DE3725221A1 - Kolbenpumpe mit arbeitskolben zur verdichtung von fluessigkeiten und gasen - Google Patents
Kolbenpumpe mit arbeitskolben zur verdichtung von fluessigkeiten und gasenInfo
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- F04B53/162—Adaptations of cylinders
- F04B53/164—Stoffing boxes
Description
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit Arbeitskolben
zur Verdichtung von Flüssigkeiten und Gasen, vorzugsweise
auf extrem hohe Drücke, als Bestandteil von Kolbenpumpen,
vornehmlich Reihenkolben- oder Differentialkolbenpumpen,
mit Einrichtungen zum Befüllen und Entleeren des Arbeits
raumes.
Auf vielen Gebieten der Technik, vor allem im Maschinenbau,
in der Bauindustrie, in der chemischen Industrie, der Hüt
tenindustrie und im Bergbau, werden in den letzten Jahr
zehnten in zunehmendem Maße technische Systeme einge
setzt, in denen extrem hohe Drücke bis zu 10 000 bar und
mehr benötigt werden. Hierdurch wurde eine spezielle Ent
wicklung von Pumpen und Druckübersetzern ausgelöst, die
wegen der hohen Drücke bzgl. der Abdichtungen zwischen
Kolben und Zylinderwandung auf technisch sehr kompli
zierte und damit kostenaufwendige konstruktive Lösun
gen angewiesen sind. Wegen der extrem hohen Beanspruchun
gen haben alle diese Lösungen darüber hinaus viel zu ge
ringe Lebensdauern. Bei der Pumpenentwicklung wird bei
hohen und extrem hohen Drücken ausschließlich das Prin
zip der Reihenkolbenpumpe mit einem oder mehreren Kolben
benutzt, bei dem der kinematische Aufbau des Triebwerks
zwar relativ einfach und problemlos ist, an den vorer
wähnten Dichtungen zwischen Kolben und Zylindern treten
jedoch umfängliche Schwierigkeiten auf. Bei den Druck
übersetzern mit ausschließlich linear oszillierender Bewe
gung gibt es ein- und doppelseitig wirkende Bauformen, wo
bei an den Kolben und Zylindern der Höchstdruckstufen ähn
liche Probleme und Schwierigkeiten auftreten wie bei den
Kolbenpumpen.
Auf die Dichtungselemente, die den - wenn auch noch so
kleinen - Spalt zwischen Kolben und Zylinderwandung über
brücken müssen, wirken bei extrem hohen Drücken außerordent
lich hohe Kräfte, die während des Pumpvorganges laufend
auf- und wieder abgebaut werden. Hierdurch ergeben sich
vielfältige Probleme und Schwierigkeiten, die noch dadurch
verstärkt werden, daß das Arbeitsmedium und damit auch die
Kolben, die Zylinderwandungen und die Dichtungen während
des Betriebes unterschiedliche, oftmals schwankende Tem
peraturen haben können. Bei den außerordentlich engen
Passungen zwischen den relativ gegeneinander bewegten
Teilen und den Dichtungen führt dies zu weiteren Beein
trächtigungen, die bei Verwendung von Mineralöl oder
Druckmedien mit guten Schmiereigenschaften gerade noch
beherrscht werden können. Da in hydraulischen Steuerun
gen, Regelkreisen und geschlossenen Hydrauliksystemen, in
denen Öl als Arbeitsmedium benutzt wird, nur in außeror
dentlich seltenen Fällen extrem hohe Drücke benötigt
werden, beschränkt sich die Anwendung dieser Drücke
meist auf Prozesse, in denen Flüssigkeiten und Gase
ohne oder mit außerordentlich geringer Schmierwirkung
Anwendung finden. In nicht seltenen Fällen wird von
diesen Druckmedien im Dauerbetrieb eine ganze Reihe
von Stoffen durch Korrosion, Verätzung oder anders
artige chemisch-physikalische Zerstörung angegriffen, so
daß für die Dichtungselemente die Auswahl der Werkstoffe
stark eingeschränkt wird. Will man Dichtungselemente aus
Elastomeren benutzen, so nehmen die Probleme und Schwie
rigkeiten mit den Betriebsdrücken überproportional zu,
weil sich die Dichtungen trotz der in den meisten Fällen
verwandten zusätzlichen Stützringe in die - wenn auch extrem
kleinen - Spalten zwischen Kolben und Zylinderwand hinein
pressen und bei dem ständigen Auf- und Abbau der auf die
Dichtungselemente wirkenden Kräfte allzu schnell ver
schleißen. Durch die Druckschwankungen treten dauernde -
wenn auch sehr kleine - Hin- und Herbewegungen des Dich
tungsmaterials an den Dichtkanten und im Spalt auf, die
bei extrem hohen Drücken zur vorzeitigen Zerstörung der
Dichtungen führen.
