EP0188611A1

EP0188611A1 - Duplex-plunger-pumpe

Info

Publication number: EP0188611A1
Application number: EP19850903992
Authority: EP
Inventors: Klaus Obermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1986-07-30
Also published as: AU4720685A; WO1986001260A1; DE3428629A1; DE3428629C2

Description

DUPLEX-PLUNGER-PUMPE

Die Erfindung betrifft eine hydrostatisch angetriebene Duplex-Plunger-Pumpe für die Förderung von mit abraaiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plungerkolben mit

mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen.

Hydrostatisch angetriebene Duplex-Solbenpumpen dieser

Art sind als Spülpumpen für Tiefbohranlagen oder Preßwasserpumpen bekannt (DE-AS 1 019 563 ) , wobei die das eigentliche Spülmedium fördernden Pumpen allerdings als doppelt wirkende Kolbenpumpen ausgebildet sind, welche für die Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen

Flüssigkeiten und Schlämmen weniger geeignet sind, als die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen - an sich bekannten - Plunger- oder Tauch kolbenp umpen bei welchen keine dem Verschleiß unterliegenden Kolbendichtungen vorgesehen sind. Lediglich die den Plungerkolben an der Austrittaseite aus dem Plungerzylinder abdichtenden Dichtungen sind dem Angriff des zu fördernden Mediums und somit dem Verschleiß ausgesetzt und müssen deshalb möglichst einfach austauschbar angeordnet und/oder in besonderer Weise gegen Verschleiß geschützt ausgebildet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten hydrostatisch angetriebenen Duplex-Pumpen so weiterzubilden, daß sie bei hoher Förderleistung auch die Förderung von stark abrasiven Medien gestatten, wobei hohe Zuverlässigkeit einerseits und eine einfache und schnelle

Montage von Verschleißteilen andererseits angestrebt wird.

Ausgehend von einer Pumpe der eingangs erwähnten Art dies diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der maximale Arbeitahub der hydraulischen Kolben-ZylinderEinheiten gegenüber dem Arbeitsnub des Plungerkolbens der jeweils angekoppelten Förderpumpe um ein solches Maß größer bemessen ist, daß die Plungerkolben bei vollem Ausfahren des maximalen Arbeitshubes der Kolben-ZylinderEinheiten vollständig aus dem zugeordneten Plungerzylinder herausgezogen werden, daß der Rückhub der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten bei normalem Pumpenbetrieb jedoch, durch, entsprechende Ansteuerung der hydraulisches Steuerorgane auf ein dem Arbeitshub der Plungerkolben entsprechendes Maß begrenzt ist, und daß die hydrauliscnen Steuerorgane wahlweise derart ansteuerbar sind, daß die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten den maximalen Arbeitshub ausführen. Somit wird es möglich, die - vor allem bei größeren Pumpeneinheiten - relativ großen und somit schweren Plungerkolben durch die in der Pumpe selbst eingebauten Kolben-Zylinder-Einheiten aus dem PlungerZylinder herauszuziehen, wenn dies - beispielsweise zum Austausch verschlissener Dichtungen - erforderlich ist. Eventuelle Undichtigkeiten zwischen dem Plungerkolben und dem Plungerzylinder können also in kürzester Frist ohne Demontage des gesamten Pumpenaggregats behoben werden.

Die hydraulischen Steuerorgane sind vorzugsweise durch, in Abhängigkeit von der Hubstellung der Plungerkolben in einer Steuereinheit entwickelte elektrische Signale betätigte Steuerventile, wobei die Steuereinheit mit zumindest die Hubendstellungen der Plungerkolben abtastenden elektrischen Sensoren verbunden ist und eine Vergleichereinheit aufweist, in welcher die zeitliche Synchron!sierung der Hubendsteilungen beider Plungerkolben verglichen und bei Zurückbleiben eines Plungerkolbens ein Steuersignal für die zugeordnete hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit derart entwickelt wird, daß die Zufuhr von Hydraulikmedium zu der dem voreilenden Plungerkolben zugeordneten Kolben-ZylinderEinheit solange vermindert oder vollständig gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben seine Hübendstellung erreicht hat.

Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, die Hubmittelstellung der Plungerkolben abtastende, mit der Steuereinheit verbundene elektrische Sensoren vorzusehen, welche eine zusätzliche Synchronisierung der Plungerkolben während ihrer Arbeitshübe ermöglichen. Außerdem kann mittels der in diesen elektrischen Sensoren erzeugten Signale die Synchronisierung einer weiteren gleichartigen Duplex¬

Pumpe gesteuert werden, die unter Phasenversetzung ihrer Hübe um 90º mi t der erfindungsgemäßen Pumpe zum Zweck der Erhöhung der Förderleistung zusammengeschaltet ist.

