EP1416158A1 - Pumpe mit Filter - Google Patents

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EP1416158A1
EP1416158A1 EP03103981A EP03103981A EP1416158A1 EP 1416158 A1 EP1416158 A1 EP 1416158A1 EP 03103981 A EP03103981 A EP 03103981A EP 03103981 A EP03103981 A EP 03103981A EP 1416158 A1 EP1416158 A1 EP 1416158A1
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pump
chamber
pumping
plunger
pump according
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EP03103981A
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Rory Britz
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons

Definitions

  • the invention also designates a pump, preferably a drilling water pump a reciprocating pump means and a filter.
  • Pseudo-continuous pumps take over in a first work cycle resiliently biased inlet valve a fluid in a pump chamber to this finally compress in a second cycle and via an outlet valve issue.
  • drilling water pumps take heavily mixed solids Drilling water at low pressure and put both filtered at separate outlets Drilling water as well as drilling water concentrated with solids under higher pressures to disposal. Due to the strong solid content in the drilling water is a regular Backwashing the filter is necessary to avoid permanent clogging.
  • a multi-cascaded, reciprocating piston is one Piston pump designed as a filter piston made of porous metal, which compresses at the same time and cleans. Such a construction is unsuitable for heavily contaminated fluids. Of It is also not possible to backwash the filter.
  • the object of the invention is to implement a filtering pump for strong Solid fluids. Another aspect is the reliable sealing of the Pumping chamber.
  • a pump for liquids contaminated with solids has a Pump drive at least one in a pump chamber with an inlet valve, a filter and an outlet valve fluidly reciprocable pump means, which with a plunger is drivably connected, the plunger being movable radially back and forth stored and in a pump drive rotatable about an axis in a radially circumferential changeable guide contour is radially positively mounted.
  • the plunger is advantageously guided in a form-fitting manner via a roller bearing in the guide contour, thereby avoiding sliding friction.
  • the pump means advantageously has an elastically deformable pump membrane, which the Pump chamber partially free of sliding movement and partially flow-tight, thus creating a disadvantageous sliding movement of the pump means can be avoided by the abrasive solids.
  • the pump chamber is advantageously a concentrate outlet via a concentrate outlet valve assigned, which is further advantageously controllable by a radial stop of the ram is, whereby an emptying of the concentrate enriched with solids is possible.
  • the pumping chamber can advantageously flow through a spring-loaded backwashing chamber assigned which, when the pump chamber relaxes, backwashes the filter causes.
  • Exactly three pumping chambers with associated pumping means and filters are advantageous in each case available, which are further advantageously arranged circumferentially by 120 ° in the pump drive, which minimizes the resulting radial forces on the pump drive.
  • the pump chamber 4 is a concentrate outlet 13 via a Concentrate outlet valve 14 assigned by a radial stop 15 of the Ram 10 is controllable.
  • the pump chamber 4 is a spring-loaded Backwash chamber 16 assigned to flow through. There are exactly three pumping chambers 4 with assigned pump means 8 and filters 6, which are circumferentially offset by 120 ° are arranged.
  • the plunger 10 coexists at the top dead center of this movement the radial stop 15 on the concentrate outlet valve 14 and forcibly opens this, whereby the liquid concentrate enriched in solids enters the concentrate outlet 13 arrives.
  • This relaxation causes the exhaust valve to close in the fifth step 7 and with the now excessive pressure of the backwash chamber 16 backwashing the Liquid 2 through the filter 6.