Bei vielen Anwendungsfällen im Bereich der Verfahrens
technik, der chemischen Industrie und der in den
letzten Jahren stark zunehmenden Nutzung hochgespann
ter Wasserstrahlen zum Schneiden, zur Zerstörung und Zer
kleinerung von Mineralien und hochfesten Werkstoffen wür
de man gern noch höhere Betriebsdrücke bis hin zu 20 000
bar benutzen, wenn nur entsprechende Pumpen bzw. Druck
übersetzer zur Verfügung stünden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vielfäl
tigen, vorbeschriebenen und mit den bekannten technischen
Möglichkeiten nicht zu lösenden Probleme und Schwierigkei
ten an den Dichtungen von Pumpen und Druckübersetzern
für extrem hohe Drücke erfindungsgemäß dadurch zu besei
tigen, daß der Druck stufen- bzw. schrittweise über
mehrere hintereinandergeschaltete Dichtungssätze abge
baut und bei Druckmedien ohne Schmierwirkung der an den
Dichtungen nötige Schmiereffekt durch entsprechende Öl
zufuhr erreicht wird. Hierdurch lassen sich noch so
hohe Betriebsdrücke in mit wirtschaftlich vertretbaren
Mitteln beherrschbare Druckstufen unterteilen und kon
struktiv die zur Abdichtung mittlerer Drücke erprobten
und bewährten Elemente benutzen. Bei Verwendung von Elasto
meren als Dichtmaterialien lassen sich die Drücke in den
einzelnen hintereinander geschalteten Dichtungsstufen auf
Größenordnungen absenken, bei denen die vorbeschriebenen
Probleme des vorzeitigen Dichtungsverschleißes nicht auf
treten.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Grundkonzeption ge
wählt, bei der zwischen Kolben und Zylinderwandung mehrere
Dichtungssätze hintereinander angeordnet und die Zwischen
räume zwischen den einzelnen Dichtungen mit Öl beaufschlagt
werden, wobei der Druck zwischen den Dichtungen von Dich
tungsstufe zu Dichtungsstufe schrittweise abnimmt, so daß
jede Dichtung nur den jeweiligen Differenzdruck zu über
brücken hat.
Der schrittweise Abbau des Druckes zwischen den einzelnen
Dichtungsstufen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
die Zwischenräume zwischen den Dichtungssätzen Bestand
teile einfacher Ölkreisläufe sind, die über kleine Druck
übersetzer miteinander gekoppelt werden.
In weiterer Fortführung des Erfindungsgedankens ist es zum
Erreichen einer Schmierwirkung bei dem ersten, das Ar
beitsmedium abdichtenden Dichtungssatz darüber hinaus
noch möglich, hinter diesem Dichtungspaket einen gegen
über dem Betriebsdruck des Arbeitsmediums geringfügig hö
heren Öldruck aufzubauen, so daß diese entscheidende
Dichtung ständig geschmiert wird. Dieser höhere Öldruck
wird dann anschließend durch weitere, dahintergeschaltete
Dichtungsstufen schrittweise und in beherrschbaren Druck
stufen in der vorbeschriebenen Weise abgebaut.