Die den Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheite können grundsätzlich jeweils gesondert von einer unter Druck stehendes Hydraulikmedium liefernden Druckmittelquelle aus gesteuert beaufschlagt werden. Um den Steuerungs aufwand für gesonderte Steuerorgane für beide KolbenZylinder-Einheiten zu verringern, hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die den Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten durch Hintereinanderschaltung hydraulisch zu koppeln. Dabei können entweder die kolbenstangenlosen Arbeitsräume der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten durch, eine Leitung direkt verbunden werden, während die von den Kolbenstangen durchsetzten Bäume der Kolben-ZylinderEinheiten jeweils an eine in Abhängigkeit von der

Stellung der Steuerorgane Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind. Alternativ können auch, die von den Kolbenstangen durchsetzten Arbeitsräume der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten durch eine Leitung direkt verbunden sein, während die kolbenstangenlosen Arbeitsräume der Kolben-ZylinderEinheiten jeweils an einein Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind. Im ersterwähnten Fall wiikfe das bei einem bestimmten Druck zugeführte

Hydraulikmedium also auf die Kolbenringfläcne der als Differentialzylinder ausgebildeten hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten. Gregenüber der in der zweiten Alternativ vorgesehenen Beaufschlagung der vollen Kolbenflache wird somit eine geringere hydrostatische Antriebskraft für die Plungerkolben erzeugt, wobei jedoch, ein schnellerer Kolbenhub erfolgt, da die von den Kolbenstangen durchsetzten Arbeitsräume der Kolben-Zylinder-Einheiten ein um das Volumen der Kolbenstange geringeres Schluckvolumen haben und somit schneller gefüllt werden. Von den beiden vorerwähnten Alternativen der nydraulisehen Koppelung der Kolben-Zylinder-Einheiten wird die erste Alternative also zweckmäßig dann angewandt, wenn hohe Fördermengen bei geringeren Drücken angestrebt werden, wälirend umgekehrt im zweiten Fall bei geringeren Fördermengen höhere Drücke erreicht werden. Dabei sind sogar hydraulische Schaltungen denkbar, bei denen die Kolben-Zylinder-Einheiten zunächst in der ersten Alternativen, d.h. mit hoher Fördermenge und geringem Förderdruck und - nach Ansteigen des Gegendrucks-durch. Umschaltung nach der zweiten Alternative mit geringerer Fördermenge und höherem Förderdruck betrieben werden.

An der die Arbeitsräurae beider Kolben-Zylinder-Einheiten direkt verbindenden Leitung oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume ist zweckmäßig eine Ausgleichsleitung angeschlossen, welche über ein Wegeventil von der Steuereinheit gesteuert mit der das Hydraulikmedium zuführenden Leitung oder der das

Hydraulikmedium abführenden Leitung verbindbar oder gegms, Durchströmung verschließbar ist. Durch, über die Ausgleiehsleitung zu- oder abgeführtes Hydraulikmedium können deshalb eventuelle Leckverluste von Hydraulikmedium ausgeglichen werden, welche zu einem unsynchronen Antrieb beider Plungerkolben führen würden.

Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe kann so getroffen sein, daß die Plungerpumpen und die jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten zueinander flucntend in einem dem maximal möglichen Arbeitshub der KolbenZylinder-Einheiten entsprechenden Abstand voneinander gehaltert und die Plungerkolben durch die diesen Abstand überbrückenden Kolbenstangen mit dem Kolben der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit verbunden sind, wobei dann die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolbenstangen angeordneten AnnäherungsSchaltern gebildet werden, welche durch einen auf der jeweiligen Kolbenstange vorgesehenen Auslöser geschaltet werden. Die so aufgebauten Pumpen haben allerdings eine relativ große axiale Erstreckung, zumal ja konstruktiv der für das völlige Herausziehen der Plungerkolben aus dem Plungerzylinder erforderliche zusätzliche Hub der KolbenZylinder-Einheiten berücksichtigt werden muß. Eine Verringerung der axialen Länge solcher Pumpen ergibt sich dann, wenn der axiale Abstand zwischen den Plungerpumpen und der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit durch Verwendung des sie koppelnden Bauteils als Funktionsteil sowohl der

Plungerpumpe als auch der zugeordneten Kolben-ZylinderEinheit verringert ist.

So ist es beispielsweise möglich., den Zylinder der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten gleichzeitig als Plungerkolben der jeweils zugeordneten Plungerpumpe auszubilden.

Die elektrischen Sensoren für die Steuerung des Hubes und die Synchronisierung der beiden Antriebe sind dann neben dem Hubweg der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnete Annäherungsschalter, welche durch, einen von der Außenseite des jeweiligen Zylinders vortretenden Auslöser geschaltet werden.

Andererseits ist es auch, möglich, die Ausgestaltung so zu treffen, daß die Kolbenstangen der hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten gleichzeitig den Plungerkolben der jeweils zugeordneten Plungerpumpe bilden.

