DE29518274U1

DE29518274U1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE29518274U1
Application number: DE29518274U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2005-11-18
Also published as: DE19646600A1

Description

Peter Pleyer ing.

Georgsweg 25 Tel. 05472/2565,6153

49152 Bad Essen

Kolbenpumpe

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Kolbenpumpe mit mindestens drei in oder an einem Förderrohr beliebigen Querschnitts in Förderrichtung hintereinander angeordneten Förderhubräumen.

Kolbenpumpen zeichnen sich durch einen relativ konstanten Wirkungsgrad bei veränderbaren Fördermengen aus. Der Aufbau ist jedoch meist recht kompliziert, da die kennzeichnenden Arbeitstakte (Ansaugen, Fördern und evtl. Verdichten) durch in Förderrichtung vor- und nachgeschaltete Ventile getrennt werden müssen. Dabei wird das Fördermedium konstruktiv bedingt durch Förderwege geleitet, die hohe Reibungsverluste durch Querschnittsveränderungen und Förderstromumlenkung aufweisen. Dadurch ist der interne Wirkungsgrad einer Kolbenpumpe einer Wirkungsgradgrenze zugeordnet, die kaum überschritten werden kann. Auch können Kolbenpumpen herkömmlicher Bauart meist nur durch zusätzlichen Aufwand ihre Förderrichtung umkehren. Im Stillstand sind sie zudem für das Fördermedium freifließend nicht durchgängig. Eine bessere Ausführung solcher klassischer Kolbenpumpen und -verdichter stellen Drehkolben-, Flügelzellen-, oder Schraubenpumpen oder entsprechende Verdichterbauarten dar. Auch der inzwischen bekannte sogenannte G-Lader ist ein Kolbenverdichter. Diese Bauarten zeichnen sich durch geringeren Aufwand aus, da die Ventile entfallen können. Jedoch sind sie im Stillstand für das Fördermedium blockiert oder durchgängig. Es besteht konstruktiv keine Wahlmöglichkeit für die einzelne Bauart zwischen diesen beiden Zuständen. Zudem wird auch bei allen diesen Bauarten der Förderstrom intern in größerem Maße umgelenkt, was zu hohen Reibungsverlusten führt.

Strömungsmaschinen in axialer halbaxialer oder radialer Bauart haben dagegen einen spezifischen Betriebspunkt, der den besten Wirkungsgrad kennzeichnet. Dieser ist dann jedoch meist höher als der einer vergleichbaren Kolbenmaschine, deren Aufbau naturgemäß mechanisch komplizierter ist. Wird dieser Betriebspunkt verlassen, um z.B. die Fördermenge zu variieren, sinkt der Wirkungsgrad drastisch ab. Strömungsmaschinen sind zudem im Stillstand für das Fördermedium immer durchgängig.