Aufgrund der beiden vorbeschriebenen Kennzeichen der Er
findung ist es in Pumpen und Druckübersetzern nun grund
sätzlich möglich, auf der einen Seite beliebig hohe Be
triebsdrücke zu erreichen, wenn nur entsprechend viele Dich
tungssätze hintereinander geschaltet werden und auf der
anderen Seite Druckflüssigkeiten und Gase ohne Schmier
wirkung als Arbeitsmedien benutzen zu können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeich
nungen näher erläutert, und zwar zeigt:
Abb. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Ein- oder
Mehrkolbenpumpe mit zwei hintereinander ge
schalteten Dichtungen und ölhydraulischem Hilfs
kreislauf,
Abb. 2 eine Schaltung zum stufenweisen Druckabbau mit
hydraulischem Hilfskreislauf bei Verwendung von
zwei hintereinander angeordneten Dichtungen,
Abb. 3 eine Schaltung für den hydraulischen Hilfskreis
lauf zur Schmierung des ersten Dichtungspaketes
bei Verwendung von zwei hintereinander angeord
neten Dichtungen,
Abb. 4 eine Schaltung für zwei hydraulische Hilfskreis
läufe bei Verwendung von drei hintereinander an
geordneten Dichtungen, von denen der erste Hilfs
kreislauf zur Verbesserung der Schmierwirkung, der
zweite zum stufenweisen Druckabbau dient,
Abb. 5 eine Schaltung für drei hydraulische Hilfskreis
läufe bei Verwendung von vier hintereinander an
geordneten Dichtungen zum Zwecke der Verbesserung
der Schmierwirkung und anschließendem stufen
weisem Druckabbau in zwei Stufen,
Abb. 6 die Anwendung des stufenweisen Dichtungsprinzips
bei einem einseitig wirkenden Druckübersetzer und
Abb. 7 die Benutzung des erfindungsgemäßen Dichtungs-
und Schmierprinzips bei einem zweiseitig wir
kenden Druckübersetzer.
Abb. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Ein- oder
Mehrkolbenpumpe mit der einfachsten Ausführungsvariante der
erfindungsgemäßen Dichtung mit stufenweisem Druckabbau. Der
Kurbeltrieb 1 steht über Kreuzköpfe 2 mit der oder den
Kolbenstangen 3 in Verbindung, welche sich in den Zylindern
4 oszillierend hin und her bewegen. Die Ansaugung des Druck
mediums erfolgt über die Leitungen 5 und die Rückschlagven
tile 6, während der Ausstoß des hochgespannten Druckmittels
über die Rückschlagventile 7 und die Abführungsleitungen 8
abläuft.
Zwischen Kolben und Zylinderwandung befinden sich - vor
zugsweise in den Zylinder eingelassen - zwei hintereinander
geschaltete Dichtungen 9, 10, zwischen denen eine mit dem
Hilfskreislauf in Verbindung stehende Druckkammer 11 ange
ordnet ist. Der Arbeitsraum 12 des Zylinders 4 steht über
die Leitung 13 mit dem Ringraum 14 des Druckübersetzers 15
in Verbindung, über den der Kreislauf des Druckmediums und
der ölhydraulische Hilfskreislauf miteinander gekoppelt
sind.
Da der Arbeitsdruck im Druckraum 12 stufenförmig über die
Dichtungen 9, 10 abgebaut werden soll, wird der Druckraum
16 des Druckübersetzers 15 über die Leitung 17 mit dem
zwischen den Dichtungen angeordneten Ringraum 11 verbunden.
Bei zwei hintereinander angeordneten Dichtungen 9, 10, d.h.
beim Abbau des Druckes in Arbeitsraum 12 in zwei Schritten,
empfiehlt es sich, das Flächenverhältnis im Drucküber
setzer 15, d.h. das Verhältnis der wirksamen Flächen der
Druckräume 14, 16 in der Relation 1 : 2 zu bemessen.
Obwohl der Druck im Arbeitsraum 12 durch die Dichtungen
9, 10 stufenweise abgebaut wird und damit die auf jeweils
eine Dichtung wirkenden Kräfte stark vermindert bzw. auf
ein ohne Schwierigkeiten beherrschbares Maß zurückge
führt werden, empfiehlt es sich, in bekannter Weise Stütz
ringe 18, 19, 20, 21 beiderseits der vorzugsweise aus
Elastomeren bestehenden Dichtungen 9, 10 anzuordnen um
zu vermeiden, daß die Dichtungen bei dem schnell aufein
anderfolgenden Auf- und Abbau des Druckes im Arbeitsraum
12 in die Dichtspalten hineingezogen bzw. an den Dicht
kanten beschädigt werden.
Auf Abb. 2 ist das relativ einfach aufgebaute Wirkungs
schema des ölhydraulischen Hilfskreislaufes dargestellt.