Die Anordnung der elektrischen Sensoren für die Steuerung der Pumpe wirddann dadurch ermöglicht, daß die Kolbenstangen der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten im wesentlichen über ihre gesamte Länge hohlgebohrt und lediglich an dem im Plungerzylinder liegenden Ende verschlossen sind, während die Hohlbohrung am gegenüberliegenden Ende durch den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten hindurchgeführt ist und im plungerzylinderabgewandten Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit offen mündet, daß der plungerzylinderabgewandte Arbeitsraum der jeweiligen hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit von einem in der diesen Arbeitsraum am kolbenabgewandten Ende verschließenden Stirnwand gehalterten, in die Hohlbohrung eintretenden Rohr aus unmagnetischem Material durchsetzt wird, in welchem in den Totpunkten der hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten sowie gegebenenfalls einer Hub-MittelStellung entsprechenden Abständen magnetisch, auslöbare Schalter als elektrische Sensoren angeordnet sind, und daß in der Hohlbohrung ein Magnet vorgesehen ist, welcher die elektrischen Schalter in der jeweils zugeordneten Hubstellung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführbares und in ihr verarbeitbares Signal entwickelt.

Die magnetisch auslösbaren Schalter sind dabei zweckmäßig im unmagnetischen Rohr angeordnete Reed-Kontakte, welche durch, ein nach, ihrer Montage in das Rohr eingegossenes und anschließendes ausgehärtetes Gießharz fixiert sein können.

Zur Verminderung des Verschleißes der den Plungerkolben im Austrittsbereich aus dem Plungerzylinder abdichtenden Dichtung empfiehlt es sich, diese Dichtung auf der dem Plunger-Arbeitsraum abgewandten Rückseite durch eine unter Druck stehende Sperrflüssigkeit, z.B. Preßwasser, zu beaufschlagen.

Hinsichtlich einer Verschleißverringerung besonders wirksam ist dann eine Ausgestaltung, bei welcher der Druck der Sperrflüssigkeit mittels einer Druck-Steuervorrichtung in proportionaler Abhängigkeit von dem im zu fördernden Medium augenblicklich herrschenden Druck gesteuert wird. Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Duplex-Plunger-Pumpe, in welcher auch schematisch ein Schaltbild des hydraulischen Antriebs der Kolben-ZylinderEinheiten dargestellt ist;

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzelaggregat eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Plungerpumpe; und Fig. 3 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzelaggregat eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plungerpumpe.

In Figur 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Duplex-Tauchkolben- oder Plungerpumpe gezeigt, welche aus zwei parallel nebeneinander angeordneten gleichartigen Einzel-Pumpeneinheiten 10a und 10b zusammengesetzt ist, die ihrerseits jeweils aus der eigentlichen Förderpumpe 12a bzw. 12b und je einer am Plungerkolben 14 dieser Förderpumpen angekoppelten doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 16a bzw. 16b zusammengesetzt sind. Die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, 16b sind über eine hydraulische Schaltung von einer Pumpe 18 aus derart gesteuert mit Hydraulikmedium beaufschlagbar, daß ihre Kolben 20 und somit die angekoppelten Plungerkolben 14 jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, d.h. bei einem Antrieb der Förderpumpen 12a , b durch mechanische Drehantriebe, z.B. Kurbeltriebe, würde man von einer um 180º phasenversetzten Hubbewegung der Plungerkolben 14 sprechen. Der Aufbau der Bauteile der Einzel-Pumpeneinheiten 10a, 10b ist weitgehend konventionell, so daß es genügt, die Ausgestaltung der Förderpumpen 12a, b der KolbenZylinder-Einheiten 16a, b und ihre Koppelung nachstehend nur kurz schematisch zu erläutern.

Die Förderpumpen 12a, b bestehen aus einem Plungerzylinder 22, aus dessen einem stirnseitigen Ende der Plungerkolben 14 durch Dichtungen 24 gegen den Austritt des zu fördernden Mediums abgedichtet und längsverschieb lieh hindurchgeführt ist. Im gegenüberliegenden stirnseitigen Ende ist die Saugleitung für das zu fördernde Medium über ein Rückschlagventil 26 angeschlossen, welches ein Rückströmen des beim Saughub des Plungerkolbens 14 aus dem Plungerzylinder 12 in dessen Innenraum 28 angesaugten Fördermediums in die Saugleitung beim anschließenden Förder- oder Arbeitshub verhindert. Vielmehr wird das zu fördernde Medium über eine in unmittelbarer Nähe der Dichtungen 24 die Wandung des Plungerzylinders 22 durchsetzenden Austrittsöffnung 30 in eine nachgeschaltete Druckleitung 32 verdrängt, wobei ein zweites, der Austrittsöffnung 30 nachgeschaltetes Rückschlagventil 34 sicherstellt, daß das geförderte Medium beim nachfolgenden Saughub nicht wieder in den Innenraum 28 zurückgesaugt wird. Das Rückschlagventil 34 kann dabei - ebenso wie das Rückschlagventil 26 - als Kugelrückschlagventil ausgebildet sein.

Am freien, d.h. dem aus dem Plungerzylinder 22 vortretenden Ende des Plungerkolbens 14 ist das eine Ende einer Kolbenstange 38 befestigt, welche an ihrem anderen, abgedichtet durch einen Stirndeckel 40 des Zylinders 42 der zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheit 16a, b geführten Ende den Kolben 20 trägt, welcher den Innenraum des

Zylinders 42 in zwei großenveränderliche Arbeitsräume

44, 46 unterteilt. Diese Arbeitsräume 44, 46 sind über

Durchlaßöffnungen 48 und 50 im Stirndeckel 40 bzw. in einem das dem Stimdeckel 40 gegenüberliegende Ende des Zylinders 42 verschließenden Stimdeckel 52 an Leitungen

54, 56 angeschlossen, über welche abwechselnd Hydraulikmedium von der Pumpe 18 aus in die Arbeitsräume 44, 46 eingespeist und wieder abgeführt wird.

