DE3448016C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine 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.

Hydrostatisch angetriebene Duplex-Kolbenpumpen dieser Art sind als Spülpumpen für Tiefbohranlagen oder Preß­ wasserpumpen bekannt (DE-AS 10 19 563), 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 Tauchkolbenpumpen, bei welchen keine dem Verschleiß unterliegenden Kolben­ dichtungen vorgesehen sind. Lediglich die den Plungerkolben an der Austrittsseite 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 mit den beiden Plungerkolben jeweils gekoppelten Kolben-Zylinder-Einheiten durch eine hydraulische Steuereinrichtung so zu koppeln, daß eine von der Art der zu fördernden Flüssigkeit und dem in dieser herrschenden Druckniveau unabhängige gleichmäßige Förderung unter optimaler Ausnutzung der Arbeitshübe der Einzeleinheiten der Duplex-Pumpe erzielt wird.

Ausgehend von einer Pumpe der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die hydraulischen Steuerorgane durch in Abhängigkeit von der Hubendstellung der Plungerkolben in einer Steuereinheit entwickelte elektrische Signale betätigte Steuerventile sind, daß die Steuereinheit mit zumindest die Hubendstellungen der Plungerkolben abtastenden elektrischen Sensoren verbunden ist, und daß die Steuerein­ heit eine Vergleichereinheit aufweist, in welcher die zeit­ liche Synchronisierung der Hubendstellungen 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-Zylinder-Einheit so lange vermindert oder gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben seine Hubendstellung erreicht hat. Dadurch wird sichergestellt, daß beide Plunger- Förderpumpen in jedem Falle jeweils den vollen Arbeits­ hub ausführen, und zwar auch dann, wenn aufgrund der äußeren Förderbedingungen - beispielsweise unterschiedlichem Gegendruck in dem zu förderndem Medium durch ungleichmäßiges Zusetzen der Pumpenkanäle - unterschiedliche Drücke in den Plungerpumpen auftreten oder auch bei Zurückbleiben der einen Kolben-Zylinder-Einheit infolge einer im Vergleich zur anderen Kolben-Zylinder-Einheit erhöhten Leckrate des Hydraulikmediums.

Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, die Hubmittelstellung der Plungerkolben abtastende, mit der Steuereinheit ver­ bundene 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 90° mit der erfindungsgemäßen Pumpe zum Zweck der Erhöhung der Förderleistung zusammengeschaltet ist.

Die den Plungerkolben zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten können grundsätzlich jeweils gesondert von einer unter Druck stehendes Hydraulikmedium liefernden Druckmittel­ quelle aus gesteuert beaufschlagt werden. Um den Steuerungs­ aufwand für gesonderte Steuerorgane für beide Kolben- Zylinder-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 Arbeits­ räume der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten durch eine Leitung direkt verbunden werden, während die von den Kolbenstangen durchsetzten Räume der Kolben-Zylinder- Einheiten 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-Zylinder- Einheiten jeweils an eine in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane Hydraulikmedium zuführenden bzw. ab­ führenden Leitung angeschlossen sind. Im ersterwähnten Fall wirkt das bei einem bestimmten Druck zugeführte Hydraulikmedium also auf die Kolbenringfläche der als Differentialzylinder ausgebildeten hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten. Gegenüber der in der zweiten Alternative vorgesehenen Beaufschlagung der vollen Kolbenfläche wird somit eine geringere hydrostatische Antriebskraft für die Plungerkolben erzeugt, wobei jedoch ein schnellerer Kolbenhub erfolgt, da die von den Kolbenstangen durch­ setzten 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 hydraulischen Koppelung der Kolben-Zylinder-Einheiten wird die erste Alternative also zweckmäßig dann angewandt, wenn hohe Fördermengen bei geringeren Drücken angestrebt werden, während 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 Arbeitsräume beider Kolben-Zylinder-Einheiten direkt verbindenden Leitung oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume ist zweck­ mäßig 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 gegen Durchströmung verschließbar ist. Durch über die Ausgleichs­ leitung zu- oder abgeführtes Hydraulikmedium können deshalb eventuelle Leckverluste von Hydraulikmedium ausgeglichen werden, welche zu einem unsynchronen Antrieb beider Plunger­ kolben führen würden.

Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe kann so getroffen sein, daß die Plungerpumpen und die jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten zueinander fluchtend in einem dem maximal möglichen Arbeitshub der Kolben- Zylinder-Einheiten entsprechenden Abstand voneinander gehaltert und die Plungerkolben durch die diesen Abstand überbrückenden Kolbenstangen mit dem Kolben der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit ver­ bunden sind, wobei dann die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolbenstangen angeordneten Annäherungs­ schaltern 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 Kolben- Zylinder-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 hydrau­ lischen Kolben-Zylinder-Einheit durch Verwendung des sie koppelnden Bauteils als Funktionsteil sowohl der Plungerpumpe als auch der zugeordneten Kolben-Zylinder- Einheit 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 Kolben- Zylinder-Einheiten gleichzeitig den Plungerkolben der jeweils zugeordneten Plungerpumpe bilden.

Die Anordnung der elektrischen Sensoren für die Steuerung der Pumpe wird dann dadurch ermöglicht, daß die Kolbenstangen der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten im wesent­ lichen 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 plunger­ zylinderabgewandte Arbeitsraum der jeweiligen hydrau­ lischen 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 Kolben- Zylinder-Einheiten sowie gegebenenfalls einer Hub-Mittel­ stellung entsprechenden Abständen magnetisch auslösbare Schalter als elektrische Sensoren angeordnet sind, und daß in der Hohlbohrung ein Magnet vorgesehen ist, welcher die elektrischen Schalter in der jeweils zugeordneten Hub­ stellung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführbares und in ihr verarbeitbares Signal entwickelt.

Die magnetisch auslösbaren Schalter sind dabei zweck­ mäßig im unmagnetischen Rohr angeordnete Reed-Kontakte, welche durch ein nach ihrer Montage in das Rohr einge­ gossenes 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-Zylinder- Einheiten dargestellt ist;

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzel­ aggregat eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Plungerpumpe; und

Fig. 3 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzel­ aggregat eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plungerpumpe.

In Fig. 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Duplex-Tauchkolben- oder Plungerpumpe gezeigt, welche aus zwei parallel nebeneinander ange­ ordneten gleichartigen Einzel-Pumpeneinheiten 10 a und 10 b zusammengesetzt ist, die ihrerseits jeweils aus der eigentlichen Förderpumpe 12 a bzw. 12 b und je einer am Plungerkolben 14 dieser Förderpumpen angekoppelten doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 16 a bzw. 16 b zusammengesetzt sind. Die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, 16 b 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 12 a, b durch mechanische Drehantriebe, z. B. Kurbeltriebe, würde man von einer um 180° phasenversetzten Hubbewegung der Plungerkolben 14 sprechen.

Der Aufbau der Bauteile der Einzel-Pumpeneinheiten 10 a, 10 b ist weitgehend konventionell, so daß es genügt, die Ausgestaltung der Förderpumpen 12 a, b der Kolben- Zylinder-Einheiten 16 a, b und ihre Koppelung nachstehend nur kurz schematisch zu erläutern.

Die Förderpumpen 12 a, b bestehen aus einem Plunger­ zylinder 22, aus dessen einem stirnseitigen Ende der Plungerkolben 14 durch Dichtungen 24 gegen den Austritt des zu fördernden Mediums abgedichtet und längsverschieb­ lich hindurchgeführt ist. Im gegenüberliegenden stirn­ seitigen Ende ist die Saugleitung für das zu fördernde Medium über ein Rückschlagventil 26 angeschlossen, welches ein Rückströmen der beim Saughub des Plunger­ kolbens 14 aus dem Plungerzylinder 22 in dessen Innen­ raum 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 nachge­ schaltete Druckleitung 32 verdrängt, wobei ein zweites, der Austrittsöffnung 30 nachgeschaltetes Rückschlagventil 34 sicherstellt, daß das geförderte Medium beim nach­ folgenden Saughub nicht wieder in den Innenraum 28 zurück­ gesaugt wird. Das Rückschlagventil 34 kann dabei - ebenso wie das Rückschlagventil 26 - als Kugelrückschlagventil ausgebildet sein.