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Abstract

Eine Pumpe (1) für mit Feststoffen verunreinigte Flüssigkeiten (2) mit einem Pumpantrieb (3) mit zumindest einem, in einer Pumpkammer (4) mit einem Einlassventil (5), einem Filter (6) und einem Auslassventil (7) strömungsdicht hin- und herbewegbaren Pumpmittel (8), welches mit einem Stössel (10) antreibbar verbunden ist, wobei der Stössel (10) radial hinund herbewegbar gelagert sowie in einem um eine Achse (A) drehbaren Pumpantrieb (3) in einer umfänglich radial veränderlichen Führungskontur (11) radial formschlüssig gelagert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezeichnet eine, vorzugsweise als Bohrwasserpumpe ausgeführte, Pumpe mit einem hin- und herbewegten Pumpmittel und einem Filter.
Pseudokontinuierlich arbeitende Pumpen nehmen in einem ersten Arbeitstakt über ein federnd vorgespanntes Einlassventil ein Fluid in einer Pumpkammer auf, um dieses schliesslich in einem zweiten Arbeitstakt zu verdichten und über ein Auslassventil auszugeben.
Nach der DE20110244U1 nehmen Bohrwasserpumpen stark mit Feststoffen versetztes Bohrwasser bei niedrigem Druck auf und stellen an separaten Ausgängen sowohl gefiltertes Bohrwasser als auch mit Feststoffen aufkonzentriertes Bohrwasser unter höheren Drücken zur Verfügung. Durch den starken Feststoffanteil im Bohrwasser ist eine regelmässige Rückspülung des Filters erforderlich, um eine dauerhafte Zusetzung dessen zu vermeiden.
Nach der US3915071 ist ein, mehrfach kaskadierter, hin- und herbewegter Kolben einer Kolbenpumpe als Filterkolben aus porösem Metall ausgeführt, welcher gleichzeitig verdichtet und reinigt. Für stark verunreinigte Fluide ist eine derartige Konstruktion ungeeignet. Des Weiteren ist eine Rückspülung des Filters nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer filternden Pumpe für stark mit Feststoffen versetzte Fluide. Ein weiterer Aspekt besteht in der zuverlässigen Abdichtung der Pumpkammer.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Wesentlichen weist eine Pumpe für mit Feststoffen verunreinigte Flüssigkeiten mit einem Pumpantrieb zumindest ein in einer Pumpkammer mit einem Einlassventil, einem Filter und einem Auslassventil strömungsdicht hin- und herbewegbares Pumpmittel auf, welches mit einem Stössel antreibbar verbunden ist, wobei der Stössel radial hin- und herbewegbar gelagert sowie in einem um eine Achse drehbaren Pumpantrieb in einer umfänglich radial veränderlichen Führungskontur radial formschlüssig gelagert ist.
Durch die radial formschlüssige Lagerung des das Pumpmittel antreibenden Stössels wird bei der Drehung des Pumpantriebes um die Achse eine pumpende Hin- und Herbewegung des Pumpmittels ausgeführt, welches eine Flüssigkeit durch den Filter drückt.
Vorteilhaft ist der Stössel in der Führungskontur formschlüssig über ein Rolllager geführt, wodurch eine Gleitreibung vermieden wird.
Vorteilhaft weist das Pumpmittel eine elastisch deformierbare Pumpmembran auf, welche die Pumpkammer gleitbewegungsfrei sowie strömungsdicht teilweise begrenzt, wodurch eine durch die abrasiven Feststoffe nachteilige Gleitbewegung des Pumpmittels vermeidbar ist.
Vorteilhaft ist der Pumpkammer ein Konzentratauslass über ein Konzentratauslassventil zugeordnet, welches weiter vorteilhaft durch einen Radialanschlag des Stössels steuerbar ist, wodurch eine Entleerung des mit Feststoffen angereicherten Konzentrats möglich ist.
Vorteilhaft ist der Pumpkammer eine federnd vorgespannte Rückspülkammer durchströmbar zugeordnet, welche bei einer Entspannung der Pumpkammer eine Rückspülung des Filters bewirkt.
Vorteilhaft sind jeweils mehrere Pumpkammern mit zugeordneten Pumpmitteln und Filtern vorhanden, wodurch der Flüssigkeitsdurchsatz erhöhbar ist.
Vorteilhaft sind jeweils genau drei Pumpkammern mit zugeordneten Pumpmitteln und Filtern vorhanden, die weiter vorteilhaft umfänglich um 120° im Pumpantrieb angeordnet sind, wodurch die resultierenden Radialkräfte auf den Pumpantrieb minimiert werden.
Die Erfindung wird an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert, die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
Einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäss den Linien I-I in Fig. 2A und Fig. 2B;
Fig. 2A
einen Querschnitt gemäss Linie IIA - IIA in Fig. 1; und
Fig. 2B
einen Querschnitt gemäss Linie IIB - IIB in Fig. 1.
Nach den Fig. 1, Fig. 2A und Fig. 2B weist eine Pumpe 1 für mit Feststoffen verunreinigte Flüssigkeiten 2 mit einem Pumpantrieb 3 zumindest einen in einer Pumpkammer 4 mit einem Einlassventil 5, einem Filter 6 und einem Auslassventil 7 strömungsdicht hin- und herbewegbaren Pumpmittel 8 mit einer elastisch deformierbaren Pumpmembran 9 auf, welcher mit einem Stössel 10 antreibbar verbunden ist, wobei der Stössel 10 radial hin- und herbewegbar gelagert sowie in dem um eine Achse A drehbaren Pumpantrieb 3 in einer umfänglich radial veränderlichen Führungskontur 11 über ein Rolllager 12 radial formschlüssig gelagert ist. Der Pumpkammer 4 ist ein Konzentratauslass 13 über ein Konzentratauslassventil 14 zugeordnet, welches durch einen Radialanschlag 15 des Stössels 10 steuerbar ist. Der Pumpkammer 4 ist eine federnd vorgespannte Rückspülkammer 16 durchströmbar zugeordnet. Es sind genau drei Pumpkammern 4 mit zugeordneten Pumpmittel 8 und Filtern 6 vorhanden, die umfänglich um 120° versetzt angeordnet sind.
Im durch die dreizählig rotationssymmetrische Führungskontur 11 bestimmten pseudokontinuierlichen Steuerverfahren für das radial hin- und herbewegbare Pumpmittel 8 wird in einem ersten Schritt die Pumpmembran 9 nach radial aussen bewegt, wodurch sich die Pumpkammer 4 über die Leitung 17 mit Flüssigkeit 2 füllt. Im oberen Totpunkt dieser Bewegung schliesst das Einlassventil 5. Im nachfolgenden zweiten Schritt wird das Pumpmittel 8 langsam radial nach innen bewegt, wodurch die Flüssigkeit 2 durch den Filter 6 strömt und auch die Rückspülkammer 16 gegen deren Vorspannung füllt. Im dritten Schritt öffnet in Folge des inneren Druckanstiegs das Auslassventil 7 und die von Feststoffen gereinigte Flüssigkeit 2 wird mit einem pumpend wirksamen Restdruck über die Leitung 18 abgegeben. Im vierten Schritt stösst im oberen Totpunkt dieser Bewegung der Stössel 10 mit dem Radialanschlag 15 an dem Konzentratauslassventil 14 an und öffnet dies zwangsweise, wodurch das mit Feststoffen angereicherte Flüssigkeitskonzentrat in den Konzentratauslass 13 gelangt. Diese Entspannung bewirkt im fünften Schritt ein Schliessen des Auslassventils 7 und mit dem nunmehr überhöhten Druck der Rückspülkammer 16 ein Rückspülen der Flüssigkeit 2 durch den Filter 6. Anschliessend wiederholen sich diese Schritte periodisch dreimal je Umdrehung des Pumpantriebs 3.

