DE3608702A1 - Pumpvorrichtung zum foerdern von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Pumpvorrichtungen finden in den verschiedensten Bereichen der Technik, z.B. bei Müllpressen, Förder- bzw. Hubvorrichtungen, Verpackungsmaschinen und dgl., Anwendung, wobei mittels der Kolbenanordnung eine große Flüssigkeits­ menge mit einem normalen, niedrigen Druck in kurzer Zeit an einen Verbraucher, z.B. den Arbeitszylinder einer Müll­ presse, gefördert werden kann, um einen schnellen Hub des Verbrauchers, wie er beispielsweise zur Vorverdichtung von Müll benötigt wird, herbeizuführen, während mittels des zweiten Förderkolbens eine geringere Flüssigkeitsmenge mit hohem Druck im Anschluß an den großvolumigen Hub der Kolbenanordnung an den Verbraucher abgegeben werden kann, um diesen mit einer zusätzlichen, größeren Kraft zu beauf­ schlagen, um etwa den Arbeitskolben der Müllpresse noch einen kurzen Preßhub mit hohem Druck für die Endverdichtung des Müllgutes ausführen zu lassen.

Die Zusammenfassung zweier Förderkolben mit ihren beiden Zylindern in koaxialer Ausrichtung zu einer eine Pumpein­ heit bildenden Kolbenanordnung bietet zwar die Möglichkeit, die Baugröße der Vorrichtung gegenüber bekannten Pumpvor­ richtungen mit parallelen Kolben-Zylinder-Einheiten wesentlich herabzusetzen und dennoch die gewünschte Arbeitsweise mit einem großvolumigen Förderhub der Kolben­ anordnung in einem niedrigen Druckbereich und einem Förder­ hub bei geringem Fördervolumen und hohem oder sehr hohem Förder­ druck durch eine nur vom zweiten Kolben ausgeführte Hub­ bewegung zu gewährleisten; auch ist dabei eine ein­ fache Antriebsmöglichkeit durch das für den Förderhub beider Kolben der Kolbenanordnung am zweiten Kolben angreifende Betätigungglied gegeben. Der Anwendungsbereich solcher bekannter Pumpvorrichtungen ist jedoch durch die ungleich­ förmige Förderung an den Verbraucher, die dadurch bedingt ist, daß während des Hin- und Rückganges der Kolbenanordnung nur bei einem Hub gefördert wird, beim anderen Hub dagegen nur angesaugt wird, begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpvor­ richtung der angegebenen Art zu schaffen, bei der die Förderung der Flüssigkeit zum Verbraucher vergleich­ mäßigt ist, um auf diese Weise den Anwendungsbereich der Vorrichtung zu erweitern.

Diese Aufgabe wir nach der Erfindung durch eine Ausgestal­ tung der Pumpvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 ge­ löst. Bei dieser Ausgestaltung der Pumpvorrichtung erfolgt bei der Hubbewegung der Kolbenanordnung in den durch einen vorausgegangenen Ansaugvorgang mit Flüssigkeit gefüllten Ansaugraum hinein über den Durchtrittskanal im zweiten Kolben eine Verdrängung und Förderung der Flüssigkeit in den Förderraum und von dort unmittelbar über die Förder­ leitung zum Verbraucher, während beim Rückhub zur Durch­ führung eines erneuten Ansaugvorgangs die im Förderraum verbliebene Flüssigkeit weiter zum Verbraucher gefördert wird. Auf diese Weise erfolgt sowohl während des Hin­ als auch während des Rückganges der Kolbenanordnung eine Förderung der Flüssigkeit und Abgabe an den Verbraucher. Aufgrund der in dieser Weise vergleichmäßigten Förderung ist der Anwendungsbereich der Pumpvorrichtung auch auf solche Fälle erweitert, bei denen eine im wesentlichen kontinuierliche Druckbeaufschlagung des Verbrauchers mit Flüssigkeit während eines Arbeitsspiels gefordert wird. Der großvolumige Förderhub im normalen, niedrigen Druck­ bereich entsprechend einem niedrigen Gegendruck seitens des Verbrauchers wird hierbei durch eine gemeinsame Hub­ bewegung des ersten und des zweiten Kolbens herbeigeführt, während in einem erhöhten Druckbereich entsprechend einem hohen Gegendruck seitens des Verbrauchers nur der zweite Kolben zur Ausführung seines Förderhubes bei entsprechend verringertem Fördervolumen und hohem Förderdruck betätigt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in deren Fig. 1, 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung jeweils in einem Axialschnitt unter Darstellung verschiedener Betriebsstellungen schematisch veranschaulicht ist.