Die Plungerzylinder 22 der Förderpumpen 12a, b und die Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, b sind mit fluchtenden Längsmittellinien in vorgegebenem Abstand voneinander in einer Tragkonstruktion angeordnet, die im gezeigten Fall von je einer, die Plungerzylinder 22 und die Zylinder 42 halternden Trägerplatte 58 bzw. 60 und diese Platten auf dem vorgegebenen Abstand haltende eingeshweißte Längsstreben 62 gebildet wird. In dem in der Trägerkonstruktion gebildeten Zwischenraum oszillieren also die miteinander verbundenen Enden der Kolbenstangen, 3S und der Plungerkolben 14, wobei die Verbindung jeweils durch eine teilbare Verbindungsschelle 64 mit einem radial umlaufenden Flansch 66 erfolgt, der jeweils als Auslöser für von den Längsstreben 62 gehalterte elektrische Sensoren in Form von berührungslos arbeitenden Näherungsschaltern 68 dient. Diese Naherungsschalter 68 sind in solcher Lage an den Längsträgern 62 gehaltert, daß vom Radialflansch 66 der jeweils zugeordneten Verbindungsschelle 64 gerade dann ein elektrisches SteuerSignal in ihnen erzeugt wird, wenn der zugehörige Plungerkolben 14 in der einen oder anderen Hübend- oder Totpunktstellung steht. Der Abstand a zwischen den beiden äußersten Naherungsschaltein 68 einer Einzel-Pumpeneinheit 10a, b ist also gleich dem Arbeitshub a der zugeordneten Plungerkolben 14. Für bestimmte, im folgenden noch näher erläuterte Zwecke kann auf halbem Weg zwischen den Näherungsschaltern 68, d.h. bei einem Hubweg a/2 jeweils noch ein weiterer, in der Zeichnung nur strichpunktiert angedeuteter Näherungsschalter 68 vorgesehen sein. Die in den Näherungsschaltern 68 erzeugten Signale werden über elektrische Leitungen 70 einer Steuereinheit 72 zugeführt, von welcher aus die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, 16b mit Hydraulikmedium gesteuert wird.

Die Länge der Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, 16b ist so bemessen, daß der maximal mögliche Arbeitsnub ihrer Kolben 20 um die Strecke b länger als der Arbeitshub a der Plungerkolben 14 ist. Der zusätzlich mögliche Hubeweg b ist dabei so gewählt, daß der Plungerkolben 14 bei Ausnutzung des maximal möglichen Arbeitshubes a + b der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, b vollständig aus dem zugehörigen Plungerzylinder 22 herausgezogen wird. Dies kann beispielsweise dann erforderlich werden, wenn die die Plungerkolben 14 in den zugeordneten Plungerzylindern 22 abdichtenden Dichtungen 24 wegen Verschleißes ausgetauscht werden müssen. Beim normalen Betrieb wird infolge der geschilderten Anordnung der Näherungsschalter 68 dagegen auch in den Kolben-Zylinder-Einheiten nur der normale Hubweg a zurückgelegt.

Das für die Beaufschlagung der hydraulischen Kolben-ZylinderEinheiten 16a, b erforderliche Hydraulikmedium wird von der oben erwähnten, von einem Motor 78 angetriebenen Hochdruckpumpe 18 geliefert, welche es aus einem Vorratsbehälter 80 ansaugt und in eine zu einem elektromagnetisch schaltbaren Wegeventil 82 führende Leitung 84 einspeist, von dem andererseits eine Leitung 86 zum Vorratsbehälter 80 zurückführt. Das Wegeventil 82 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel andererseits über Leitungen 88 und 90 mit den zu den Arbeits-täumen

44 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a, b führenden Durchlaßöffnungen 48 verbunden. Je nach Schaltstellung des Ventils 82 wird das von der Pumpe 18 geförderte Hydraulikmedium also in die Arbeitsräume 44 der Kolben-Zylin- derEinheit 16a bzw. der Kolben-Zylinder-Einheit 16b gefördert, wobei das Hydraulikmedium andererseits aus dem jeweils gerade nicht mit der Pumpe 18 verbundenen Arbeitsraum 44 zum Vorratsbehälter 80 zurückströmt. In einer dritten Schaltsteilung ist das Ventil 82 dagegen auf drucklosen Umlauf geschaltet, d.h. das von der Pumpe 18 geförderte

Hydraulikmedium strömt dann direkt in den Vorratsbehälter zurück. Die den Arbeitsräumen 44 gegenüberliegenden Arbeitsräume 46 der Kolben-Zylinder-Einheiten sind dagegen direkt durch die Leitung 56 verbunden, so daß also das bei Beaufschlagung des Arbeitsraums 44 der einen KolbenZylinder-Einheit von deren Kolben 20 aus dem gegenüberliegenden Arbeitsraum 46 verdrängte Hydraulikmedium zwangsläufig in den Arbeitsraum 46 der anderen KolbenZylinder-Einheit überströmt, deren Kolben 20 verschiebt, wobei das Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 44 dieser