Der relativ kleine Druckübersetzer 15 hat in dem über die
Leitung 17 mit dem Ringraum 11 zwischen den Dichtungen 9, 10
in Verbindung stehenden Ringraum 14 nur relativ kleine Öl
reserven. Um die Auswirkungen der ebenfalls nur sehr ge
ringen Leckverluste des ölhydraulischen Hilfskreislaufes
zu begrenzen, stehen der Ringraum 11 zwischen den Dichtungen
9, 10 und der Druckraum 16 unter der Kolbenfläche des
Druckübersetzers 15 mit einem hydraulischen Speicher 22
in Verbindung. Bewegt sich jedoch nach längerer Betriebs
zeit der Kolben 23 des Druckübersetzers 15 trotz der Puf
ferwirkung des Speichers 22 weiter in Richtung auf den
Zylinderboden, so wird der mit der Kolbenstange 24 mechanisch
oder berührungsfrei gekoppelte Berührungsschalter 25 be
tätigt und ein entsprechender Stromkreis 26 geschlossen,
der über nicht dargestellte hydraulische Schalteinrich
tungen ein erneutes Befüllen des Druckübersetzers 15
und des Druckspeichers 22 bewirkt. Durch ebenfalls nicht
dargestellte Steuer- und Verriegelungseinrichtungen ist
gewährleistet, daß das Befüllen des Druckübersetzers 15 nur
bei Stillstand der Pumpe erfolgt. Auf diese Weise wird
erreicht, daß der ölhydraulische Hilfskreislauf während
des Betriebs der Pumpe ständig zugeschaltet und dadurch
der stufenlose Druckabbau erhalten bleibt.
Zur Beaufschlagung des Ringraumes 11 zwischen der ersten
Dichtung 9 und der zweiten Dichtung 10 kann jedoch auch
ein anderer ölhydraulischer Hilfskreislauf gewählt werden,
in dem zwecks Erzeugung einer Schmierwirkung unter der
Dichtung 9 ein gegenüber dem Arbeitsdruck im Zylinderraum
erhöhter Druck herrscht, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist.
Dies ist immer dann vorteilhaft, wenn das Druckmedium, das
auf hohe bzw. höchste Drücke gebracht werden soll, über
eine ausreichende Schmierwirkung verfügt. In diesem Falle
wird die mit dem oder den Arbeitsräumen 12 der Pumpe ver
bundene Leitung 13 im Gegensatz zur Ausführung gemäß Abb. 2
mit dem Druckraum 16 unter der Kolbenfläche des Drucküber
setzers 15 verbunden, während der Ringraum 14 dieses Druck
übersetzers über die Leitung 17 mit dem Ringraum 11 zwischen
den Dichtungen 9, 10 in Verbindung steht. Hierdurch ent
steht im Ringraum 11 ein gegenüber dem Druck im Arbeitsraum
12 geringfügig erhöhter Druck, so daß bei der oszillieren
den Bewegung der Kolbenstange 3 stets Öl unter die Dich
tung 9 gezogen und damit die erforderliche Schmierwir
kung erreicht wird. Der Druckspeicher 22 bewirkt, daß die auch
in diesem Falle nur geringen Leckverluste des ölhydrauli
schen Hilfskreislaufes über lange Zeiträume hinweg aufge
fangen werden können. Sollte sich trotzdem nach längerer
Betriebszeit der Kolben 23 des Druckübersetzers 15 seiner
Endlage nähern, so daß im Druckraum 14 nur noch sehr wenig
Ölvolumen ansteht, dann wird auch in diesem Falle der
Schalter 25 betätigt und der dazugehörige Stromkreis 26
geschlossen, so daß beim darauffolgenden nächsten Still
stand der Pumpe eine automatische Neubefüllung des Druck
übersetzers 15 erfolgt.
Die Drücke in den Ringräumen zwischen den hintereinander
angeordneten Dichtungen verändern sich mit dem Druck im Ar
beitsraum 12 des oder der Zylinder 4 der Pumpe, weil sämt
liche ölhydraulischen Hilfskreisläufe über Druckübersetzer
miteinander bzw. mit dem Arbeitsraum 12 gekoppelt sind.
