EP3060800A1 - Verdrängereinrichtung - Google Patents

Verdrängereinrichtung

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EP3060800A1
EP3060800A1 EP14762011.6A EP14762011A EP3060800A1 EP 3060800 A1 EP3060800 A1 EP 3060800A1 EP 14762011 A EP14762011 A EP 14762011A EP 3060800 A1 EP3060800 A1 EP 3060800A1
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EP
European Patent Office
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group
crankshaft
displacement
groups
offset
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EP14762011.6A
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English (en)
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EP3060800B1 (de
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Jürgen GAYDOUL
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Hermetik Hydraulik AB
Original Assignee
Gaydoul Juergen
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Publication date
Application filed by Gaydoul Juergen filed Critical Gaydoul Juergen
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/053—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders
    • F04B1/0536—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders with two or more serially arranged radial piston-cylinder units
    • F04B1/0538—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders with two or more serially arranged radial piston-cylinder units located side-by-side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • 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
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/006—Crankshafts
    • 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
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
    • F04B9/04—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
    • F04B9/045—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being eccentrics

Definitions

  • the invention relates to a displacement device for fluids, in particular liquids, with displacers, which dive linearly in the displacer, namely in cylindrical see pump chambers in a pump housing, which are each via a suction valve and a pressure valve in flow communication, wherein the displacer each via a connecting rod are connected to crank pin of a foreign-driven crankshaft.
  • crankpins for the displacement bodies are arranged at equal angular intervals ⁇ distributed around the crankshaft,
  • crankshaft journals associated with one group are arranged offset from the crankshaft by an offset angle ⁇ to those of the other groups,
  • the displacers of each group are arranged offset in the axial direction of the crankshaft to those of the remaining groups, and
  • the group displacer are each arranged at a group offset angle ⁇ to each other about the crankshaft.
  • a particularly compact construction can be achieved if two groups of displacement bodies are provided and the displacement bodies of one group are arranged alternately in the axial direction of the crankshaft with the displacement bodies of the other group.
  • the displacer in V or Boxer arrangement.
  • the two groups displacer are arranged in a boxer arrangement, wherein the group offset angle is 180 °, but may also be modified, for. B. may be 150 °.
  • the stress on the crankshaft is minimized compared to a series arrangement with an odd number of displacers.
  • each group has three displacers distributed in each case at an angular distance ⁇ of 120 ° around the crankshaft.
  • an offset angle ⁇ of 30 ° of the crank pin associated with the first group leads to a particularly low pressure pulsation to those of the second group.
  • a displacement device of the type described above in which a drive is provided with two opposite output shaft ends, to each of which a crank shaft of a positive displacement pump is coupled, which in each case has a group displacer,
  • the two groups of displacement bodies have the same number of displacement bodies
  • crankpins for the displacers of each group are offset at equal angular intervals ⁇ relative to each other about the associated crankshaft, and
  • crankpins of one group are offset from those of the other group by an offset angle ⁇ about the associated crankshaft.
  • Fig. La and lb the side view and end view of a crankshaft attached thereto two groups of three displacers in Boxer arrangement with a group offset angle ⁇ of 180 ° in a positive displacement pump according to the invention
  • FIG. 2 shows the front view of a modified positive displacement pump according to FIG. 1a, but here with a group offset angle ⁇ of 150 °;
  • FIG 3 shows the crankshaft according to the figures 1 or 2 without displacer in side view.
  • Fig. 4 and 5 are two schematic representations of the crankpin assemblies of the crankshaft of Figure 2, and that
  • FIG. 5 shows the crank pin arrangement of the second group of three displacement bodies rotated by an offset angle ⁇
  • Fig. 6a, b and c examples of the crank pin positions of a positive displacement pump according to
  • Figure la, lb and 2 in three different rotational positions of the crankshaft; 7 shows an arrangement according to the figures la and lb three superimposed diagrams in each case over a crank angle between 0 and 360 °, namely in the upper diagram six speed curves for the speed of the six displacer, in the middle diagram, the conveyor volumes and in the bottom diagram the pressure pulsations;
  • Figure 8 is a perspective view of parts of another displacement device according to the invention with a common drive for two positive displacement pumps.