Am freien, d. h. dem aus dem Plungerzylinder 22 vor­ tretenden 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 16 a, b 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 48 und 50 im Stirndeckel 40 bzw. in einem das dem Stirndeckel 40 gegenüberliegende Ende des Zylinders 42 verschließenden Stirndeckel 52 an Leitungen 54, 56 angeschlossen, über welche abwechselnd Hydraulik­ medium von der Pumpe 18 aus in die Arbeitsräume 44, 46 eingespeist und wieder abgeführt wird.

Die Plungerzylinder 22 der Förderpumpen 12 a, b und die Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, 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 eingeschweißte Längsstreben 62 gebildet wird. In dem in der Trägerkonstruktion gebildeten Zwischenraum oszillieren also die miteinander verbundenen Enden der Kolbenstangen 38 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 elek­ trische Sensoren in Form von berührungslos arbeitenden Näherungsschaltern 68 dient. Diese Näherungsschalter 68 sind in solcher Lage an den Längsträgern 62 gehaltert, daß vom Radialflansch 66 der jeweils zugeordneten Ver­ bindungsschelle 64 gerade dann ein elektrisches Steuer­ signal in ihnen erzeugt wird, wenn der zugehörige Plunger­ kolben 14 in der einen oder anderen Hubend- oder Totpunkt­ stellung steht. Der Abstand a zwischen den beiden äußersten Näherungsschaltern 68 einer Einzel-Pumpeneinheit 10 a, 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 strich­ punktiert 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 16 a, 16 b mit Hydraulikmedium gesteuert wird.

Die Länge der Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, 16 b ist so bemessen, daß der maximal mögliche Arbeits­ hub ihrer Kolben 20 um die Strecke b länger als der Arbeits­ hub a der Plungerkolben 14 ist. Der zusätzlich mögliche Hubweg b ist dabei so gewählt, daß der Plungerkolben 14 bei Ausnutzung des maximal möglichen Arbeitshubes a + b der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, 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 ausge­ tauscht 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-Zylinder- Einheiten 16 a, b erforderliche Hydraulikmedium wird von der oben erwähnten, von einem Motor 78 angetriebenen Hochdruckpumpe 18 geliefert, welche es aus einem Vorrats­ behälter 80 ansaugt und in eine zu einem elektromagnetisch schaltbaren Wegeventil 82 führende Leitung 84 ein­ speist, 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 Arbeitsräumen 44 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b führenden Durch­ laßöffnungen 48 verbunden. Je nach Schaltstellung des Ventils 82 wird das von der Pumpe 18 geförderte Hydraulik­ medium also in die Arbeitsräume 44 der Kolben-Zylinder- Einheit 16 a bzw. der Kolben-Zylinder-Einheit 16 b gefördert, wobei das Hydraulikmedium andererseits aus dem jeweils gerade nicht mit der Pumpe 18 verbundenen Arbeitsraum 44 zum Vorratsbehälter 80 zurückströmt. In einer dritten Schaltstellung 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 Kolben- Zylinder-Einheit von deren Kolben 20 aus dem gegenüber­ liegenden Arbeitsraum 46 verdrängte Hydraulikmedium zwangsläufig in den Arbeitsraum 46 der anderen Kolben- Zylinder-Einheit überströmt, deren Kolben 20 verschiebt, wobei das Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 44 dieser Kolben-Zylinder-Einheit verdrängt und zum Vorratsbehälter 80 zurückgefördert wird. Die hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheiten 16 a, 16 b 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 Kolben- Zylinder-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 16 a und 16 b 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-Zylinder- Einheit etwas zurückbleibt und somit der seinem Hubende zugeordnete Näherungsschalter 68 noch kein Signal an die Steuereinheit 72 liefert, wenn der dem Hubende des anderen Kolbens zugeordnete Näherungsschalter 68 bereits das Hub­ ende signalisiert hat. Wegen des Fehlens des zweiten Signals wird von der Steuereinheit deshalb auch noch kein Umschaltsignal 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 Aus­ gleichsleitung 94 angeschlossen, über welche solange Hydraulikmedium in den Arbeitsraum 44 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 Wege­ ventils 82 ausgelöst und die Kolben-Zylinder-Einheit in entgegengesetzter Hubrichtung mit Hydraulikmedium beauf­ schlagt. 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 ver­ bindet, welches von der Steuereinheit 72 aus über eine Signalleitung 97 elektromagnetisch betätigbar ist. Ein solches Betätigungssignal wird von der Steuereinheit 72 dann entwickelt, wenn von den Näherungsschaltern 68 lediglich einer das Erreichen der Totpunktstellung des Kolbens seiner Kolben-Zylinder-Einheit signalisiert. Das Schaltventil 98 wird durch dieses Signal dann aus der bisher geschlossenen in eine geöffnete Stellung umge­ schaltet, in welcher über das Schaltventil 96 zugeführtes, unter Druck stehendes Hydraulikmedium solange nachgespeist wird, bis auch der Kolben der zweiten Kolben-Zylinder- Einheit durch Erregung des ihm zugeordneten Näherungs­ schalters 68 an die Steuereinheit 72 meldet. Darauf hin­ zuweisen ist dabei noch, daß in der beschriebenen hydrau­ lischen Steueranlage nur die für die Steuerungsfunktion wesentlichen Schaltorgane 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.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine einer der Einzel-Pumpeneinheiten 10 a bzw. 10 b gemäß Fig. 1 funktionell entsprechenden Einzel-Pumpeneinheit 110, die also durch Zusammenschalten 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 in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel getroffenen Abwandlungen beschrieben, während es im übrigen genügt, auf die vorausgehende Beschreibung zu verweisen, zumal funktionell gleiche Teile der Pumpeneinheit 110 mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Pumpeneinheit 10 a, jedoch mit vorangestellter "1" bezeichnet sind.