Die in der Zeichnung dargestellte Pumpvorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten umfaßt ein allseits geschlossenes Gehäuse 1, das aus zwei Gehäuseteilen 2 und 3 zusammenge­ setzt ist. An ihren einander zugewandten Stirnseiten sind die beiden Gehäuseteile 2 und 3 unter Zwischenlegung eines Dichtungsrings 4 zu einer Einheit zusammengeschlossen und umgrenzen gemeinsam einen Pumpenraum 5.

Der Gehäuseteil 2 ist mit einem Ansaugkanal 6 für die Flüssigkeit versehen, der in nicht näher dargestellter Weise mit einem Flüssigkeitsvorrat verbindbar ist. Der Ansaugkanal 6 mündet an seinem inneren Ende in einen zen­ tralen Verbindungskanal 7 zum Pumpenraum 5 ein. Im Ver­ bindungskanal 7 ist ein Absperrventil mit einem Ventil­ glied 8 in Form einer Ventilkugel gebildet, das in der in der Zeichnung dargestellten Schließstellung auf einem Ventilsitz 9 aufsitzt und den Ansaugkanal 6 gegenüber dem Pumpenraum 5 absperrt.

Der Gehäuseteil 3 ist mit einem Förderkanal 10 in Form einer Querbohrung versehen, die in nicht näher dargestellter Weise mit einem Verbraucher, z.B. dem Preßzylinder einer Verdichtungsanlage, verbindbar ist. An seinem inneren Ende mündet der Förderkanal 10 unmittelbar in den Pumpenraum 5 ein. Auch im Förderkanal 10 ist ein Absperrventil ge­ bildet, dessen wiederum als Ventilkugel ausgeführtes Ventilglied 11 in der in der Zeichnung dargestellten Offenstellung von seinem Ventilsitz 12 abgehoben ist.

Die Ventilglieder 8 und 11 sind in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im Pumpenraum 5 selbsttätig zwischen ihrer Schließstellung und ihrer vom Ventilsitz 9 bzw. 12 abgehobenen Offenstellung bewegbar. Durch je eine Sperrscheibe 13, 14, die in den Verbindungskanal 7 bzw. den Förderkanal 10 eingesetzt ist, sind die Ventilglieder 8 und 11 in ihrer Offenstellung daran gehindert, aus dem Verbindungskanal 7 bzw. dem Förderkanal 10 herausgespült zu werden.

Im Pumpenraum 5 hin- und hergehbar geführt ist eine Kolbenanordnung 15, die von einem ersten Förderkolben 16 und einem zweiten Förderkolben 17 gebildet ist. Beide Förderkolben 16, 17 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei der Pumpenraum 5 den Zylinder des ersten Förder­ kolbens 16 bildet. Zur Ausbildung des Zylinders des Förderkolbens 17 ist der erste Kolben 16 hohl ausgebildet und an seinen beiden Stirnseiten offen. Für die Hubbe­ wegung der Kolbenanordnung 15 ist ein beliebiges geeignetes Betätigungsglied (nicht dargestellt) vorgesehen, z. B. ein Handhebel oder ein druckmittelbetätigter, vorzugs­ weise pneumatischer, Betätigungszylinder, der über eine Verbindungsstange 18 am zweiten Kolben 17 angreift. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Verbindungsstange 18 einstückig mit dem Kolben 17 ausgebildet und in axialer Verlängerung dieses Kolbens aus der benachbarten Stirn­ wand des Gehäuses 1 herausgeführt. Für die Abdichtung der mittels des Betätigunsglieds hin- und herbewegten Verbindungsstange 18 ist ein Dichtungsring 19 in die Stirnwand des Gehäuses 1 eingelegt, der mit dem Außen­ umfang der Verbindungsstange in Dichtungseingriff ge­ halten ist.

