DE3911278A1 - Plunger-pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatisch angetriebene Plunger-Pumpe, vorzugsweise von zwei gekoppelten Pumpenein­ heiten gebildete Duplex-Plunger-Pumpe für die Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fließfähi­ gen Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plunger­ kolben mit einer den Plungerkolben-Antrieb bildenden doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beaufschlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane erfolgt, wobei jeder Pumpeneinheit druckmittelbeaufschlagbare Einrichtungen zu­ geordnet sind, mittels derer der Plungerzylinder und der zugehörige, in der maximal ausgefahrenen Arbeitshub-Stel­ lung stehende Plungerkolben um ein solches Maß relativ zu­ einander zusätzlich auseinanderfahrbar sind, daß der Plun­ gerkolben vollständig aus dem Plungerzylinder herausgezogen ist.

Derartige Plunger-Pumpen haben sich insbesondere in Form von Duplex-Plunger-Pumpen mit zwei in senkrechter Nebenein­ anderlage, d. h. stehend angeordnete Zylinder, bewährt. Gegenüber bekannten, als Kolbenpumpen ausgebildete Spül­ pumpen oder Preßwasserpumpen (DE-AS 10 19 563) hat die Aus­ bildung der Pumpeneinheiten als Plunger-Pumpen den Vorteil, daß keine dem Verschleiß unterliegenden Kolbendichtungen vorgesehen sind. Lediglich die den Plungerkolben an der Austrittsseite aus dem Plungerzylinder abdichtenden Dich­ tungen sind dem Angriff des zu fördernden Mediums und somit dem Verschleiß ausgesetzt und müssen deshalb möglichst ein­ fach austauschbar angeordnet und/oder in besonderem Maße gegen Verschleiß geschützt ausgebildet werden. Beim Ausbau dieser Dichtungen ist es erforderlich, den Plungerkolben so weit aus dem Plungerzylinder herauszuziehen, daß die Dich­ tung nach dem Lösen aus dem Dichtungssitz im Plunger­ zylinder aus dem Spalt zwischen der freien Stirnfläche des Plungerkolbens und dem Plungerzylinder herausgenommen wer­ den kann. Bei der bekannten Plunger-Pumpe der eingangs erwähnten Art (DE-PS 34 28 629) wird das Herausziehen des Plungerkolbens aus dem Plungerzylinder beim Austausch der Dichtungen dadurch ermöglicht, daß die mit dem jeweiligen Plungerkolben gekoppelten und deren Antrieb bildenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils so ausge­ bildet sind, da sie einen maximalen Arbeitshub aufweisen, der gegenüber dem Arbeitshub des Plungerkolbens der jeweils angekoppelten Pumpeneinheit um ein solches Maß größer bemessen ist, daß der Plungerkolben erforderlichenfalls durch volles Ausfahren des maximalen Arbeitshubes der Kolben-Zylinder-Einheit vollständig aus dem zugeordneten Plungerzylinder herausgezogen wird. Beim normalen Arbeiten wird die Kolben-Zylinder-Einheit dagegen so angesteuert, daß sie nicht ihren maximalen möglichen, sondern einen dem erforderlichen Arbeitshub des Plungerkolbens entsprechenden Arbeitshub ausführt. Die bekannten Duplex-Plunger-Pumpen dieser Art haben aufgrund der geschilderten Möglichkeit, die Dichtung zwischen Plungerzylindern und Plungerkolben relativ einfach auszuwechseln, sogleich großes Interesse gefunden. Bei sehr großen und damit auch schweren Pumpen­ einheiten führt die aufgrund des vorzusehenden Überhubes erforderliche Vergrößerung der den Antrieb für den Plunger­ kolben bildenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit zu einer erheblichen Verteuerung, zumal auch die Steuerung der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten während des Normal­ betriebes derart, daß der Überhub nicht etwa versehentlich ausgeführt wird, zu einem komplexen Aufbau der hydrauli­ schen Schaltung für die Kolben-Zylinder-Einheiten führt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die bekannten Plunger-Pumpen so weiterzubilden, daß der Ausbau der den Plungerkolben im Plungerzylinder abdichtenden Dich­ tung auch bei größeren Pumpeneinheiten in vergleichbarer Weise einfach ausführbar ist, ohne daß die mit den Plunger­ kolben gekoppelten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten konstruktiv auf einem im Vergleich zum Arbeitshub des Plun­ gerkolbens vergrößerten Arbeitshub ausgelegt werden müssen und dementsprechend die hydraulische Schaltung zum Antrieb dieser Kolben-Zylinder-Einheiten entsprechend komplex wird.