Claims (7)

  1. Pumpe für mit Feststoffen verunreinigte Flüssigkeiten (2) mit einem Pumpantrieb (3) mit zumindest einem, in einer Pumpkammer (4) mit einem Einlassventil (5), einem Filter (6) und einem Auslassventil (7) strömungsdicht hin- und herbewegbaren Pumpmittel (8), welches mit einem Stössel (10) antreibbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (10) radial hin- und herbewegbar gelagert sowie in einem um eine Achse (A) drehbaren Pumpantrieb (3) in einer umfänglich radial veränderlichen Führungskontur (11) radial formschlüssig gelagert ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (10) in der Führungskontur (11) formschlüssig über ein Rolllager (12) geführt ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpmittel (8) eine elastisch deformierbare Pumpmembran (9) aufweist, welche die Pumpkammer (4) gleitbewegungsfrei sowie strömungsdicht teilweise begrenzt.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkammer (4) ein Konzentratauslass (13) über ein Konzentratauslassventil (14) durchströmbar zugeordnet ist, welches optional durch einen Radialanschlag (15) des Stössels (10) steuerbar ist.
  5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkammer (4) eine federnd vorgespannte Rückspülkammer (16) durchströmbar zugeordnet ist.
  6. Pumpe einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Pumpkammern (4) mit zugeordneten Pumpmitteln (8) und Filtern (6) vorhanden sind.
  7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils genau drei Pumpkammern (8) mit zugeordneten Pumpmitteln (8) und Filtern (6) vorhanden sind, die optional umfänglich um 120° angeordnet sind.
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