In ähnlicher Weise steht eine an der Innenseite des Gehäuseteils 3 angebrachte Ringdichtung 20 mit dem Außenumfang des ersten Förderkolbens 16 und eine an dessen Innenseite angebrachte Ringdichtung 21 mit dem Außenumfang des zweiten Förderkolbens 17 in Dichtungseingriff.

Die von dem Ansaugkanal 6 und dem Verbindungskanal 7 ge­ bildete Ansaugleitung ist dem einen und der Förderkanal 10 ist dem anderen der einander gegenüberliegenden stirn­ seitigen Endbereiche des Pumpenraums zugeordnet, und der Pumpenraum 5 ist von der Kolbenanordnung 15 in einen die Mündungsöffnung 22 der Ansaugleitung 6, 7 enthaltenden Ansaugraum 23 und einen die Mündungsöffnung 24 des Förderkanals 10 enthaltenden Förderraum 25 unterteilt. Dabei ist im zweiten Kolben 17 ein Durchtrittskanal für eine Strömungsverbindung des Ansaugraums 23 und des Förder­ raums 25 während des Förderhubs der Kolbenanordnung 15 vorgesehen.

Der Durchtrittskanal im zweiten Kolben 17 umfaßt einen Axialkanal 26 mit einem Absperrventil, dessen Ventil­ glied 27 während des Förderhubs in Offenstellung und während des Ansaughubs in Schließstellung gehalten ist.

Das Ventilglied 27 besitzt die Form einer Ventilkugel und sitzt in Schließstellung auf einem Ventilsitz 28 auf, der am Übergang eines Axialkanalteils 29 verringerten Durchmessers gebildet ist. An dem vom Ventilsitz 28 ab­ gewandten Stirnende mündet der mit dem Axialkanal 26 fluchtende Axialkanalteil 29 frei in den Ansaugraum 23 aus. Das dem Ventilsitz 28 gegenüberliegende Stirnende des Axialkanals 26 ist geschlossen, und die Strömungsver­ bindung des Axialkanals 26 mit dem Förderraum 25 erfolgt über vom Axialkanal 26 ausgehende Querbohrungen 30 und von diesen wiederum ausgehende Axialbohrungen 31. Das Absperrventil im Axialkanal 26 ist von einem gesonderten Einsatzkörper 32 mit Außengewinde gebildet, der ansaug­ raumseitig in eine Gewindebohrung des Förderkolbens 17 eingeschraubt und dadurch fest mit diesem verbunden ist. Eine in den Axialkanal 26 eingesetzte Sperrscheibe 33 hält die Venilkugel 27 in ihrer vom Ventilsitz 28 ab­ gehobenen Offenstellung in dessen Nahbereich.

Der Einsatzkörper 32 ist an seinem dem Ansaugraum 23 zugewandten Ende mit einem Anschlag 34 in Form eines Ringbundes versehen, der mit der ihm zugewandten Stirn­ fläche 35 des ersten Kolbens 16 in Anlage bringbar ist, um während des Ansaughubes mittels des über die Verbindungsstange 18 am zweiten Kolben 17 angreifenden Betätigungsgliedes beide Förderkolben 16, 17 gemeinsam bzw. die Kolbenanordnung 15 als eine Einheit zu bewegen.

An seinem dem Förderraum 25 zugewandten Stirnende ist der Förderkolben 17 ebenfalls mit einem Anschlag in Form eines Ringbundes versehen, der die Bezugszahl 36 trägt. Der Anschlag 36 ist mit der ihm zugewandten Stirnfläche 37 des ersten Kolbens 16 in Anlage bringbar, um in einem normalen, niedrigen Druckbereich über das am zweiten Förderkolben 17 angreifende Betätigungsglied beide Förderkolben 16 und 17 gemeinsam bzw. die Kolbenanordnung 15 als eine Einheit auf ihrem Förderhub zu bewegen oder um im erhöhten Druckbereich den nur vom zweiten Förder­ kolben 17 ausführbaren Förderhub zu begrenzen.