Ausgehend von einer Plunger-Pumpe der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die druckmittelbeaufschlagbaren Einrichtungen für jeden Plungerkolben und Plungerzylinder wenigstens eine, vorzugs­ weise zwei oder mehr Zylindereinheit(en) aufweisen, deren Zylinder und freies Kolbenstangenende am zugeordneten Plungerzylinder einerseits und an einem starr mit dem Zylinder der den jeweiligen Plungerkolben antreibenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit verbundenen Bauteil angreift bzw. angreifen, wobei der beim Ausfahren der Kol­ benstange wirksame Arbeitsraum der Zylindereinheit(en) mit einer Druckmittelquelle verbindbar ist. Bei einem erforder­ lich werdenden Austausch der im Plungerzylinder vorge­ sehenen Dichtung wird dann also nicht der Plungerkolben zu­ sätzlich zu seinem maximalen Arbeitshub um ein weiteres Stück aus dem Plungerzylinder herausgezogen, sondern der Plungerzylinder wird durch die gesondert vorgesehene(n) druckmittelbeaufschlagbare Zylindereinheit(en) in eine die auszutauschende Dichtung zugänglich machenden Lage verscho­ ben, d. h. der Plungerzylinder wird von der restlichen Pumpeneinheit abgedrückt.

Der Zylinder der druckmittelbeaufschlagbaren Zylinderein­ heit(en) wird dabei an der Außenseite des jeweils zugeord­ neten Plungerzylinders der Pumpeneinheit angeordnet, wobei das freie Ende der Kolbenstange der jeweiligen Zylinderein­ heit(en) am zugewandten Zylinderdeckel der mit dem jeweili­ gen Plungerkolben gekoppelten hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit bzw. an einem mit diesem Zylinderdeckel starr verbundenen Bauteil angreift.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist bzw. sind die druckmittelbeaufschlagbare(n) Zylindereinheit(en) doppeltwirkend ausgebildet, so daß sie also nicht nur zum Abdrücken des Plungerzylinders bei der Demontage der Zylin­ derdichtung, sondern auch zum Zurückführen des Plunger­ zylinders nach erfolgtem Dichtungs-Austausch verwendbar sind, wobei dann der dem Zurückziehen der Kolbenstange zugeordnete Arbeitsraum jeder Zylindereinheit im Normal­ betrieb der Plunger-Pumpe an die Druckmittelquelle ange­ schlossen sein kann.

Vorzugsweise sind dem Plungerzylinder jeder Pumpeneinheit mehrere druckmittelbeaufschlagbare Zylindereinheiten mit etwa in gleichmäßigen Winkelabständen über den Umfang des Plungerzylinders versetzt angeordneten Zylindern zugeord­ net. Dadurch erfolgt nicht nur ein gleichmäßiges Abdrücken des Plungerzylinders vom Plungerkolben beim Dichtungsaus­ tausch, sondern es können auch Zylindereinheiten mit rela­ tiv geringen Durchmessern verwendet werden.

Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, die druckmittelbeauf­ schlagbaren Zylindereinheiten als Pneumatikzylinder auszu­ bilden, werden vorzugsweise hydraulische Zylindereinheiten verwendet, wodurch es dann möglich wird, die Arbeitsräume der hydraulischen Zylindereinheiten über zwischengeschal­ tete Schaltventile mit der hydraulischen Schaltung für die mit den Plungerkolben gekoppelten hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten zu verbinden. Die hydraulische Schaltung für die den Antrieb der Plungerkolben bildenden Kolben- Zylinder-Einheiten wird dadurch nicht wesentlich kompli­ ziert, da es lediglich erforderlich ist, die Zylinderein­ heiten über ein manuell betätigbares Zweiwege-Umschalt­ ventil mit der hydraulischen Schaltung zu verbinden.

Als besonders zweckmäßig hat sich dann eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher die Summe der im Normalbetrieb der Plunger-Pumpe vom Hydraulikmedium beaufschlagten wirksamen Kolbenflächen der hydraulischen Zylindereinheiten größer als die wirksame Kolbenfläche des Kolbens der mit dem jeweils zugeordneten Plungerkolben gekoppelten hydrauli­ schen Kolben-Zylinder-Einheit ist. Beim normalen Arbeiten der Duplex-Pumpe wird dann also von den Zylindereinheiten jeweils eine Kraft auf den Plungerzylinder ausgeübt, die in jedem Falle größer als die von der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit auf den Plungerkolben ausgeübte Antriebs­ kraft ist, so daß es also möglich ist, den Plungerzylinder ausschließlich durch die Kraft der Zylindereinheiten, d. h. ohne zusätzliche mechanische Verbindung mit der restlichen Pumpeneinheit zu koppeln.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, welche eine teilweise aufgebrochene und im auf­ gebrochenen Bereich im Mittelschnitt dargestellte, in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Plunger-Pumpe zeigt.