  • FIG. 9 is a partial view of the displacement device according to FIG. 8.
  • FIGS. 1a and 1b show, in a side view and an end view, a crankshaft 10 with two opposing groups A, B mounted thereon of displacers or plungers 1, 3, 5 (group A) and 2, 4, 6 (group B).
  • the plungers of the group A are alternately arranged to those of the group B in the axial direction of the crankshaft, as can be seen from Fig. La.
  • the groups A and B are arranged offset by a group offset angle ⁇ of 180 ° in a boxer arrangement to each other.
  • the angle ⁇ is 180 ° according to FIGS. 1a and 1b, but may also deviate therefrom.
  • crankshaft 10 and the plunger 1 to 6 form part of a positive displacement pump whose housings and other parts are not shown; However, it is understood that the plunger 1 to 6 in cylindrical pump chambers of conventional design are guided slidably and sealed, the pump chambers are connected via a respective suction valve and a pressure valve in flow connection to bring a fluid, for example water, to high pressures.
  • 3 shows the crankshaft 10 alone. At its right in Fig. 3 end, it is provided with a drive pin 17, with which it can be coupled with an output shaft, not shown, of a drive, such as an electric motor. Further, it has two spaced bearing collars 18, 19, with which it is rotatably mounted in bearings, not shown, of the pump housing.
  • crank pins 11 to 16 are arranged side by side in the axial direction.
  • Reference numerals 1 to 6 for the Plunger not shown in Fig. 3 relate here to the assignment to the associated crank pin 11 to 16, so l to ll, 2 to l2, etc.
  • At this crank pin plungers are 1 to 6 via connecting rods 20 in conventional Way connected by means of crossheads 21.
  • the three crankpins 12, 14, 16 are shown in FIG. 5 relative to the crank pin 11, 13, 15 by an offset angle ß offset on the crankshaft.
  • crank pins 11 to 16 are symbolized by circles, which, however, are drawn smaller here for the sake of simpler illustration than in FIGS. 4 and 5.
  • all six crank pins are here each drawn in the three Fig. 6a, 6b and 6c to make the wake of the crank pin to the offset angle ß clear.
  • a reference numeral 1 to 6 denoting the respective plunger is entered. Plungers with odd reference numbers 1, 3 or 5 belong to group A and feed upwards in Figs.
  • plungers 2, 4 or 6 belong to group B and convey downwards.
  • the square plunger symbol in the respective circle above or below the plunger reference number represents the direction of action of the plunger in question. Pressurized plungers are indicated by hatching. Plungers without hatching are in the suction stroke and are pressure-free.
  • Plunger at top dead center OT or bottom dead center UT have the speed zero, thus crossing the crank angle axis x.
  • begins or ends the funding process For example, the plunger 1 is at zero crank angle in the UT and begins to promote with increasing flow.
  • the plunger 2 is at crank angle zero already in the delivery state with increasing flow.
  • the P loungeer 3 is at top dead center OT and the speed curve g3 intersects the crank angle axis sloping, while plunger 2 reaches the maximum speed and promotes maximum.
  • plunger 1 delivers maximum at maximum speed, while plunger 6 has reached 0 m / s in TDC, and so on.
  • the curve f in the middle diagram of FIG. 7 shows the periodic oscillation of the delivery rate 1 / min achieved with a positive displacement pump according to FIGS. 1 to 5 between approximately 1550 1 / min and 1610 1 / min.
  • the curve d in the lowest diagram of FIG. 7 shows the pressure pulsation of the delivered liquid, which fluctuates approximately between 375 bar minimum pressure and 400 bar maximum pressure. This represents a very low pressure pulsation, which is smaller than achievable with a conventional positive displacement pump with seven plungers in series.
  • FIGS. 8 and 9 show an alternative displacement device, wherein FIG. 9 shows the right half of the device according to FIG. 8 in a side view corresponding to FIG.