Kolben-Zylinder-Sinheit verdrängt und zum Vorratsbehälter 80 zurückgefördert wird. Die hydraulischen Kolben-ZylinderEinheiten 16a, 16b sind also über die Leitung 56 im Sinne einer Hintereinanderschaltung derart gekoppelt, daß ihre Kolben und somit Kolbenstangen jeweils gegensinnige Hübe ausführen. Es ist klar, daß die Umschaltung des Wegeventils 82 und somit die Steuerung der Hubbewegung der KolbenZylinder-Einheiten von der Steuereinheit 72 aus über eine Signalleitung 92 jeweils dann erfolgt, wenn von den Näherungsschaltern 68 signalisiert wird, daß die Kolben 20 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16a und 16b jeweils die entgegengesetzten Totpunktstellungen erreicht haben.

Da hydraulische Schaltungen - anders als formschlüssige mechanische Antriebe - infolge von möglichen geringen Leckverlusten nicht vollständig zwangsläufig sind, ist nicht auszuschließen, daß der Kolben 20 der einen

Kolben-Zylinder-Einheit bei einem Arbeits- oder Rückhub gegenüber dem Kolben 20 der jeweils anderen Kolben-ZylinderEinheit etwas zurückbleibt und somit der seinem Hübende zugeordnete Näherungsschalter 68 noch kein Signal an die Steuereinheit 72 liefert, wenn der dem Hubende des anderen Kolbens zugeordnete Näherungsschalter 68 bereits das Hubende signalisiert hat. Wegen des Fehlens des zweiten Signals wird von der Steuereinheit deshalb auch noch kein Uraschaltsignal für das Wegeventil 82 entwickelt, d.h. der Antrieb der Plungerpumpe 10 käme zum Stillstand. Um dies zu vermeiden, ist an die Leitung 56 eine Ausgleichsleitung 94 angeschlossen, über welche solange Hydraulikmedium in den Arbeitsraum 46 der nacheilenden Kolben-Zylinder-Einheit nachgespeist wird, bis auch der Kolben 20 dieser Einheit seine Endstellung erreicht hat. Da dann beide Näherungsschalter 68 ein Signal an die Steuereinheit 72 liefern, wird die Umschaltung des Wegeventils 82 ausgelöst und die Kolben-Zylinder-Einheit in entgegengesetzter Hubrichtung mit Hydraulikmedium beaufschlagt. Die geschilderte elektro-hydraulische Schaltung bewirkt also zwangsläufig auch so etwas wie eine Synchronisierung der beiden Kolben-Zylinder-Einheiten. Die Steuerung der Nachspeisung von Hydraulikmedium über die Leitung 94 erfolgt durch zwei hydraulische Schaltventile 96 und 98, von denen das Ventil 96 als Abwägeventil ausgebildet ist , welches durch den Druck in den Leitungen 88 und 90 selbst derart gesteuert wird, daß es jeweils die gerade unter höherem Druck stehende Leitung 88 bzw. 90 mit dem zweiten Schaltventil 98 verbindet , welches von der Steuereinheit 72 aus über eine Signalleitung 97 elektromagnetisch betätigbar Ast . Ein solches Betätigungssignal wird von der Steuereinheit 72 dann entwickelt , wenn von den Näherungs Schaltern 68 lediglich einer das Erreichen der Totpunkt Stellung des Kolbens seiner Kolben-Zylinder-Einheit signalisiert . Das Schalt ventil 98 wird durch dieses Signal dann aus der bisher geschlossenen in eine geöffnete Stellung umgeschaltet, in welcher über das Schaltventil 96 zugeführtes, unter Druck stehendes Hydraulikmedium solange na chge speist wird, bis auch der Kolben der zweiten Kolben-ZylinderEinheit durch Erregung des ihm zugeordneten NäherungsSchalters 68 an die Steuereinheit 72 meldet . Darauf hinzuweisen ist dabei noch, daß in der beschriebenen hydraulischen Steueranlage nur die für die Steuerungsfunktion, wesentlichen Schalt organe beschrieben wurden, während die in hydraulischen Schaltungen zur Absicherung üblichen Überdruckventile, Filter u.dgl . der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt und beschrieben sind.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine einer der Einzel-Pumpeneinheiten 10a bzw. 10b gemäß Figur 1 funktioneil entspre chenden Einzel-Pump eneinheit 110 , die also durch Zusamnenschalten mit einer gleichartigen Pumpeneinheit 110 in der vorstehend geschilderten Weise eine erfindungsgemäße Duplex-Plungerpumpe bildet. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachstehend nur die gegenüber der Ausgestaltung gemäß dem An Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel getroffenen Abwandlungen beschrieben, während es Am übrigen genügt, auf die vorausgehende Beschreibung zu verweisen, zumal funktioneil gleiche Teile der Pumpeneinheit 110 mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Pumpeneinheit 10a, jedoch mit vorangestellter "1" bezeichnet sind.

