DE2834966A1 - Hochdruck-kolbenpumpe - Google Patents
Hochdruck-kolbenpumpeInfo
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Description
PATENTANWALT
DIPL.-ING. HANS-PETER GAUGER
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
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 ists 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 (12)
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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