Stufenbohrung ausgebildet werden.

Bei der in Fig.3 gezeigten Tandemanordnung von zwei Hochdruckkolbenpumpen 31 A und 31 B sind die entsprechenden Förderleitungen 19 B für das Liquid mit der niedrigeren Viskosität zu einer gemeinsamen Förderleitung 19 C zusammengeführt, so daß bei einer Phasenverschiebung von 18o° im Antrieb der beiden Pumpen über diese gemeinsame Förderleitung 19 C das Liquid mit der niedrigeren Viskosität kontunierlich gefördert werden kann. Für den Antrieb des jeweiligen Hauptkolbens der beiden im übrigen gleich wie die beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgeführten Hochdruck-Kolbenpumpen 31 A und 31 B sind zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder 34 A und 34 B vorgesehen, deren am einen Ende des jeweiligen Zylinders axial vorstehende Kolbenstangen 32 A bzw. 32 B mit dem jeweiligen Hauptkolben der beiden Pumpen 31 A und 31 B starr verbunden sind. Die beiden doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 34 A und 34 B sind an ein gemeinsames Ventil 37 angeschlossen, das die Zuleitung der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere eines Hydrauliköls derselben Viskosität wie das Liquid mit der höheren Viskosität, aus einer Anschlußleitung 35 in die Verbindungsleitungen 38 B

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und 39 A mit der einen der beiden Druckkammern steuert, die bei den beiden doppeltwirkenden Hydraulikzylindern 34 A und 34 B zu beiden Seiten des jeweiligen Druckkolbens 33 A bzw. 33 B ausgebildet sind, während dann gleichzeitig die an die jeweils andere Druckkammer angeschlossenen Verbindungsleitungen 38 A und 39 B über das Ventil 37 einen Anschluß an eine Rücklaufleitung 36 haben. Wird das Ventil 37 von den Verbindungsleitungen 38 B und 39 A auf die Verbindungsleitungen 38 A und 39 B umgesteuert, dann erfahren damit die beiden Hydraulikzylinder 34 A und 34 B resp, deren Kolben 33 A und 33 B bzw. die damit über die Kolbenstangen 32 A und 32 B verbundenen Hauptkolben der beiden Hochdruck-Kolbenpumpen 31 A und 31 B eine entsprechende Bewegungsumkehr, so daß also dann der Hauptkolben der Hochdruckkolbenpumpe 31 A in seinen Arbeitshub eintritt, während gleichzeitig der Hauptkolben der Hochdruck-Kolbenpumpe 31 B seinen Rückwärtshub erfährt.

In Fig.4 ist noch schematisch eine Anlage 4o gezeigt, die mit solchen Hochdruck-Kolbenpumpen für ein Arbeiten unter Wasser ausgerüstet sein kann. Dargestellt ist eine küstenfern errichtete Ölbohrinsel mit einer Arbeitsplattform 42, die an einem auf Stützen 43 ruhenden Obergefüge 41 befestigt ist. Auf der Arbeitsplattform 42 ist beispielsweise eine Dieselmaschine 44 zum Antrieb einer Hydraulikpumpe 45 aufgestellt, die über Zu- und Rücklaufleitungen 35 und 36 mit zwei doppeltwirkenden Hydraulikzylindern 34 entsprechend den Hydraulikzylindern 34 A und 34 B bei der Tandemanordnung gemäß Fig.3 angeschlossen ist zum Antrieb zweier entsprechender Hochdruck-Kolbenpumpen 31, an deren gemeinsame Förderleitung 19 C beispielsweise eine dabei mit dem Seewasser 47 betriebene Düse angeschlossen ist, unter deren Strahldruck dann beispielsweise die Ständer 43, an deren einem die Leitungen 35 und 36 mittels Halterungen 46 gehalten sind, gesäubert werden können.

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Claims

PATENTANWALT DiPL.-ING. HANS-PETER GAUGER TAL 71 8000 MÜNCHEN 2 IHR ZEICHEN: YOUR REF.: me,nze,c„en: Hyd-2736 THE BRITISH HYDROMECHANICS RESEARCH ASSOCIATION CRANFIELD, BEDFORD (ENGLAND) Ansprüche