Das zu fördernde Medium hat zudem verschiedene mechanische Eigenschaften (chemisch korrosive Eigenschaften beeinflussen meist nur die Werkstoffauswahl), nach denen eine Pumpe oder ein Verdichter ausgewählt wird. So kann z.B. eine ventilbehaftete Kolbenpumpe klassischer Bauart kaum festkörperverschmutzte Medien fördern. Strömungspumpen können wiederum niedrigviskose Medien nicht fördern u.s.w.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, welche auch für festkörperverschmutze und niedrigviskose Medien, auch gasförmige, verwendbar ist. Zusätzlich soll die Pumpe in nicht förderndem Zustand wahlweise für das Fördermedium durchgängig oder gesperrt sein sowie eine direkte Förderrichtungsumkehr in der Pumpe auch im Vollastbetrieb ermöglichen. Außerdem soll - im für das Fördermedium durchgängigen Zustand - möglichst wenig Reibungsverlust in der Pumpe vorhanden sein, um einen größtmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Zudem soll die Pumpe einen einfachen Aufbau mit möglichst wenig Teilen aufweisen. Letztendlich soll der Funktionsablauf und Förderzyklus im Betrieb direkt durch z.B. eine elektronische Steuerung beeinflußbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpe im wesentlichen aus einem Rohr beliebigen Querschnittes besteht, in oder an dem in Förderrichtung hintereinander definierte Hubräume angeordnet sind, welche als Verschlußglieder ausgebildet sind, die das Förderrohr einzeln, zusammen oder in sinnvoller Reihenfolge in Förderrichtung verschließen oder öffnen können. In einer vorteilhaften Ausführung ist innerhalb des Förderrohres ein Trägerrohr angeordnet, welches vom Fördermedium umflossen wird. Daraufsind in Förderrichtung hintereinander volumenveränderliche Verschlußglieder angebracht, welche durch Leitungen im Trägerrohr von außen mit hydraulischem oder pneumatischen Druck oder auch Vakuum beaufschlagt werden. Dadurch ist es auch einzelnen Verschlußgliedern möglich, den Förderquerschnitt komplett zu verschließen. Werden die Verschlußglieder nun nacheinander in Förderrichtung betätigt, entsteht eine Förderbewegung des Fördermediums entsprechend der Volumenverdrängung eines Verschlußgliedes. Sobald das in Förderrichtung zweite Verschlußglied den Förderquerschnitt verschlossen hat, kann das erste Verschlußglied durch entlüften oder auch durch das Beaufschlagen mit Vakuum geöffnet werden. Dadurch erhält die Pumpe eine selbstansaugende Wirkung.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Ist die Pumpe vorteilhafterweise mit einem Vielfachen von je drei Verschlußgliedern ausgestattet, kann durch Zusammenfassen der Verschlußglieder in Gruppen eine Fördermengenerhöhung bei gleichbleibender Zykluszeit des Pumpvorgangs erreicht werden. Je mehr Verschlußglieder vorhanden sind, um so vielfältiger läßt sich die ohnehin stufenlos regelbare Förderleistung in groben Abstufungen vorwählen. Dadurch kann auch bei niedrigsten Fördermengen die Pulsation des Fördermediums auf ein Minimum beschränkt bleiben. Zudem läßt sich die Förderrichtung jederzeit - auch bei voller Förderleistung - umkehren, ohne etwaige bewegte Pumpenmassen abzubremsen und wieder zu beschleunigen. Zudem ist die Pumpe im nichtfördernden Zustand wahlweise für das Fördermedium geschlossen oder geöffnet, da die Verschlußglieder auch als reine Absperrglieder verwendet werden können. Im geöffneten Zustand hat die Pumpe konstruktiv bedingt nur einen gering höheren Durchflußwiderstand als die angeschlossene Förderrohrleitung. Da die Pumpe über mehrere Verschlußglieder verfügt, kann sie durch sicheres vollständiges Blockieren der Förderleitung bei aggressiven chemischen Medien eine spezielle Rohrbruchsicherung überflüssig machen, da der Ruhezustand in nichtförderndem Zustand ja auch geschlossen sein kann (z.B. mit Hilfe von Druckspeichern). Zudem eignet sich die erfindungsgemäße Kolbenpumpe bei entsprechender Baugröße hervorragend als Antriebseinheit mariner, insbesondere submariner Fahrzeuge, da sie bauartbedingt die bei herkömmlichen Schraubenantrieben vorhandene Kavitationsneigung nicht aufweist und zudem einen sehr niedrigen Geräuschpegel hat. Außerdem ist keine drehende Durchführung zur

Kraftübertragung wie z.B. eine Schraubenwelle notwendig. Dadurch entfallen auch die bei Drehdurchführungen auftretenden Dichtprobleme. Weiters kann ein so beschaffener Antrieb das ohnehin vorhandene hydraulische oder pneumatische Versorgungsnetz solcher Fahrzeuge als Kraftquelle nutzen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Trägerrohr zum Förderrohr im wesentlichen achsparalell aber nicht coaxial angeordnet. Dadurch besteht die Möglichkeit, dem Achsversatz gegenüber am Förderrohr ein Meldeglied anzubringen, welches den vollständigen Verschluß des Förderrohres durch das Verschlußglied anzeigt. Mithilfe dieses Meldegliedes, z.B. eines in die Meldeleitung eingebauten Strömungsschalters, kann sich die Pumpe selbsttätig der Viskosität des Fördermediums und dem Gegendruck anpassen. So kann auch bei großen Temperaturschwankungen automatisch der optimale Wirkungsgrad erreicht werden. Zudem kann das Meldeglied auch einen möglichen Schaden am Verschlußglied anzeigen, und es können Warnsignale ausgelöst werden oder das Verschlußglied durch die Pumpensteuerung direkt aus dem Förderzyklus entnommen werden, ohne daß dadurch die Förderung unterbrochen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit schematischen Zeichnungen beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer möglichen Ausführung der

erfindungsgemäßen Pumpe;