  • FIGS. 8 and 9 show an alternative displacement device, wherein FIG. 9 shows the right half of the device according to FIG. 8 in a side view corresponding to FIG.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 to 6 are used in FIGS. 8 and 9.
  • the displacement device has an electric motor 30 as a drive whose continuous output shaft (not visible) with their output shaft ends 34 are each coupled to a crankshaft 10 of its own positive displacement pump 31, 32.
  • the result is a unit of a central drive 30 and thus aligned two positive displacement pumps 31, 32, which are mounted on the engine 30 flying.
  • Each positive displacement pump has a plunger group A with three plungers arranged in series, namely group A with plungers 1, 3, 5 (left in FIG. 8) and group B with plungers 2, 4, 6 (to the right of the electric motor 30 in FIGS 9). All plungers 1, 3, 5 and 2, 4, 6 are each arranged in series and in a same vertical plane E.
  • crankpins 11, 13, 15 of the crankshaft 10 of the group A are shown in FIG. 4 in the same plane E as the plunger 1, 3, 5 are arranged.
  • each plunger group of an embodiment according to FIGS. 1 to 9 can also have more than three plungers for each group.
  • There are also more than three crankpin arrangements evenly distributed about a common crankshaft, e.g. four crankpins, which are distributed at an angular distance of ⁇ 90 ° around the circumference of the crankshaft.
  • the offset angle ⁇ can also be less than or greater than 30 °.

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Abstract

Eine Verdrängereinrichtung für Fluide, insbesondere Flüssigkeiten hat linear bewegliche Verdrängerkörper, die in Pumpenkammern eintauchen und über jeweils eine Pleuelstange an Kurbelzapfen einer fremd angetriebenen Kurbelwelle angeschlossen sind, wobei mindestens zwei Gruppen Verdrängerkörper vorgesehen sind. Alle Gruppen haben jeweils gleiche Anzahl Verdrängerkörper, und die Kurbelzapfen für die Verdrängerkörper sind in gleichen Winkelabständen um die Kurbelwelle herum verteilt angeordnet. Die einer Gruppe zugeordneten Kurbelzapfen sind zu denjenigen der anderen Gruppe jeweils um einen Versatzwinkel ß versetzt um die Kurbelwelle angeordnet. Ferner sind die Verdrängerkörper jeder Gruppe in Achsrichtung der Kurbelwelle versetzt zu denjenigen der übrigen Gruppen angeordnet und die Gruppenverdrängerkörper sind jeweils unter einem Gruppen-Versatzwinkel γ zueinander um die Kurbelwelle angeordnet. Die Verdrängereinrichtung ermöglicht niedrige Druckpulsationen.

Description

Verdrängereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Verdrängereinrichtung für Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, mit Verdrängerkörpern, die linear in die Verdrängereinrichtung eintauchen, nämlich in zylindri- sehe Pumpenkammern in einem Pumpengehäuse, die je über ein Saugventil und ein Druckventil in Strömungsverbindung stehen, wobei die Verdrängerkörper jeweils über eine Pleuelstange an Kurbelzapfen einer fremdangetriebenen Kurbelwelle angeschlossen sind.
Es sind Verdrängerpumpen bekannt, mit denen Wasser auf Drücke von mehreren hundert bar gebracht werden können. Solches Druckwasser wird beispielsweise zum Entzundern von Walzstahlblöcken oder -bändern eingesetzt, um Walzprodukte mit hoher, gleichförmiger Oberflächenqualität zu erzielen.
Beim Einsatz von Verdrängerpumpen mit linear beweglichen Verdrängerkörpern, im Folgen- den auch Plunger genannt, treten unvermeidlich Druckpulsationen auf, die möglichst klein gehalten werden sollten, um gewünschte Gleichförmigkeit der Entzunderung der Walzprodukte zu gewährleisten. Bei herkömmlichen Verdrängerpumpen sind die Zylinder für die Verdrängerkörper im Pumpengehäuse in Reihe angeordnet. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei einer solchen Reihenanordnung die Druckpulsationen mit zunehmen- der ungerader Anzahl von Zylindern kleiner werden als bei einer geradzahligen Zylinderanzahl. Dem Einsatz einer großen ungeraden Anzahl von Zylindern, z.B. sieben Zylindern, stehen jedoch die große Baulänge, der schlechte Massenausgleich und die ungleichmäßige Belastung der Kurbelwelle entgegen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängereinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die zu geringen Druckpulsationen führt.