In der Zeichnungsfigur ist eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete, in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Pumpeneinheit einer Duplex-Plunger-Pumpe gezeigt. Nicht dargestellt ist die zweite, mit einer Phasenverschiebung von 180° angetriebene, im übrigen jedoch mit der Pumpen­ einheit 10 übereinstimmende Pumpeneinheit, ebenso wie die hydraulische Schaltung für den hydraulischen Antrieb der Pumpe.

Die Pumpeneinheit 10 ist aus der eigentlichen Förderpumpe 12 und einer am Plungerkolben 14 dieser Förderpumpe ange­ koppelten doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheit 16 zusammengesetzt. Der grundlegende Aufbau der Bauteile der Pumpeneinheit 10 ist weitgehend konventionell, so daß es genügt, die Ausgestaltung der Förderpumpe 12, der Kolben-Zylinder-Einheit 16 und ihre mechanische Kopplung nur kurz schematisch zu erläutern.

Die Förderpumpe 12 besteht aus einem Plungerzylinder 22, aus dessen stirnseitigem Ende der Plungerkolben 14 durch eine Dichtung 24 gegen den Austritt des zu fördernden Mediums abgedichtet und längsverschieblich hindurchgeführt ist. Im gegenüberliegenden stirnseitigen Ende ist die Saug­ leitung für das zu fördernde Medium über ein Rückschlag­ ventil 26 angeschlossen, welches ein Rückströmen des beim Saughub des Plungerkolbens 14 aus dem Plungerzylinder 22 in dessen Innenraum 28 angesaugten Fördermediums in die Saug­ leitung beim anschließenden Förder- oder Arbeitshub verhin­ dert. Vielmehr wird das zu fördernde Medium über eine in unmittelbarer Nähe der Dichtung 24 die Wandung des Plunger­ zylinders 22 durchsetzenden Austrittsöffnung 30 in eine nachgeschaltete (nicht gezeigte) Druckleitung verdrängt, wobei ein zweites, der Austrittsöffnung nachgeschaltetes - ebenfalls nicht gezeigtes - Rückschlagventil sicherstellt, daß das geförderte Medium beim nachfolgenden Saughub nicht wieder in den Innenraum 28 zurückgesaugt wird. Das Rück­ schlagventil kann dabei entsprechend dem Rückschlagventil 26 ausgebildet sein. Für beide Rückschlagventile können auch einfache Kugel-Rückschlagventile verwendet werden.

Am freien, d. h. aus dem Plungerzylinder 22 vortretenden Ende des Plungerkolbens 14 ist ein Ende einer Kolbenstange 38 befestigt, welche an ihrem anderen, abgedichtet durch einen Stirndeckel 40 des Zylinders 42 der Kolben-Zylinder- Einheit 16 geführten Ende den Kolben 20 trägt, welcher den Innenraum des Zylinders 42 in zwei größenveränderliche Arbeitsräume 44, 46 unterteilt. Diese Arbeitsräume 44, 46 sind über Durchlaßöffnungen im Stirndeckel 40 bzw. in einem das dem Stirndeckel 40 gegenüberliegende Ende des Zylinders 42 verschließenden Stirndeckel 51 an Leitungen einer nicht gezeigten Arbeitshydraulik angeschlossen, über welche abwechselnd Hydraulikmedium von einer Pumpe in die Arbeits­ räume 44, 46 eingespeist und wieder abgeführt wird. Der Plungerzylinder 22 der Förderpumpe 12 und der Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheit 16 sind mit fluchtenden Längs­ mittellinien in vorgegebenem Abstand voneinander gehalten, wobei dieser - etwa dem Arbeitshub des Plungerkolbens 14 entsprechende Abstand - durch zwei hintereinander­ geschaltete relativ zueinander und zu dem Plungerkolben 14 einerseits ebenso wie zur Kolbenstange 38 andererseits zentriert am Plungerzylinder 22 bzw. dem Stirndeckel 40 des Zylinders 42 abgestützte Distanzhülsen 48, 50 bestimmt wird, deren Wände von einer Anzahl von Durchgangsbohrungen 52 durchbrochen ist, durch welche die beim Saughub des Plungerkolbens 14 verdrängte Umgebungsluft austreten und beim Druckhub wieder eintreten kann.