Der grundlegende Unterschied der Pumpeneinheit 110 zur Pumpeneinheit 10a liegt darin, daß die Kolben-ZylinderEinheit 116 An umgekehrter Lage, d.h. mit von der Förderpumpe 112 wegweisender Kolbenstange 138 angeordnet ist, so daß ihr gleitend verschiebbar in den Plungerzylinder 122 eingreifender Zylinder 142 gleichzeitig den Plungerkolben der Förderpumpe 112 bildet. Damit der Zylinder 142 seine Funktion als Plungerkolben erfüllen kann, muß er - abhängig von der Beaufschlagung seiner Arbeitsräume 144 bzw. 146 - auf dem Kolben 120 und innerhalb des Innenraums 128 des Plungerzylinders 122 verschiebbar sein. Demzufolge muß das kolbenabgewandte Ende der Kolbenstange 138 in einem vorgegebenen Abstand zum Plungerzylinder 122 festgelegt sein, wofür eine (nicht gezeigte) Trägerkonstruktion entsprechend der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Trägerkonstruktion 58, 60, 62 vorgesehen sein kann.

Die Beaufschlagung der Arbeitsräume 144 bzw. 146 erfolgt über die hohlgebohrte Kolbenstange 138, wobei An diese Hohlbohrung zusätzlich eAn Rohr 147 geringeren Durchmessers eingebracht ist, welches an seinen Enden in der Hohlbohrung abgedichtet eingesetzt ist und die Hohlbohrung in eineamittleren, zum Arbeitsraum 146 führenden Durchtrittskanal und einen äußeren, im Querschnitt ringförmigen, zum Arbeitsraum 144 führenden Durchtrittskanal für Hydraulikmedium unterteilt.

Als Auslöser 166 für die Näherungsschalter 168 möge An diesem Falle ein Radialflansch an dem den Zylinder 142 kolbenstangenseitig verschließenden Zylinderdeekel 140 dienen.

Durch die teilweise Aneinander geschachtelte Anordnung der Kolben-Zylinder-Einheit 116 in der Förderpumpe 112 wird eine wesentliche Verringerung der Baulähge der EinzslPumpeneinheit 110 und somit einer aus zwei dieser Pumpeneinheiten 110 aufgebauten Duplex-Pumpe erreicht .

Für das schematisch in Figur 3 gezeigte weiter abgewandelte Ausführungsbeispiel einer Einzel-Pumpeneinheit 210 gilt sinngemäß das vorstehend zur EAnzel-Pumpeneinheit 110 ausgeführte , wobei An diesem Falle jedoch die Kolbenstange 238 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 gleichzeitig den im Plungerzylinder 222 oszillierenden Plungerkolben bildet . Auch in die sem Falle wird durch die Doppelfunktion der Kolbenstange 238 Baulänge einge spart . Eine ins Einzel gehende Beschreibung der Bauelemente erübrigt sich wiederum, weil auch in die sem Fall funktionell gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie beim Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 bezeichnet sind , wobei in die sem Fall jedo ch zusätzlich eine "2 " vorangestellt Ast . Die Anordnung der von den Nähe rungs Schaltern 68 bzw . 168 An den vorausgehenden Ausführungsbeispielen gebildeten elektrischen Sensoren erfolgt in diesem Falle innerhalb der Pumpeneinheit 210, wofür die Kolbenstange 238 über An wesentlichen ihre gesamte Länge mit einer Hohlbohrung 239 versehen ist, welche lediglich an den An Plungerzylinder 222 liegenden Ende verschlossen ist , während sie an ihrem gegenüb erliegenden Ende noch durch den Kolben 220 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 hindurchgeführt ist . In diese Hohlbohrung tritt ein Rohr

241 ein, welches den Arbeitsraum 246 durchsetzt , und in einer Bohrung An der diesen Arbeitsraum 246 stirnseitig verschließenden Stirnwand 252 befestigt ist . In diesem Rohr sind in geeigneten Abständen magnetisch betätigb are Annäherung s schalt er 268 in Form von Reed-Kontakten angeordnet und durch eine anschließend ausgehärtete Gießharzfüllung 243 fixiert, welche auch die innerhalb des Rohrs 241 verlaufenden (nicht gezeigten) Abschnitte der Signalleitungen 270 zur (ebenfalls nicht gezeigten) Steuereinheit festlegt .

Die Auslösung der Reed-Kontakte 268 in den entsprechenden Hubstellungen erfolgt durch einen in der Nähe der Mündung der Hohlbohrung 238 im Kolben 220 angeordneten Ringmagneten 260, welcher also die Funktion der Radialflansche 66 bzw. 166 der vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiele übernimmt .

Festzuhalten ist weiter , daß auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2 und 3 die Kolben-Zylinder-Einheiten

116 bzw. 216 einen maximal möglichen Arbeit shub haben , der ein vollständiges Herausziehen des Plungerkolbens , d.h. des Zylinders 142 bzw. der Kolbenstange 238, aus dem Plungerzylinder 122 bzw. 222 zum Zweck des einfachen und schnellen Austausche der Dichtungen 124 bzw. 224 ermöglicht. Durch die elektrohydraulische Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheiten 116 bzv. 216 wird deren Kolbenhub während des normalen Betriebs der Duplex-Plungerpumpen auf einen dem Arbeitshub der Plungerkolben im Plungerzylinder entsprechenden Arbeitshub beschränkt.