Diese Aufgabe wird durch Patentanspruch 1 gelöst, wobei für eine erfindungsgemäße Verdrängereinrichtung mindestens zwei Gruppen Verdrängerkörper vorgesehen sind,
alle Gruppen jeweils eine gleiche Anzahl Verdrängerkörper aufweisen, die Kurbelzapfen für die Verdrängerkörper in gleichen Winkelabständen α um die Kurbelwelle herum verteilt angeordnet sind,
die einer Gruppe zugeordneten Kurbelzapfen zu denjenigen der anderen Gruppen jeweils um einen Versatzwinkel ß versetzt um die Kurbelwelle angeordnet sind,
die Verdrängerkörper jeder Gruppe in Achsrichtung der Kurbelwelle versetzt zu denjenigen der übrigen Gruppen angeordnet sind, und
die Gruppen Verdrängerkörper jeweils unter einem Gruppen- Versatzwinkel γ zueinander um die Kurbelwelle angeordnet sind.
Eine besonders kompakte Bauweise lässt sich dabei erzielen, wenn zwei Gruppen Verdrängerkörper vorgesehen sind und die Verdrängerkörper der einen Gruppe in Achsrichtung der Kurbelwelle abwechselnd mit den Verdrängerkörpern der anderen Gruppe angeordnet sind.
Bei dieser Anordnung ist möglich, die Verdrängerkörper in V- oder Boxer- Anordnung vorzusehen. Hinsichtlich eines besseren Ausgleichs der Massenkräfte ist von Vorteil, wenn die beiden Gruppen Verdrängerkörper in Boxer- Anordnung angeordnet sind, wobei der Gruppen- Versatzwinkel 180° beträgt, aber auch abgewandelt sein kann, z. B. 150° betragen kann. Bei einer Boxer-Anordnung ist die Beanspruchung der Kurbelwelle im Vergleich zu einer Reihenanordnung mit ungerader Anzahl der Verdrängerkörper minimiert.
Bei einer mit zwei Gruppen Verdrängerkörper ausgeführten Verdrängereinrichtung gemäß der Erfindung weist jede Gruppe drei jeweils im Winkelabstand α von 120° um die Kurbelwelle verteilt angeordnete Verdrängerkörper auf. Zu einer besonders niedrigen Druckpulsation führt dabei ein Versatzwinkel ß von 30° der der ersten Gruppe zugeordneten Kurbelzapfen zu denjenigen der zweiten Gruppe.
Die gestellte Aufgabe lässt sich auch durch eine Verdrängereinrichtung der eingangs beschriebenen Art lösen, bei der ein Antrieb mit zwei entgegengesetzten Abtriebswellenenden vorgesehen ist, an die je eine Kurbel welle einer Verdrängerpumpe gekoppelt ist, welche jeweils eine Gruppe Verdrängerkörper aufweist,
die beiden Gruppen Verdrängerkörper eine gleiche Anzahl Verdrängerkörper aufweisen,
die Kurbelzapfen für die Verdrängerkörper jeder Gruppe in gleichen Winkelabständen α zueinander versetzt um die zugehörige Kurbelwelle herum angeordnet sind, und
die Kurbelzapfen der einen Gruppe zu denjenigen der anderen Gruppe um einen Versatzwinkel ß versetzt um die zugehörige Kurbelwelle angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung mit einem gemeinsamen Antrieb für zwei Verdrängerpumpen sind in den Unteransprüchen 7 bis 12 angegeben. Die Erfindung ist im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la und lb die Seitenansicht und Stirnansicht einer Kurbelwelle mit daran angebrachten zwei Gruppen von je drei Verdrängerkörpern in Boxer- Anordnung mit einem Gruppen- Versatzwinkel γ von 180° bei einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe;
Fig. 2 die Stirnansicht einer abgewandelten Verdrängerpumpe gemäß Figur la, hier jedoch mit einem Gruppen- Versatzwinkel γ von 150°;
Fig. 3 die Kurbelwelle nach den Figuren 1 oder 2 ohne Verdrängerkörper in Seitenansicht;
Fig. 4 und 5 zwei schematische Darstellungen der Kurbelzapfenanordnungen der Kurbelwelle nach Figur 2, und zwar