Der grundlegende Unterschied der Pumpeneinheit 110 zur Pumpeneinheit 10 a liegt darin, daß die Kolben-Zylinder- Einheit 116 in umgekehrter Lage, d. h. mit von der Förder­ pumpe 112 wegweisender Kolbenstange 138 angeordnet ist, so daß ihr gleitend verschiebbar in den Plungerzylinder 122 eingreifender Zylinder 142 gleichzeitig den Plunger­ kolben 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) Träger­ konstruktion 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 in diese Hohlbohrung zusätzlich ein Rohr 147 geringeren Durch­ messers eingebracht ist, welches an seinen Enden in der Hohlbohrung abgedichtet eingesetzt ist und die Hohlbohrung in einen mittleren, zum Arbeitsraum 146 führenden Durch­ trittskanal und einen äußeren, im Querschnitt ring­ förmigen, zum Arbeitsraum 144 führenden Durchtritts­ kanal für Hydraulikmedium unterteilt.

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

Durch die teilweise ineinandergeschachtelte Anordnung der Kolben-Zylinder-Einheit 116 in der Förderpumpe 112 wird eine wesentliche Verringerung der Baulänge der Einzel- Pumpeneinheit 110 und somit einer aus zwei dieser Pumpen­ einheiten 110 aufgebauten Duplex-Pumpe erreicht.

Für das schematisch in Fig. 3 gezeigte weiter abgewandelte Ausführungsbeispiel einer Einzel-Pumpeneinheit 210 gilt sinngemäß das vorstehend zur Einzel-Pumpeneinheit 110 ausgeführte, wobei in diesem Falle jedoch die Kolben­ stange 238 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 gleichzeitig den im Plungerzylinder 222 oszillierenden Plungerkolben bildet. Auch in diesem Falle wird durch die Doppel­ funktion der Kolbenstange 238 Baulänge eingespart. Eine ins Einzel gehende Beschreibung der Bauelemente erübrigt sich wiederum, weil auch in diesem Fall funktionell gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bezeichnet sind, wobei in diesem Fall jedoch zusätzlich eine "2" vorangestellt ist.