1.) Hochdruck-Kolbenpumpe, gekennzeichnet durch einen Zylinder (io) mit einem antreibbaren Hauptkolben (11) am offenen Ende (1o A) der Zylinderbohrung (13) und einen Hilfskolben (12) am geschlossenen Zylinderkopf (ίο B), der die Zylinderbohrung im Abschnitt zwischen dem Hauptkolben und dem Zylinderkopf in eine erste und in eine zweite Kammer (16 und 17) veränderlichen Volumens unterteilt, in die Liquide mit einer höheren und mit einer niedrigeren Viskosität zugeleitet werden, wobei die zwischen dem Hauptkolben (11) und dem Hilfskolben (12) ausgebildete erste Kammer (16) durch eine erste Dichtung (14) gegen das offene Zylinderende (1o A) und die zwischen dem Hilfskolben (12) und dem Zylinderkopf (1o B) ausgebildete zweite Kammer (17) gegen die erste Kammer (16) durch eine zweite Dichtung (15) abgedichtet und für den Hilfskolben (12) ein Anschlag (13 C,28,3o) zur Begrenzung seines durch die Erzeugung eines Differentialdruckes zwischen den beiden Kammern (16,17) bei der Bewegung des Hauptkolbens (11) weg von dem Zylinderkopf (Io B) bewirkten Hubes relativ zu dem Hauptkolben (11) vorgesehen ist, und wobei die Zuleitung des Liquids mit der höheren Viskosität in die erste Kammer (16) über eine mit einem Einwegventil (22) versehene Anschlußleitung (21,23) gesteuert wird, wenn der Druck in dieser ersten Kammer (16) unter einen bestimmten Wert abfällt, wobei die erste Dichtung (14) für eine ge-

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ORIGINAL INSPECTED

steuerte Leckage des Liquids mit der höheren Viskosität aus der ersten Kammer (16) und die zweite Dichtung (15) für eine Drosselung der Strömung des ersten und des zweiten Liquids längs des Luftraumes zwischen dem Hilfskolben (12) und der umgebenden Zylinderwand ausgebildet sind.

2. Kochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinder (io) mit einer Stufenbohrung (13 A,13 B) versehen ist, in deren Teilbohrungen die beiden Kolben (11 und 12) unterschiedlichen Durchmessers angeordnet sind, wobei die zwischen den beiden Teilbohrungen(13 A und 13 B) der Zylinderbohrung (13) ausgebildete Schulter (13 C) als Anschlag für den relativ zu dem Hauptkolben (11) beweglichen Hilfskolben (12) wirkt.

3. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Kolben (11 und 12) mittels eines als Anschlag für den Hilfskolben (12) wirkenden Kupplungsteils (27,28,29,3o) miteinander verbunden sind, der als Totgangverbindung zwischen den beiden Kolben zur Ermöglichung einer relativen Bewegung derselben ausgebildet.ist.

4. Hochdruck-Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußleitung (21) für die Zuleitung des Liquids mit der höheren Viskosität als eine in der ersten Kammer (16) mündende Bohrung des Hauptkolbens (11) ausgebildet ist.

5. Hochdruck-Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß für den Antrieb des Hauptkolbens (11) ein Kurbeltrieb (24,25) vorgesehen ist.

6. Hochdruck-Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß für den Antrieb des Hauptkolbens (11) ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder (34 A,34 B) vorgesehen ist.

7. Hochdruck-Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß für die Zu- und Ableitung

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des Liquids mit der niedrigeren Viskosität eine in der zweiten Kammer (17) mündende Anschlußleitung (18) vorgesehen ist^ die mit einer mit einem eingebauten Rückschlagventil (2o A) versehenen Zuleitung (19 A) und einer ebenfalls mit einem eingebauten Einwegventil (2o B) versehenen Förderleitung (19 B) verbunden ist.

8. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (19 B) der Anschlußleitung (18) an die zweite Kammer (17) einer ersten Pumpe (31 A) mit der entsprechenden Förderleitung einer zweiten Pumpe (31 B) zu einer gemeinsamen Förderleitung (19 C) zusammengeführt ist, wobei die Hauptkolben (11) der beiden Pumpen (31 A und 31 B) mit einer Phasenverschiebung von 18o° angetrieben werden.

9. Hydraulik-Hochdruckpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der beiden Pumpen (31 A und 31 B) je ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder (34 A und 34 B) vorgesehen ist, deren Druckkammern abwechselnd über ein gemeinsames Steuerventil (37) mit der Hydraulikflüssigkeit versorgt werden.

10. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der beiden doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (34 A und 34 B) aus einer Hydraulikpumpe (45) zugeleitet wird, in der die Hydraulikflüssigkeit auf^einen Nledrigdruek gebracht .wird.- . . - ..;.,.-.:

11. Hydraulik-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß an die Förderleitung (19 B) der Pumpe eine Düse angeschlossen ist, deren Strahldruck auch für unter Wasser ausführbare Schneid- und Säuberungsoperationen nutzbar ist.

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12. Anlage zur Ausführung von Schneid- und Säuberungsoperationen u.dgl. unter einem Strahldruck, der mittels einer oder mehrerer Hochdruck-Kolbenpumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verfügung gestellt wird.

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