Fig. 4 die Kurbelzapfenanordnung einer ersten Gruppe von drei Verdrängerkörpern und
Fig. 5 die dazu um einen Versatzwinkel ß verdrehte Kurbelzapfenanordnung der zweiten Gruppe von drei Verdrängerkörpern;
Fig. 6a, b und c Beispiele für die Kurbelzapfenstellungen einer Verdrängerpumpe gemäß
Figur la, lb und 2 in drei unterschiedlichen Drehpositionen der Kurbelwelle; Fig. 7 für eine Anordnung nach den Figuren la und lb drei übereinander angeordnete Diagramme jeweils über einem Kurbelwinkel zwischen 0 und 360°, nämlich im oberen Diagramm sechs Geschwindigkeitskurven für die Geschwindigkeit der sechs Verdrängerkörper, im mittleren Diagramm die För- dervolumina und im untersten Diagramm die Druckpulsationen;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht von Teilen einer anderen Verdrängereinrichtung gemäß der Erfindung mit einem gemeinsamen Antrieb für zwei Verdrängerpumpen;
Fig. 9 eine Teilansicht der Verdrängereinrichtung nach Fig. 8.
Fig. la und lb zeigen in einer Seitenansicht und einer Stirnansicht einer Kurbelwelle 10 mit daran angebrachten zwei gegenüberliegenden Gruppen A, B von Verdrängerkörpern oder Plungern 1, 3, 5 (Gruppe A) und 2, 4, 6 (Gruppe B). Die Plunger der Gruppe A sind zu denjenigen der Gruppe B in Achsrichtung der Kurbelwelle abwechselnd angeordnet, wie dies aus Fig. la ersichtlich ist. Die Gruppen A und B sind um einen Gruppen- Versatzwinkel γ von 180° in Boxer- Anordnung zueinander versetzt angeordnet. Der Winkel γ beträgt gemäß den Fig. la und lb 180°, kann aber auch davon abweichen.
Die Kurbelwelle 10 und die Plunger 1 bis 6 bilden Teil einer Verdrängerpumpe, deren Gehäu- se und weitere Teile nicht dargestellt sind; es versteht sich jedoch, dass die Plunger 1 bis 6 in zylinderförmigen Pumpenkammern üblicher Bauart gleitbar und abgedichtet geführt sind, wobei die Pumpenkammern über je ein Saugventil und ein Druckventil in Strömungs Verbindung stehen, um ein Fluid, z.B. Wasser, auf hohe Drücke zu bringen. Die Fig. 3 zeigt die Kurbelwelle 10 allein. An ihrem in Fig. 3 rechten Ende ist sie mit einem Antriebszapfen 17 versehen, mit dem sie mit einer nicht gezeigten Abtriebswelle eines Antriebes, wie eines Elektromotors, kuppelbar ist. Ferner hat sie zwei im Abstand angeordnete Lagerbünde 18, 19, mit der sie in nicht gezeigten Lagern des Pumpengehäuses drehbar gelagert ist. In dem Abstand zwischen den beiden Lagerbünden sind Kurbelzapfen 11 bis 16 in Achsrichtung nebeneinander angeordnet. Die jeweils drei Kurbelzapfen der beiden Gruppen sind jeweils um einen Winkelabstand α = 120° verteilt angeordnet. Die Bezugszahlen 1 bis 6 für die in Fig. 3 nicht gezeichneten Plunger betreffen hier die Zuordnung zu den zugehörigen Kurbelzapfen 11 bis 16, also l zu l l, 2 zu l2 etc. An diese Kurbelzapfen sind die Plunger 1 bis 6 über Pleuelstangen 20 in herkömmlicher Weise mittels Kreuzköpfen 21 angeschlossen. Die drei Kurbelzapfen 12, 14, 16 sind gemäß Fig. 5 gegenüber den Kurbelzapfen 11, 13, 15 um einen Versatzwinkel ß versetzt auf der Kurbelwelle angeordnet. Dies führt dazu, dass die Verdrängungswirkung der geradzahlig bezeichneten Plunger 2, 4, 6 sich nicht gleichzeitig mit derjenigen der ungeradzahligen Plunger 1, 3, 5 einstellt, sondern um ß = 30° zeitlich versetzt stattfindet. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Druckpulsationen über den Umlauf der Kurbelwelle sich vergleichmäßigen, wie im Folgenden näher erläutert ist. Hierzu sei auf die Fig. 6a, 6b und 6c, sowie auf die Fig. 7 verwiesen.