Die Anordnung der von den Näherungsschaltern 68 bzw. 168 in den vorausgehenden Ausführungsbeispielen gebildeten elektrischen Sensoren erfolgt in diesem Falle innerhalb der Pumpeneinheit 210, wofür die Kolbenstange 238 über im wesentlichen ihre gesamte Länge mit einer Hohlbohrung 239 versehen ist, welche lediglich an dem im Plungerzylinder 222 liegenden Ende verschlossen ist, während sie an ihrem gegenüberliegenden Ende noch durch den Kolben 220 der Kolben-Zylinder-Einheit 216 hindurchgeführt ist. In dieser Hohlbohrung tritt ein Rohr 241 ein, welches den Arbeitsraum 246 durchsetzt, und in einer Bohrung in der diesen Arbeitsraum 246 stirnseitig verschließenden Stirnwand 252 befestigt ist. In diesem Rohr sind in geeigneten Abständen magnetisch betätigbare Annäherungsschalter 268 in Form von Reed-Kontakten ange­ ordnet und durch eine anschließend ausgehärtete Gießharz­ füllung 243 fixiert, welche auch die innerhalb des Rohrs 241 verlaufenden (nicht gezeigten) Abschnitte der Signal­ leitungen 270 zur (ebenfalls nicht gezeigten) Steuer­ einheit 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 Ring­ magneten 260, welcher also die Funktion der Radial­ flansche 66 bzw. 166 der vorstehend beschriebenen Aus­ führungsbeispiele übernimmt.

Festzuhalten ist weiter, daß auch bei den Ausführungsbei­ spielen gemäß Fig. 2 und 3 die Kolben-Zylinder-Einheiten 116 bzw. 216 einen maximal möglichen Arbeitshub 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 Austauschs der Dichtungen 124 bzw. 224 ermöglicht. Durch die elektrohydraulische Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheiten 116 bzw. 216 wird deren Kolben­ hub während des normalen Betriebs der Duplex-Plungerpumpen auf einen dem Arbeitshub der Plungerkolben im Plunger­ zylinder entsprechenden Arbeitshub beschränkt.

Erwähnt sei noch eine Möglichkeit, den Verschleiß der die Plungerkolben 14, 142, 238 im 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 Abhängig­ keit von dem augenblicklich gerade in der zu fördernden Flüssigkeit im Innenraum des Plungerzylinders herrschenden Druck zu steuern.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der vorstehend beschrie­ benen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind. So kann die Steuerung der hydraulischen Beaufschlagung der Arbeits­ räume 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 Synchroni­ sierung der gegenläufigen Kolbenhübe der Kolben-Zylinder- Einheiten erfolgt. Durch Vergleichen der in den elektrischen Sensoren in Abhängigkeit von der Hubstellung erzeugten elektrischen Signale in der Steuereinheit und entsprechen­ den Änderungen der Beaufschlagung der unsynchron laufenden Kolben-Zylinder-Einheiten mit Hydraulikmedium ist dies möglich. Auch die Zusammenfassung von zwei der beschrie­ benen Duplex-Plungerpumpen zu einem Pumpenaggregat verdoppelter Leistung ist möglich, wobei über die elektrischen Sensoren der entsprechend phasenversetzte Antrieb der beiden Pumpen synchronisiert wird.

Claims (16)

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 ge­ koppelt ist, deren Beaufschlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, 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 Steuer­ einheit (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 zeit­ liche Synchronisierung der Hubendstellungen beider Plungerkolben (14) verglichen und bei Zurückbleiben eines Plungerkolbens (14) ein Steuersignal für die angeordnete hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (16 a; 16 b) derart entwickelt wird, daß die Zufuhr von Hydraulikmedium zu der dem voreilenden Plunger­ kolben (14) zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheit (16 a; 16 b) solange vermindert oder gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben (14) seine Hubendstellung erreicht hat.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubmittelstellung der Plungerkolben (14) abtastende, mit der Steuereinheit (72) verbundene elektrische Sensoren (68) vorgesehen sind.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Plungerkolben (14) zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) durch Hintereinanderschaltung hydraulisch gekoppelt sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenstangenlosen Arbeitsräume (46) der Zylinder (42) der Kolben-Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) durch eine Leitung direkt verbunden sind, während die von den Kolbenstangen (38) durchsetzten Arbeitsräume (44) der Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils an einer in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung (88; 90) angeschlossen sind.