Auf der Außenseite des Plungerzylinders 22 sind koaxial zu diesem in Umfangsrichtung zueinander versetzt die Zylinder 56 von vier doppeltwirkenden hydraulischen Zylinderein­ heiten 58 starr befestigt, von denen in der Zeichnung nur zwei unterhalb der Zeichnungsebene liegend zu denkende Zylindereinheiten 58 dargestellt sind. Die Kolbenstangen 60 dieser Zylindereinheiten 58 sind so weit in Richtung zur hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 16 verlängert, daß ihre freien Enden am Stirndeckel 40 der Kolben-Zylinder- Einheit 16 befestigbar sind. Diese in der Zeichnung nicht dargestellte Befestigung kann beispielsweise durch Ein­ schrauben eines am freien Kolbenstangenende vorgesehenen Gewindeabschnitts in komplementäre Gewindebohrungen im Stirndeckel 40 erfolgen, wofür an der Kolbenstange 60 Anflächungen 62 zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels an­ geschliffen sind.

Wie der in der Zeichnungsfigur auf der rechten Seite des Plungerzylinders 22 dargestellten, aufgebrochenen Zylinder­ einheit 58 zu entnehmen ist, sind die Kolben 64 der Zylin­ dereinheiten 58 durch Beaufschlagung des jeweils kolben­ stangenseitig im Innern des Zylinders 56 der Zylinderein­ heiten 58 gebildeten Arbeitsraums 66 mit Hydraulikmedium und Entlastung des kolbenstangenabgewandten Arbeitsraums in die in der Zeichnung unten liegende ganz eingezogene Stel­ lung verschoben. Dabei wird also über die äußere Verlänge­ rung der Kolbenstange 60 der Stirndeckel 40 und somit die Kolben-Zylinder-Einheit 16 insgesamt in Richtung zur Pumpeneinheit 10 gezogen. Die Abstandshülsen 48 und 50 stützen die Spannkraft der Zylindereinheiten 58 ab und halten die Pumpeneinheit 10 und die Kolben-Zylinder-Einheit 16 im vorgesehenen Abstand.

Wenn die dem Arbeitsraum 66 zugewandten wirksamen Kolben­ flächen der Kolben 64 der Zylindereinheiten 58 größer als die beim Arbeitshub wirksame Kolbenfläche des Kolbens 20 der Kolben-Zylinder-Einheit 16 sind, ist - bei Beaufschla­ gung der Arbeitsräume 66 der Zylindereinheiten 58 und des Arbeitsraums 46 der Kolben-Zylinder-Einheit 16 mit Hydrau­ likmedium gleichen Drucks, d. h. aus der selben Druckquelle - die von den Zylindern 58 ausgeübte resultierende Spann­ kraft größer als die über die Kolbenstange 38 der Kolben- Zylinder-Einheit 16 auf den Plungerkolben 14 übertragene, die Förderpumpe 12 und die Kolben-Zylinder-Einheit ausein­ anderzudrücken suchende Druckkraft. D. h. eine zusätzliche auf Zug belastbare Verbindung der Pumpeneinheit 10 und der Kolben-Zylinder-Einheit 16 ist dann nicht erforderlich, obwohl eine solche Verbindung - beispielsweise in Form von am Plungerzylinder 22 einerseits und am Stirndeckel 40 der Kolben-Zylinder-Einheit 16 andererseits lösbar befestigte Zugstangen auch vorgesehen sein kann und dann vorgesehen sein muß, wenn die Summe der von den Zylindereinheiten 58 erzeugten Spannkräfte kleiner als die von der Kolben- Zylinder-Einheit beim Arbeitshub erzeugte, auf den Plunger­ kolben 14 wirkende Druckkraft ist. Wenn die Dichtung 24 der Forderpumpe 12 aufgrund von Verschleiß ausgetauscht werden muß, muß der Plungerkolben 14 so weit aus dem Plungerzylinder 22 herausgezogen werden, daß die Dichtung 22 freikommt und ausbaubar wird. D. h. Der Plungerzylinder 14 muß bis über die untere Distanzhülse 58 hochgezogen wer­ den, damit diese Distanzhülse ausbaubar ist und so Zugang zur Dichtung 24 möglich wird. Hierzu wird so verfahren, daß zunächst der Plungerkolben bis in den oberen Totpunkt gezo­ gen wird, indem der Arbeitsraum 44 der Kolben-Zylinder-Ein­ heit 16 mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt und der Arbeitsraum 46 entlastet wird. Dann wird der Arbeitsraum 66 sämtlicher Zylindereinheiten 58 entlastet und die den Arbeitsräumen 66 gegenüberliegenden Arbeitsräume dieser Zylindereinheiten werden mit Druckmedium beaufschlagt. Dadurch werden die Kolben 64 aus der in der Zeichnung dar­ gestellten unteren Endlage in die obere Endlage verschoben, wodurch der Plungerzylinder 22 über die Kolbenstangen 60 von der Kolben-Zylinder-Einheit 16 abgedrückt wird. Der über die Kolbenstange 38 fest mit dem Kolben 20 der Kolben- Zylinder-Einheit 16 verbundene Plungerkolben 14 wird dabei dann um das gewünschte Maß aus dem Plungerzylinder 22 her­ ausgezogen, so daß der Distanzring 48 entfernbar und die Dichtung 24 zum Zweck des Austauschs gegen eine neue Dich­ tung 24 zugänglich ist.