Die Fig. 6a, b und c zeigen die Kurbelwelle gemäß den Fig. 1 bis 5 in den drei Drehpositionen 0°, 60° und 90°. Ähnlich der Darstellung in den Fig. 4 und 5 sind die Kurbelzapfen 11 bis 16 durch Kreise symbolisiert, die hier jedoch der einfacheren Darstellung wegen kleiner gezeichnet sind als in den Fig. 4 und 5. Anders als in diesen Figuren sind hier jedoch alle sechs Kurbelzapfen jeweils in den drei Fig. 6a, 6b und 6c eingezeichnet, um den Nachlauf der Kurbelzapfen um den Versatzwinkel ß deutlich zu machen. In jedem Kreis ist eine den jeweiligen Plunger bezeichnende Bezugszahl 1 bis 6 eingetragen. Plunger mit ungerader Bezugszahl 1, 3 oder 5 gehören zur Gruppe A und fördern in den Fig. la, lb und 2 nach oben, während Plunger mit gerader Bezugszahl 2, 4 oder 6 zur Gruppe B gehören und nach unten fördern. Das quadratische Plungersymbol in dem jeweiligen Kreis über oder unter der Plunger-Bezugszahl stellt die Wirkrichtung des betreffenden Plungers dar. Unter Druck stehende, fördernde Plunger sind durch Schraffur gekennzeichnet. Plunger ohne Schraffur befinden sich im Saughub und sind druckfrei.
Im obersten Diagramm der Fig. 7 sind über dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle von 0 bis 360° die Geschwindigkeitskurven gl bis g6 der einzelnen Plunger 1 bis 6 dargestellt, wobei der Bezug zum jeweiligen Plunger durch dessen Bezugszahl gekennzeichnet ist. So gehört die Kurve gl zu Plunger 1, die Kurve g2 zum Plunger 2 usw.
Plunger im oberen Totpunkt OT oder unteren Totpunkt UT haben die Geschwindigkeit Null, kreuzen also die Kurbelwinkelachse x. Hier beginnt bzw. endet der Förderprozess. Beispiels- weise befindet sich der Plunger 1 bei Kurbelwinkel Null im UT und beginnt mit zunehmender Fördermenge zu fördern. Der Plunger 2 befindet sich bei Kurbelwinkel Null bereits in Förderzustand mit zunehmender Fördermenge. Bei Kurbel vinkel 60° gemäß Fig. 6b befindet sich der P lunger 3 im oberen Totpunkt OT und die Geschwindigkeitskurve g3 schneidet die Kurbelwinkelachse abfallend, während Plunger 2 die maximale Geschwindigkeit erreicht und maximal fördert. Bei 90° fördert Plunger 1 bei höchster Geschwindigkeit maximal, während der Plunger 6 die Geschwindigkeit 0 m/s im OT erreicht hat usw.
Die Kurve f im mittleren Diagramm von Fig. 7 zeigt das periodische Schwanken der mit einer Verdrängerpumpe gemäß den Fig. 1 bis 5 erzielten Fördermenge 1/min zwischen ca. 1550 1/min und 1610 1/min.