An die Stirnfläche 35 des ersten Förderkolbens 16 schließt sich ein äußerer Anschlag in Form eines Ringbundes 38 an, der zur Begrenzung des Förder- und des Ansaughubes der Kolbenanordnung 15 mit im axialen Abstand voneinander angeordneten Gegenanschlagflächen 39 und 40 in Eingriff bringbar ist. Die Gegenanschlagflächen 39 und 40 sind von Schultern in der inneren Zylinderwand des Gehäuses 1 gebildet.

In Fig. 1 ist die Pumpvorrichtung in einem Momentanzu­ stand gezeigt, in dem der Rückhub der Kolbenanordnung 15 zur Ausführung eines Ansaugvorgangs durch Aufwärtsbewegen der Verbindungsstange 18 beendet ist. Während dieses Rück- bzw. Ansaughubes nimmt das Ventilglied 27 eine Schließ­ stellung ein, da es dabei durch den Druck des im Förder­ raum 25 vorhandenen Mediums auf seinen Sitz 28 gedrückt wird. Gleichzeitig wird das Ventilglied 11 durch diesen Druck in seine Offenstellung gedrückt bzw. in dieser gehalten, so daß im Förderraum 25 enthaltene Flüssigkeit während des Rück- bzw. Ansaughubs der Kolbenanordnung 15 in den Förderkanal 10 gedrückt wird.

Sobald der Förderhub durch Umsteuern des Betätigungs­ glieds und, unter Zugrundelegung der zeichnerischen Dar­ stellung, Abwärtsbewegung der Verbindungsstange 18 ein­ setzt, wird das Ventilglied 27 von seinem Ventilsitz 28 abgehoben, und es gelangt Flüssigkeit aus dem Ansaugraum 23 durch den Axialkanalteil 29, den Axialkanal 26, die Querbohrungen 30 und die Axialbohrungen 31 in den Förder­ raum 25, so daß aus diesem fortgesetzt durch den Förder­ kanal 10 über das in seiner Offenstellung gehaltene Ab­ sperrventil Flüssigkeit an den Verbraucher abgegeben wird. Es versteht sich, daß während dieses Förderhubs das Ventilglied 8, das während des Ansaugvorgangs in seiner Offenstellung gehalten ist, in seine Schließ­ stellung auf dem Ventilsitz 9 gedrückt wird.

Bei der Abwärtsbewegung der Verbindungsstange 18 wird zunächst nur der Förderkolben 17 abwärts bewegt, bis sein Anschlag 36 an der Stirnfläche 37 des Förderkolbens 16 anliegt. Diese Bewegung geht im normalen, niedrigen Druckbereich sehr schnell vonstatten. Danach erfolgt durch die fortgesetzte Abwärtsbewegung der Verbindungs­ stange 18 eine Abwärtsbewegung der Kolbenanordnung 15 insgesamt durch Mitnahme des ersten Kolbens 16 durch den zweiten Kolben 17.

Der Förderhub der Kolbenanordnung 15 ist bei Anlage des Anschlags 38 an der Gegenanschlagfläche 39 des Pumpenraums 5 beendet. Diesen Momentanzustand zeigt Fig. 2.

Während im normalen, niedrigen Druckbereich während des Förderhubs der Kolbenanordnung 15 die Stirnflächen 35 und 41 der gemeinsam abwärts bewegten Förderkolben 16 und 17 zusammen bei der Volumenverdrängung wirksam sind und daher ein entsprechend großes Volumen über den Durchtrittskanal des Förderkolbens 17 an den Förderraum 25 und von da über den Förderkanal 10 an den Verbraucher gefördert wird, wird bei einem Arbeiten der Pumpvorrichtung in einem erhöhten Druckbereich entsprechend einem starken Gegendruck seitens des Verbrauchers nur der zweite Förder­ kolben 17 zur Ausübung eines Förderhubs abwärts bewegt. Dieser Betriebszustand ist in Fig. 3 veranschaulicht, wobei der Förderkolben 17 in einem Momentanzustand ge­ zeigt ist, in dem sein Anschlag 36 an der Stirnfläche 37 des ersten Förderkolbens 16 anliegt, womit das Ende seiner Hubbewegung markiert ist.