5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kolbenstangen (38) durchsetzten Arbeits­ räume (44) der Zylinder (42) der Kolben-Zylinder- Einheiten (16 a; 16 b) durch eine Leitung direkt ver­ bunden sind, während die kolbenstangenlosen Arbeits­ räume (46) der Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils an einer in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerorgane (82) Hydraulikmedium zuführenden bzw. abführenden Leitung angeschlossen sind.

6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der die Arbeitsräume (46) beider Kolben- Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) direkt verbindenden Leitung (56) oder wenigstens einem der durch diese Leitung verbundenen Arbeitsräume (46) eine Ausgleichs­ leitung (94) angeschlossen ist, welche über ein Wege­ ventil (98) von der Steuereinheit (72) gesteuert mit der das Hydraulikmedium zuführenden Leitung (88; 90) oder der das Hydraulikmedium abführenden Leitung (90; 88) verbindbar oder gegen Durchströmung verschließ­ bar ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Förderpumpen (12 a ; 12 b) und die jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) zueinander fluchtend in einem dem maximal möglichen Arbeitshub (a + b) der Kolben-Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) entsprechenden Abstand voneinander gehaltert und die Plungerkolben (14) durch die diesen Abstand überbrückenden Kolbenstangen (38) mit dem Kolben (20) der jeweils zugeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheit (16 a; 16 b) verbunden sind, und daß die elektrischen Sensoren von unmittelbar neben den Kolben­ stangen (38) angeordneten Annäherungsschaltern (68) gebildet werden, welche durch einen auf der jeweiligen Kolbenstange (38) vorgesehenen Auslöser (Radialflansch 66) geschaltet werden.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Förderpumpen (112; 212) und der jeweils zuge­ ordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (116; 216) durch Verwendung des sie koppelnden Bauteils als Funktionsteil sowohl der Förderpumpe (112; 212) als auch der zugeordneten Kolben-Zylinder- Einheit (116; 216) verringert ist.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (142) der hydraulischen Kolben-Zylinder Einheiten (116) gleichzeitig als Plungerkolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (112) ausgebildet ist.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Sensoren (168 ) neben dem Hubweg der Zylinder (142) der Kolben-Zylinder-Einheiten (116) angeordnete Annäherungsschalter (168) sind, welche durch einen von der Außenseite des jeweiligen Zylinders (142) vortretenden Auslöser (Radialflansch 166) geschaltet werden.

11. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (238) der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten (216) gleichzeitig den Plunger­ kolben der jeweils zugeordneten Förderpumpe (212) bilden.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (238) der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten (216) im wesentlichen über ihre gesamte Länge hohlgebohrt und lediglich an dem im Plungerzylinder (222) liegenden Ende verschlossen sind, während die Hohlbohrung (239) am gegenüber­ liegenden Ende durch den Kolben (220) der Kolben- Zylinder-Einheiten (216) hindurchgeführt ist und im plungerzylinderabgewandten Arbeitsraum (246) der Kolben-Zylinder-Einheit (216) offen mündet, daß der plungerzylinderabgewandte Arbeitsraum (246 ) der jeweiligen hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (216) von einem in der diesen Arbeitsraum (246) am kolbenabgewandten Ende verschließenden Stirnwand (252) gehalterten, in die Hohlbohrung (239) ein­ tretenden Rohr (241) aus unmagnetischem Material durchsetzt wird, in welchem in den Totpunkten der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (216) sowie gegebenenfalls einer Hub-Mittelstellung entsprechenden Abständen magnetisch auslösbare Schalter (268) als elektrische Sensoren angeordnet sind, und daß in der Hohlbohrung ein Magnet (266) vorgesehen ist, welcher die elektrischen Schalter (268) in der jeweils zugeordneten Hubstellung auslöst und so ein der Steuereinheit zuführbares elektrisches Signal entwickelt.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268) im un­ magnetischen Rohr angeordnete Reed-Kontakte sind.

14. Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetisch auslösbaren Schalter (268) im unmagnetischen Rohr durch ein ausge­ härtetes Gießharz (243) fixiert sind.

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

16. Pumpe nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Druck-Steuervorrichtung für die Sperrflüssigkeit, welche den Druck der Sperrflüssigkeit in proportionaler Abhängigkeit von dem im zu fördernden Medium augen­ blicklich herrschenden Druck steuert.