Schließlich zeigt die Kurve d im untersten Diagramm der Fig. 7 die Druckpulsation der geförderten Flüssigkeit, die etwa zwischen 375 bar Mindestdruck und 400 bar Höchstdruck schwankt. Dies stellt eine sehr niedrige Druckpulsation dar, die kleiner als mit einer her- kömmlichen Verdrängerpumpe mit sieben Plungern in Reihe erzielbar ist.
In den Fig. 8 und 9 ist eine alternative Verdrängereinrichtung dargestellt, wobei die Fig. 9 die rechte Hälfte der Einrichtung nach Fig. 8 in einer Seitenansicht entsprechend Fig. la zeigt. Für gleiche oder gleichwirkende Teile sind in den Fig. 8 und 9 gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 6 verwendet.
Wie Fig. 8 zeigt, besitzt die Verdrängereinrichtung einen Elektromotor 30 als Antrieb, dessen durchgehende Abtriebswelle (nicht sichtbar) mit ihren Abtriebswellenenden 34 je an eine Kurbelwelle 10 einer eigenen Verdrängerpumpe 31, 32 angekoppelt sind. So entsteht eine Einheit aus einem zentralen Antrieb 30 und damit fluchtend zwei Verdrängerpumpen 31, 32, welche fliegend am Motor 30 angebracht sind. Jede Verdrängerpumpe hat eine Plungergruppe A mit drei in Reihe angeordneten Plungern, nämlich Gruppe A mit Plungern 1, 3, 5 (links in Fig. 8) und Gruppe B mit Plungern 2, 4, 6 (rechts vom Elektromotor 30 in Fig. 8 und 9). Sämtliche Plunger 1, 3, 5 und 2, 4, 6 sind jeweils in Reihe und in einer gleichen vertikalen Ebene E angeordnet. Die Kurbelzapfen 11, 13, 15 der Kurbelwelle 10 der Gruppe A sind gemäß Fig. 4 in der gleichen Ebene E wie die Plunger 1, 3, 5 angeordnet. Jedoch sind die Kurbelzapfen 12, 14, 16 der Kurbelwelle 10 der Gruppe B wie in Fig. 5 um einen Versatzwinkel ß = 30° versetzt auf der zweiten Kurbelwelle 10 angeordnet. Aufgrund dieses Versatzes lässt sich mit einer Verdrängereinrichtung gemäß den Fig. 8 und 9 ebenfalls eine niedrigere Druckpulsation erzielen als mit einer herkömmlichen Verdrängerpumpe mit ungerader Plunger anzahl.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt. So kann jede Plunger- gruppe einer Ausführung gemäß den Fig. 1 bis 9 auch mehr als drei Plunger für jede Gruppe haben. Es sind auch mehr als drei Kurbelzapfenanordnungen um eine gemeinsame Kurbelwelle gleichmäßig verteilt möglich, z.B. vier Kurbelzapfen, die um einen Winkelabstand von α = 90° um den Umfang der Kurbelwelle verteilt sind. Der Versatzwinkel ß kann auch kleiner oder größer als 30° sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
A, B Plungergruppe
1 bis 6 Verdrängerkörper, Plunger
10 Kurbelwelle
11 bis 16 Kurbelzapfen
17 Antriebsende
18, 19 Lagerbund
20 Pleuel
21 Kreuzkopf
α Winlielabstand der Plunger einer Gruppe
ß Versatzwinkel der Kurbelzapfen einer Gruppe zu denjenigen der anderen
Gruppe
γ Gruppen-Versatzwinkel der Plungergruppen
30 Elektromotor
31, 32 Verdrängerpumpe
34 Abtriebswellenende
E, F Ebene
x Kurbelwinkelachse
f Fördermengen-Kurve
d Druckpulsationskurve
gl bis g6 Geschwindigkeitskurven

Claims

Patentansprüche
Verdrängereinrichtung für Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, mit linear beweglichen, in die Verdrängereinrichtung eintauchenden, Verdrängerkörpern (1 bis 6) jeweils über eine Pleuelstange (20) an Kurbelzapfen (11 bis 16) einer fremdangetriebenen Kurbelwelle (10) angeschlossen sind, wobei
mindestens zwei Gruppen (A; B) Verdrängerkörper (1 bis 6) vorgesehen sind, alle Gruppen jeweils eine gleiche Anzahl Verdrängerkörper aufweisen, die Kurbelzapfen (11 bis 16) für die Verdrängerkörper (1 bis 6) in gleichen Winkelabständen (a) um die Kurbelwelle (10) herum verteilt angeordnet sind, die einer Gruppe (B) zugeordneten Kurbelzapfen (12, 14, 16) zu denjenigen (11, 13, 15) der anderen Gruppen (B) jeweils um einen Versatzwinkel (ß) versetzt um die Kurbelwelle (10) angeordnet sind,
die Verdrängerkörper jeder Gruppe (B) in Achsrichtung der Kurbelwelle (10) versetzt zu denjenigen der übrigen Gruppen (A) angeordnet sind, und die Gruppen (A; B) Verdrängerkörper (1, 3, 5; 2, 4, 6)jeweils unter einem Gruppen- Versatzwinkel (γ) zueinander um die Kurbelwelle (10) versetzt angeordnet sind.
Verdrängereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gruppen (A; B) Verdrängerkörper (1, 3, 5; 2, 4, 6) vorgesehen sind, und dass die Verdrängerkörper (2, 4, 6) der einen Gruppe (B) in Achsrichtung der Kurbelwelle (10) abwechselnd mit den Verdrängerkörpern (1, 3, 5) der anderen Gruppe (A) angeordnet sind.
Verdrängereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gruppen (A; B) Verdrängerkörper in Boxer-Anordnung angeordnet sind, wobei der Gruppen-Versatzwinkel (γ) 180° beträgt.
Verdrängereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe drei jeweils im Winkelabstand (a) von 120° angeordnete Verdrängerkörper (1, 3, 5; 2, 4, 6) aufweist.
Verdrängereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzwinkel (ß) 30° beträgt.
Verdrängereinrichtung für Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, mit linear beweglichen, in die Verdrängereinrichtung eintauchenden Verdrängerkörpern (1 bis 6) jeweils über eine Pleuelstange (20) an Kurbelzapfen (21) einer fremdangetriebenen Kurbelwelle (10) angeschlossen sind, wobei
ein Antrieb (30) mit zwei entgegengesetzten Abtriebswellenenden vorgesehen ist, an die je eine Kurbelwelle (10) einer Verdrängerpumpe (31, 32) gekoppelt ist, welche jeweils eine Gruppe (A; B) Verdrängerkörper (1 bis 6) aufweist,
die beiden Gruppen (A; B) Verdrängerkörper eine gleiche Anzahl Verdrängerkörper aufweisen,
die Kurbelzapfen (11 bis 16) für die Verdrängerkörper (A; B) jeder Gruppe in gleichen Winkelabständen (a) zueinander versetzt um die zugehörige Kurbelwelle (10) herum angeordnet sind, und
die Kurbelzapfen (12, 14, 16) der einen Gruppe (B) zu denjenigen (11, 13, 15) der anderen Gruppe (A) um einen Versatzwinkel (ß) versetzt um die zugehörige Kurbelwelle angeordnet sind.
Verdränger einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswellen und die Kurbelwellen miteinander fluchten.
Verdrängereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gruppen (A; B) Verdrängerkörper unter einen Gruppen- Versatzwinkel (γ) um die Kurbelwellen (10) versetzt angeordnet sind.
Verdrängereinrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe (A; B) drei Verdrängerkörper (1, 3, 5; 2, 4, 6) aufweist, die jeweils im Winkelabstand (a) von 120° um die zugehörige Kurbelwelle (10) verteilt angeordnet sind.
10. Verdrängereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzwinkel (ß) der Kurbelzapfen (11 bis 16) jeder Kurbelwelle (10) 30° beträgt.
11. Verdrängereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (30) ein Elektromotor ist.
12. Verdränger einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (30) zwei entgegengesetzte, miteinander fluchtende Abtriebs wellenenden (34) hat, welche die Endpartien einer durchgehenden Elektromotorwelle bilden.
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