Die Ausführungsvariante gemäß Abb. 4 verfügt über drei
hintereinander angeordnete Dichtungen 9, 10, 27 und zwei
zwischen diesen Dichtungen befindliche Ringräume 11, 28 sowie
zwei diesen Ringräumen zugeordnete ölhydraulische Hilfs
kreisläufe. Die beiden Hilfskreisläufe dienen dazu, den
im Druckraum 12 der Pumpe herrschenden Betriebsdruck über
zwei Zwischenstufen hinweg schrittweise abzubauen. Während
der Druckübersetzer 15 mit den Verbindungsleitungen 13, 17
bewirkt, daß der Druck im Ringraum 11 gegenüber dem Druck
im Arbeitsraum 12 stark vermindert ist und dadurch die Dich
tung 9 nur den Differenzdruck abzudichten braucht, wird durch
den zweiten ölhydraulischen Hilfskreislauf mit dem Druck
übersetzer 29 der Stichleitung 30 und der Verbindungslei
tung 31 zum Ringraum 28 erreicht, daß auch die Dichtung
10 nur den Differenzdruck zwischen den Ringräumen 11, 28
abzudichten braucht und demzufolge in hohem Maße kraftent
lastet ist. Die Dichtung 27 hat dann nur noch den im zwei
ten ölhydraulischen Hilfskreislauf herrschenden Druck abzu
dichten.
Soll erreicht werden, daß die bei beliebig hoher Anzahl
von Dichtungen und dazwischen angeordneten Ringräumen 11, 28 . . .
auf die einzelnen Dichtungen wirkenden Kräfte gleich groß
sind, so wird der Druck in den einzelnen aufeinanderfolgen
den Zwischenstufen vom Arbeitsraum 12 aus in Form einer
arithmetischen Reihe abgebaut. Wenn beispielsweise in der
Ausführungsform gemäß Abb. 4 der Druck im Arbeitsraum 6.000
bar betragen würde, dann müßte im Ringraum 11 ein Druck
von 4.000 bar und im Ringraum 28 ein solcher von 2.000 bar
herrschen. Nur in diesem Falle sind die Differenzdrücke
und die Kräfte, die auf die Dichtungen 9, 10, 27, . . . einwir
ken, gleich. Da in den Druckübersetzern 15, 29, . . . der Druck
nach geometrischen Verhältnissen reduziert wird, wird bei
Annahme beliebig vieler Druckstufen eine arithmetische Reihe
mit einer geometrischen Progression in Übereinstimmung ge
bracht. Hieraus ergibt sich - vom Arbeitsraum 12 aus ge
zählt - bei insgesamt n-Dichtungen zum stufenweisen Druck
abbau der Druck im ölhydraulischen Hilfskreislauf hinter der
i-ten Dichtung aus dem Druck im vorausgegangenen ölhydrau
lischen Hilfskreislauf, d.h. dem Druck im Hilfskreislauf
vor der i-ten Dichtung, durch Multiplikation mit dem
Proportionalitätsfaktor.
Die Druckübersetzer können demnach bei dem angestrebten
gleichen Differenzdruck beiderseits der Dichtungen, d.h.
bei der Forderung, daß auf alle Dichtungen die gleichen
Kräfte wirken, nicht gleich groß sein.
Auf Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Dichtungs
satz einer Kolbenpumpe dargestellt, bei dem wegen fehlen
der Schmierwirkung des Arbeitsmediums im ersten ölhydrauli
schen Hilfskreislauf zunächst ein gegenüber dem Druck des
Arbeitsmediums im Zylinderraum 12 erhöhter Druck herrscht,
um die Dichtung 9 hinreichend zu schmieren. Anschließend
erfolgt über die weiteren ölhydraulischen Hilfskreisläu
fe in den Ringräumen 28, 35 ein stufenweiser Druckabbau,
wobei die letzte Dichtung 36 den Restdruck im Ringraum
35 gegen den Atmosphärendruck abdichtet. Der Drucküber
setzer 15 bewirkt demzufolge für den dahinter geschalte
ten ölhydraulischen Hilfskreislauf eine Druckerhöhung,
während die Druckübersetzer 29, 37 zu Druckminderungen in
den jeweils nachgeschalteten ölhydraulischen Kreisläufen
führen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Bezugs
druck für den stufenweisen Druckabbau der Druck im Ring
raum 11 ist und die Dichtungen von der Dichtung 10 an ge
zählt werden, wenn zur Gleichhaltung der auf die einzelnen
Dichtungen wirkenden Kräfte der vorgenannte Proportionali
tätsfaktor
beibehalten werden soll. Die Druckspeicher 22, 32, 38
dienen - wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Abb. 2-4 -
dazu, bei etwaigen Leckverlusten in den ölhydraulischen Hilfs
kreisläufen Ölreserven zur Verfügung zu stellen, um den Be
trieb der Pumpe und den stufenweisen Druckabbau möglichst
lange aufrechterhalten zu können. Nicht dargestellte Be
füllungseinrichtungen sorgen - wie in den vorgenannten Bei
spielen - dafür, daß bei Stillstand der Pumpe ein automati
sches Nachfüllen der Druckübersetzer erfolgt.