Erwähnt sei noch eine Möglichkeit, den Verschleiß der die Plungerkolben 14, 142, 238 Am Plungerzylinder 22, 122, 222 abdichtenden Dichtungen 24, 124, 224 zu vermindern. Diese Möglichkeit besteht darin, den Druckunterschied zwischen der zum Innenraum des Plungerzylinders gerichteten Seite der Dichtung und ihrer gegenüberliegenden Seite zu verringern, so daß das voraussetzungsgemäß mit abrasiven Teilchen beladene, zu fördernde Medium in geringerem Maß dazu neigt, zwischen die Dichtung und den Plungerkolben einzutreten. Dies kann beispielsweise durch Beaufschlagung der Rückseite der Dichtung mit einer unter Druck stehenden Sperrflüssigkeit geschehen, wobei es zweckmäßig sein kann, den in der Sperrflüssigkeit herrschenden Druck in Abhängigkeit von dem augenblicklich gerade in der zu fördernden Flüssigkeit im Innenraum des PlungerzylAnders herrschenden Druck zu steuern.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind. So kann die Steuerung der hydraulischen Beaufschlagung der Arbeitsräume der Kolben-Zylinder-Einheiten auch über gesonderte Schaltventile - gegebenenfalls sogar von ihrerseits getrennt angetriebenen gesonderten Pumpen aus - in Parallelschaltung erfolgen . Durch geeignete Maßnahmen ist dann lediglich sicherzustellen, daß eine Synchronisierung der gegenläufigen Kolbenhübe der Kolben-ZylinderEinheiten erfolgt. Durch Vergleichen der in den elektrischer Sensoren An Abhängigkeit von der Hub Stellung erzeugten elektrischen Signale An der Steuereinheit und entsprechenden Änderungen der Beaufschlagung der unsynchron laufenden Kolben-Zylinder-Einheiten mit Hydraulikmedium ist dies möglich. Auch die Zusammenfassung von zwei der bescnriebenen Duplex-Plungerpumpen zu einem Pumpenaggregat verdoppelter Leistung ist möglich, wobei über die elektrischen Sensoren der entsprechend phasenver setzte Antrieb der beiden Pumpen synchronisiert wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Hydrostatisch angetriebene Duplex-Plunger-Pumpe für die Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plungerkolben mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beaufschlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Arbeitshub (a + b) der hydraulischen Kolben-Zylinder¬

Einheiten. (16a; 16b) gegenüber dem Arbeitshub (a) des Plungerkolbens (14) der jeweils angekoppelten Förderpumpe (12a; 12b) um ein solches Maß (b) größer bemessen ist, daß die Plungerkolben (14) bei vollem Ausfahren des maximalen Arbeitshubes (a + b) der Kolben¬

Zylinder-Einheiten (16a; 16b) vollständig aus dem zugeordneten Plungerzylinder (22) herausgezogen werden, daß der Rückhub der hydraulischen Kolben-ZylinderEinheiten (16a; 16b ) bei normalem Pumpenbetrieb durch entsprechende Ansteuerung der hydraulischen

Steuerorgane auf ein dem Arbeitshub (a) der Plungerkolben (14) entsprechendes Maß (a) begrenzt ist, und daß die hydraulischen Steuerorgane (82) wahlweise derart ansteuerbar sind, daß die hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten (16a; 16b) den maximalen Arbeitshub (a + b) ausführen.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Steuerorgane durch in Abhängigkeit von der Hubstellung der Plungerkolben (14) in einer Steuereinheit (72) entwickelte elektrische Signale betätigte Steuerventile (82; 98) sind, daß die Steuereinheit (72) mit zumindest die Hubendstellungen der Plungerkolben (14) abtastenden elektrischen Sensoren (68) verbunden ist, und daß die Steuereinheit (72) eine Vergleichereinheit aufweist, in welcher die zeitliche Synchronisierung der Hubendstellungen beider Plungerkolben (l4) verglichen und bei Zurückbleiben eines Plungerkolbens (14) ein Steuersignal für die zugeordneten hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (16a; 16b) derart entwickelt wird, daß die Zufuhr von Hydraulikmedium zu der dem voreilenden Plungerkolberi (14) zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheit

(16a; 16b) so lange vermindert oder gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben (14) seine Hubendsteilung erreicht hat.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubmittelstellung der Plungerkolben (14) abtastende, mit der Steuereinheit (72) verbundene elektrische Sensoren (68) vorgesehen sind.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadur ch gekennzeichnet , daß die den Plungerkolben (14) zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (16a; 16b ) durch Hintere Anander schaltung hydraulisch gekoppelt sind.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenstangenlosen Arbeit sräume (46) der Zylinder (42) der Kolben-Zylinder-EAnheiten (16a; 16b) durch eine Leitung direkt verbunden sind, während die von den

Kolben- stangen (38 ) durchsetzten Arbeitsräume (44) der Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils an einer An Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung (88 ; 90 ) angeschlossen sind .