Aus der in Fig. 3 veranschaulichten Momentanstellung heraus ist bei dem angenommenen hohen vom Verbraucher aufgebrachten Gegendruck bei gleichbleibender über die Verbindungsstange 18 vom Betätigunsglied aufgebrachter Antriebskraft eine gemeinsame Abwärtsbewegung der Kolben­ anordnung 15 zur Ausübung eines Förderhubes mit ihren sich addierenden Kolbenstirnflächen 35 und 41 nicht mehr möglich. Der zweite Förderkolben 17 konnte jedoch wegen seiner kleineren wirksamen Kolbenfläche 41 noch seinen Hub bis zur Anlage am ersten Kolben 16 ausführen und dadurch eine geringe Flüssigkeitsmenge mit entsprechend erhöhtem Druck über seinen Durchtrittskanal und den Förderraum 25 sowie den Förderkanal 10 an den Verbraucher abgeben.

Claims (8)

1. Pumpvorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten, mit einer von einem ersten und einem zweiten, jeweils in einem Zylinder hin- und hergehbar geführten Förderkolben gebildeten Kolbenanordnung, wobei die beiden Förderkol­ ben koaxial zueinander einem gemeinsamen Pumpenraum mit einer in diesen einmündenden Ansaugleitung und einer aus diesem ausmündenden Förderleitung zugeordnet sind, der erste, im Pumpenraum geführte Kolben den Zylinder des zweiten Kolbens bildet und für die Hubbewegung beider Kolben ein am zweiten Kolben angreifendes Betätigungs­ glied vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitung (6, 7) dem einen und die Förderleitung (10) dem anderen der einander gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereiche des Pumpenraums (5) zugeordnet ist, der Pumpenraum (5) von der Kolbenanordnung (15) in einen die Mündungsöffnung (22) der Ansaugleitung (6, 7) enthaltenden Ansaugraum (23) sowie einen die Mündungsöffnung (24) der Förderleitung (10) enthaltenden Förderraum (25) unter­ teilt ist und daß die Kolbenanordnung (15) mit einem Durchtrittskanal im zweiten Kolben (17) für eine Strö­ mungsverbindung des Ansaug- und des Förderraums während des Förderhubs der Kolbenanordnung versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchtrittskanal einen im zweiten Kolben (17) angeordneten Axialkanal (26) mit einem Absperrventil umfaßt, dessen Ventilglied (27) während des Förderhubs in Offenstellung und während des Ansaug­ hubs in Schließstellung gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Absperrventil von einem Kugelventil gebildet ist, dessen Ventilkugel (27) förderraumseitig und dessen Ventilsitz (28) zur Aufnahme der Ventil­ kugel ansaugraumseitig im Axialkanal (26) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialkanal (26, 29) an seinem einen Stirnende frei in den Ansaugraum (23) einmündet, sein anderes Stirnende geschlossen ist und die Strö­ mungsverbindung zum Förderraum (25) über vom Axial­ kanal (26) ausgehende Querbohrungen gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil von einem gesonderten Einsatzkörper (32) gebildet ist, der ansaug­ raumseitig fest mit dem zweiten Kolben (17) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (17) an seinen beiden Stirnenden jeweils mit einem Anschlag (34, 36) versehen ist, der mit der jeweils zugewandten Stirnfläche (35, 37) des ersten Kolbens (16) in Anlage bringbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (16) mit einem äußeren Anschlag (38) versehen ist, der mit in axialem Abstand voneinander angeordneten Gegenanschlag­ flächen (39, 40) des Pumpenraums (5) zur Begrenzung seiner Hublänge in Eingriff bringbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenraum (5) von einem allseits geschlossenen Gehäuse (1) umgrenzt ist, aus dem eine abgedichtete Verbindungsstange (18) des Be­ tätungsglieds in axialer Verlängerung der Kolbenanordnung (15) herausgeführt ist.