Zur Erzeugung extrem hoher Drücke werden häufig auch Dif
ferentialkolbenpumpen benutzt, die ihrer physikalisch-tech
nischen Wirkungsweise entsprechend ebenfalls als "Druck
übersetzer" bezeichnet werden. Derartige Differentialkol
benpumpen können gemäß Abb. 6 "einseitig arbeitend" oder
gemäß Abb. 7 auch "doppelseitig arbeitend" aufgebaut sein.
Bei Differentialkolbenpumpen wird der Antriebskolben, d.h.
der Kolben größeren Durchmessers, mit Hydraulikmedium und
einem technisch gerade noch gut beherrschbaren Druck, d.h.
je nach Anwendungsfällen zwischen 200 und 400 bar, betrie
ben, der dann auf den extrem hohen Druck des Arbeitsmediums
"übersetzt" wird. Für die Arbeitskolben derartiger Differen
tialkolbenpumpen läßt sich das erfindungsgemäße Dichtungs
prinzip mit hintereinander geschalteten Dichtungen und öl
hydraulischen Hilfskreisläufen für den stufenweisen Druckab
bau gleichermaßen anwenden. In dem Ausführungsbeispiel ge
mäß Abb. 6 erfolgt durch die drei hintereinander angeord
neten Dichtungen 9, 10, 27 über die beiden ölhydraulischen
Hilfskreisläufe und die Ringräume 11, 28 ein stufenweiser
Abbau des Druckes im Arbeitsraum 12. Der Druckübersetzer 15
ist so geschaltet, daß der Druck im Ringraum 11 bereits ent
sprechend dem stufenweisen Abbau gegenüber dem Druck im Ar
beitsraum 12 vermindert ist. Der Aufbau der beiden ölhy
draulischen Hilfskreisläufe entspricht voll dem Analogbeispiel
für die Reihenkolbenpumpe gemäß Abb. 4.
Der zum Antrieb dienende Kolben 39, der sich - mit dem Ar
beitskolben 3 fest verbunden - im Gehäuse 40 hin und her
bewegt, wird über die Druckzu- bzw. -abführungen 41, 42 ab
wechselnd mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wobei über
nicht dargestellte Steuereinrichtungen das jeweilige Um
steuern in den Endlagen erfolgt.
Auf Abb. 7 ist eine Differentialkolbenpumpe in doppelt
wirkender Arbeitsweise dargestellt, bei welcher der An
triebskolben 39 über die Druckzuführungen 41, 42 wechsel
seitig mit Hydraulikflüssigkeit mittleren Druckes beauf
schlagt und im Zylinder 40 hin und her bewegt wird. Das
Umsteuern erfolgt über ebenfalls nicht dargestellte
Steuereinrichtungen.
Die ölhydraulischen Hilfskreisläufe für die Dichtungen 9,
10, 27, 36 der beiden Arbeitskolben 3 entsprechen in ihrem
Aufbau dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 5. In den Druck
übersetzern 15 wird der Druck für die Ringräume 11 zunächst
gegenüber dem im Arbeitsraum 12 herrschenden Druck des Ar
beitsmediums geringfügig erhöht, um eine ausreichende
Schmierwirkung für die Dichtungen 9 zu erreichen. Über
die beiden nachgeschalteten ölhydraulischen Hilfskreisläufe
mit den Druckübersetzern 29, 37, die mit den Ringräumen
28, 35 in Verbindung stehen, wird der in den Ringräumen 11
herrschende Druck dann anschließend stufenweise abgebaut.