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt einer weiteren möglichen Ausführung der

erfindungsgemäßen Pumpe;

Fig.3 die Schnittansicht entlang der Linie A-B in Fig. 1 entsprechend einer

coaxialen Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe;

Fig. 4 die Schnittansicht entlang der Linie A-B in Fig. 1 entsprechend einer

achsparalellen Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe mit einem Meldeanschluß je Verschlußglied.

In Fig. 1 ist schematisch ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Pumpe in einer vorteilhaften Ausfuhrungsform dargestellt. In einem Förderrohr 1 befindet sich ein Trägerrohr 3, welches mit Hilfe von Streben 4 mit dem Förderrohr 1 verbunden ist. Auf dem Trägerrohr 3 sind in Förderrichtung hintereinander volumenveränderliche Verschlußglieder 2 angeordnet, welche im Zustand ihres kleinsten Volumens einen möglichst großen Durchflußquerschnitt ermöglichen oder im Zustand ihres größten Volumens den Durchflußquerschnitt komplett verschließen. Die Verschlußglieder 2 werden durch Spannelemente 5 am Trägerrohr 3 gehalten. Die Betätigung der einzelnen Verschlußglieder 2 erfolgt pneumatisch oder hydraulisch, jeweils durch eine zugeordnete Leitung 6, welche sich vorteilhafterweise im Inneren des Trägerrohres 3 befindet und

durch dessen Wandung sowie durch die Wandung des Förderrohres 1 nach außen geführt

In Fig. 2 ist schematisch ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Pumpe in einer möglichen Ausführung analog Fig. 1 dargestellt, jedoch sind Ein- und Austrittsquerschnitt des Förderrohres 1 sowie des durch das Trägerrohr 3 vorgegebenen Förderquerschnittes nicht parallel angeordnet.

In Fig. 3 ist schematisch ein Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 1 dargestellt, wobei das Trägerrohr 3 zum Förderrohr 1 coaxial angeordnet ist.

In Fig. 4 ist schematisch ein Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 1 dargestellt, wobei das Trägerrohr 3 zum Förderrohr 1 im wesentlichen parallel aber nicht coaxial angeordnet ist. Auch ist dem nun ebenfalls zum Förderröhr 1 parallel aber nicht coaxial angeordneten Verschlußglied 2 in einer besonders vorteilhaften Ausführung eine Meldeleitung 7 zugeordnet, welche vom zugeordneten Verschlußglied 2 - im Zustand seines größten Volumens - verschlossen wird.

Claims

Schutzansprüche:

1. Kolbenpumpe mit mindestens drei in oder an einem Förderrohr (1) beliebigen Querschnitts in Förderrichtung hintereinander angeordneten Hubräumen, dadurch gekennzeichnet, daß diese als volumenveränderbare Verschlußglieder (2) ausgeführt sind, welche das Förderrohr (1) einzeln, zusammen oder in sinnvoller Reihenfolge in Förderrichtung verschließen oder wieder öffnen können.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr (1) ein Trägerrohr (3) enthält, an dem die Verschlußglieder (2) befestigt sind.

3. Kolben pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (3) zum Förderrohr (1) coaxial angeordnet ist.

4. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (3) zum Förderrohr (1) im wesentlichen achsparallel aber nicht coaxial angeordnet ist.

5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Achsversatz gegenüber eine Meldeleitung (7) je Verschlußglied (2) am Förderrohr (1) angeordnet ist.

6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung vor und hinter den Verschluß gliedern das Förderrohr (1) jeweils als Düse oder Diffusor sinnvollen Querschnitts ausgebildet sein kann, um eine strömungsvergleichmäßigende Wirkung zu erzielen.