Claims (8)

1. Hydrostatisch angetriebene Plunger-Pumpe, vorzugsweise von zwei gekoppelten Pumpeneinheiten gebildete Duplex- Plunger-Pumpe für die Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plungerkolben mit einer den Plungerkolben-Antrieb bildenden doppeltwirkenden hydrauli­ schen Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beauf­ schlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuer­ organe erfolgt, wobei jeder Pumpeneinheit druckmittelbeauf­ schlagbare Einrichtungen zugeordnet sind, mittels derer der Plungerzylinder und der zugehörige, in der maximal ausge­ fahrenen Arbeitshub-Stellung stehende Plungerkolben um ein solches Maß relativ zueinander zusätzlich auseinanderfahr­ bar sind, daß der Plungerkolben vollständig aus dem Plungerzylinder herausgezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbeaufschlagbaren Einrichtungen für jeden Plungerkolben (14) und Plungerzylinder (22) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr Zylindereinheit(en) (58) aufweisen, deren Zylinder (56) und deren freies Kolben­ stangenende am zugeordneten Plungerzylinder (22) einerseits und an einem starr mit dem Zylinder (42) der den jeweiligen Plungerkolben (14) antreibenden hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit (16) verbundenen Bauteil angreift bzw. an­ greifen, und daß der beim Ausfahren der Kolbenstange (60) wirksame Arbeitsraum der Zylindereinheit(en) (58) mit einer Druckmittelquelle verbindbar ist.

2. Plunger-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (56) der druckmittelbeaufschlagbaren Zylindereinheit(en) (58) an der Außenseite des Plunger­ zylinders (22) der zugeordneten Pumpeneinheit (10) angeord­ net ist bzw. sind, und daß das freie Ende der Kolbenstange der jeweiligen Zylindereinheit(en) am zugewandten Stirn­ deckel (40) der mit dem jeweiligen Plungerkolben (14) gekoppelten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (16) bzw. an einem mit diesem Stirndeckel (40) starr verbundenen Bau­ teil angreift.

3. Plunger-Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die druckmittelbeaufschlagbare(n) Zylinder­ einheit(en) (58) doppeltwirkend ausgebildet ist bzw. sind.

4. Plunger-Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Plunger-Pumpe der dem Zurückziehen der Kolbenstange (60) zugeordnete Arbeitsraum (66) jeder Zylindereinheit (58) an die Druckmittelquelle angeschlossen ist.

5. Plunger-Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Plungerzylinder (22) jeder Pumpen­ einheit (10) mehrere druckmittelbeaufschlagbare Zylinder­ einheiten (58) mit etwa in gleichmäßigen Winkelabständen über den Umfang des Plungerzylinders (22) versetzt angeord­ neten Zylindern (56) zugeordnet sind.

6. Plunger-Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die druckmittelbeaufschlagbaren Zylindereinheiten (58) hydraulische Zylindereinheiten sind.

7. Plunger-Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsräume der hydraulischen Zylindereinheiten (58) über zwischengeschaltete Schaltventile mit der hydrau­ lischen Schaltung für die mit den Plungerkolben (14) gekop­ pelten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten (16) ver­ bindbar sind.

8. Plunger-Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der im Normalbetrieb der Plunger-Pumpe vom Hydraulikmedium beauf­ schlagten wirksamen Kolbenflächen der hydraulischen Zylin­ dereinheiten (58) größer als die wirksame Kolbenfläche des Kolbens (20) der mit dem jeweils zugeordneten Plungerkolben (14) gekoppelten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (16) ist.