Sich gegenseitig entsprechende ölhydraulische Hilfskreis
läufe beider Arbeitskolben können nicht hydraulisch mitein
ander verbunden werden, da infolge der spezifischen Arbeits
weise der beidseitig wirkenden Differentialkolbenpumpen
jeweils die eine Seite mit hohem Druck belastet wird, während
die andere Seite neue Flüssigkeit ansaugt, wodurch der Ar
beitsraum 12 und die Ringräume 11, 28, 35 drucklos sind.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es
sich um solche, die über besondere technische, verfahrens
technische und wirtschaftliche Vorteile verfügen. Durch
Kombination der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele ist
jedoch eine Vielzahl weiterer Konzeptvarianten mit dem
grundsätzlichen Erfindungsgedanken möglich.
Claims (10)
1. Kolbenpumpe mit Arbeitskolben zur Verdichtung von
Flüssigkeiten und Gasen, vorzugsweise auf extrem hohe
Drücke, als Bestandteil von Kolbenpumpen, vornehmlich
Reihenkolben- oder Differentialkolbenpumpen, mit Ein
richtungen zum Befüllen und Entleeren des Arbeitsrau
mes, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei bis
zu maximal beliebig vielen Dichtungen (9, 10, 27,
36 ...) hintereinander angeordnet sind, und daß sich
in den Zwischenräumen zwischen jeweils zwei benach
barten Dichtungen vorzugsweise ringförmige Druckräu
me (11, 28, 35...) befinden, denen hydraulische Hilfs
kreisläufe zugeordnet sind.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem zwischen zwei Dichtungen angeordneten Ring
raum (11, 28, 35...) ein eigener hydraulischer Hilfs
kreislauf zugeordnet ist.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die einzelnen hydraulischen Hilfskreis
läufe über Druckübersetzer (15, 29, 37...) miteinander
gekoppelt sind.
4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübersetzer (15,
29, 37...) mit ihren Ringräumen (14, 33,...) und ihren
Kolbenräumen (16, 34,...) derart in die hydraulischen
Hilfskreisläufe eingebaut sind, daß vom Arbeitsraum (12)
her gesehen über die Dichtungen (9, 10, 27, 36,...) ein
stufenweiser Abbau des im Arbeitsraum (12) herrschenden
Druckes erfolgt.
5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdrücke zwi
schen zwei benachbarten Druckräumen (12, 11, 28, 35,...)
über den ganzen Dichtungssatz hinweg gesehen gleich
groß sind, um die auf die einzelnen Dichtungen (9, 10,
27, 36,...) wirkenden Kräfte niedrig zu halten und im
Arbeitsraum (12) herrschenden Druck in gleich großen
Druckstufen abzubauen.
6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen hydrauli
schen Hilfskreisläufe Druckspeicher (22, 32, 38,...)
eingebaut sind, um Leckverluste auszugleichen.
7. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an den Druckübersetzern (15,
29, 37,...) Schalteinrichtungen (25) vorgesehen sind, die
vorzugsweise beim Stillstand der Pumpe ein automatisches
Neubefüllen der hydraulischen Hilfskreisläufe mit Druck
flüssigkeit bewirken, wenn die Leckverluste dies erfor
derlich machen.
8. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in den hydraulischen Hilfs
kreisläufen Öl als Druckmedium benutzt wird.
9. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Druckübersetzer (15),
der den hydraulischen Arbeitsraum (12) mit dem ersten
zwischen den Dichtungen (9, 10) gelegenen Ringraum (11)
verbindet, der Kolbenraum (16) mit dem Arbeitsmedium im
Raum (12) und der Ringraum (14) mit dem Ringraum (11)
verbunden sind, so daß zwecks Erreichung einer Schmier
wirkung unter der Dichtung (9) im Ringraum (11) ein ge
genüber dem Arbeitsraum (12) erhöhter Druck herrscht.
10. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Mehrkol
benpumpen jeder Arbeitskolben (3) über eigene hydrauli
sche Hilfskreisläufe verfügt, die nicht mit den Hilfskreis
läufen der übrigen Arbeitskolben in Verbindung stehen.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873725221 DE3725221A1 (de) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Kolbenpumpe mit arbeitskolben zur verdichtung von fluessigkeiten und gasen |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=6332683
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DE19873725221 Withdrawn DE3725221A1 (de) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Kolbenpumpe mit arbeitskolben zur verdichtung von fluessigkeiten und gasen |
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Country | Link |
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