6. Pumpe nach Anspruch 4, dadur ch gekennzeichnet , daß die von den Kolbenstangen (38 ) durchsetzten Arbeit sräume (44 ) der Zylinder (42) der Kolben-ZylinderEinheiten (16a; 16b) durch eine Leitung direkt verbunden sind, während die kolben stangen los en Arbeit sräume (46 ) der Kolben-Zylinder-Einheiten j eweils an einerin Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82 ) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind .

7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß an der die Arbeitsräume (46) beider KolbenZylinder-EAnheAten (16a; 16b ) direkt verbindenden Leitung (56) oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume (46) eAne Ausgleichsleitung (94) angeschlossen Ast , welche über ein Wegeventil (98 ) von der SteuereAnheit (72) gesteuert mit der das Hydraulikmedium zuführenden Leitung (88 ) oder der das Hydraulikmedium abführenden Leitung (90 ; 88 ) ver bindbar oder gegen Durchströmung verschließbar ist .

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpen (12a; 12b) und die jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (16a;

16b ) zueinander fluchtend in einem dem maximal möglichen Arbeitshub (a + b ) der Kolben-Zylinder-EAnheiten (16a; 16b ) entsprechenden Abstand voneinander gehaltert und die Plungerkolben (14) durch die diesen Abstand üb erdrückenden Kolbenstangen (38 ) mit dem Kolben (20) der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylind erEinheit (16a; 16b) verbunden sind, und daß die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolbenstangen (38 ) angeordneten Annäher ungs Schaltern (68 ) gebildet werden, welche durch einen auf der jeweiligen

Kolbenstange (38 ) vorgesehenen Auslöser (Radialflans ch 66 ) geschaltet werden.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Förderpumpen (112 ; 212 ) und der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (116 ; 216 ) durch Verwendung des sie koppelnden

Bauteils als Funktions teil sowohl der Förderpumpe (112 ; 212) als auch der zugeordneten Kolben- ZylinderEAnheit (116; 216) verringert ist .

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (l42) der hydraulischen Kolben-ZylinderEinheiten (116) gleichzeitig als Plungerkolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (112) ausgebildet ist .

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Sensoren (168 ) neben dem Hubweg de Zylinder (142) der Kolben-Zylinder-Einheiten (116 ) angeordnete Annäherungsschalt er (168 ) sind, welche durch einen von der Außenseite des jeweiligen

Zylinders (l42) vortretenden Auslöser (Radialflansc 166) geschaltet werden.

12. Pumpe nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstangen (238 ) der hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten (216) gleichzeitig den Plungerkolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (212 ) bilden .

13. Pumpe nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstangen (238 ) der hydraulischen KolbenZylinder-Einheiten (216) Am wesentlichen üb er ihre gesamte Längs hohlgebohrt und lediglich an dem im Plungerzylinder (222) liegenden Ende verschlossen sind , während die Hohlbohrung (239 ) am gegenüberliegenden Ende durch den Kolben (220 ) der KolbenZylinder-Einheiten (216) hindurchge führt Ast und im plunger zylind er abgewandten Arbeitsraum (246 ) der Kolben-Zylinder-Einheit (216 ) offen mündet , daß der plung er zylind er abgewandte Arbeitsraum (246) der jeweiligen hydraulischen Kolben-Zylinder-EAnhe it (216) von einem in der diesen Arbeit sraum (246) am kolbenabgewandten Ende verschließenden Stirnwand, (252) gehalterten, in die Hohlbohrung (239 ) eintretenden Rohr (241) aus unmagne tischen. Material durchsetzt wird, in welchem in den Totpunkten der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (216 ) sowie gegebenenfalls einer Hub-Mittelstellung ent sprechenden Abständen magnetisch auslösbare Schalter (268 ) als elektrische Sensoren angeordnet sind, und daß An der Hohlbohrung ein Magnet (266 ) vorge sehen ist, welcher die elektrischen Schalter (268 ) in der jeweils zugeordneten Hub st eilung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführbares elektrische s Signal entwickelt .

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennze ichnet , daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268 ) im unmagnetis chen Rohr angeordnete Reed-Kontakte sind .

15. Pumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268) Am unmagnetischen Rohr durch ein ausgehärtetes Gießharz (243) fixiert sind.

16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15 , dadurch gekennzeichnet, daß die den Plungerkolben (14; 142; 238) im Austrittsbereich aus dem Plungerzylinder abdichtende Dichtung (24; 124; 224) auf der dem Plunger- Arbeit sraum (28 ; 128 ; 228) abgewandten Rückseite durch eine unter Druck stehende Sperrflüssigkeit beaufschlagt ist.

17. Pumpe nach Anspruch 16 , gekennzeichnet durch eine Druck-Steuervorrichtung für die Sperrflüs sigkeit , welche den Druck der Sperrflüssigkeit in proportionaler Abhängigkeit von dem im zu fördernden Medium augenblicklich herrschenden Druck steuert.