DE3535175A1 - Verfahren zur steuerung hydrostatisch angetriebener duplex-plunger-pumpen und hydrostatisch angetriebene duplex-plunger-pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von hydrostatisch angetriebenen Duplex-Plunger-Pumpen für die Förderung von Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, wobei jeder Plungerkolben mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beaufschlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuer­ organe derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegensinnige Hubbewegungen ausführen, wobei die hydraulischen Steuerorgane durch in Abhängigkeit von der Stellung der Plungerkolben entwickelte elektrische Steuersignale betätigt werden. Außerdem befaßt sich die Erfindung mit einer hydrostatisch angetriebenen Duplex-Plunger-Pumpe.

Hydrostatisch angetriebene Duplex-Kolben-Pumpen sind als Spülpumpen für Tiefbohranlagen oder Preßwasser­ pumpen 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 vorgesehen - an sich bekannten - Plunger- oder Tauchkolbenpumpen, bei welchen keine dem Verschleiß unterliegenden Kolbendichtungen vorgesehen sind. Lediglich die den Plungerkolben an der Austritts­ seite aus dem Plungerzylinder abdichtenden Dichtungen sind dem Angriff des zu fördernden Mediums und somit dem Verschleiß ausgesetzt, weshalb sie möglichst einfach austauschbar angeordnet und/oder in besonderer Weise gegen Verschleiß geschützt ausgebildet werden müssen. Die Betätigung der die Beaufschlagung der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten mit Hydraulikmedium steuernden Steuerventile erfolgt bei dieser bekannten Duplex-Kolben- Pumpe mechanisch, indem die Steuerbewegungen von der Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheiten abgegriffen und bei Annäherung an die Hubendstellungen über ein Gestänge auf die Steuerventile übertragen werden. Es ist klar, daß eine derartige mechanische Ventil­ betätigung nicht so exakt ausgebildet und eingestellt werden kann, daß der Antrieb der beiden Kolben-Zylinder- Einheiten und somit der Arbeitskolben der eigentlichen Förderpumpe völlig synchron erfolgt, zumal die in hydraulischen Systemen unvermeidlichen Leckverluste in der jeweils gerade mit Hochdruck beaufschlagten Kolben-Zylinder-Einheit noch von der absoluten Höhe des augenblicklich herrschenden Drucks abhängen und dieser sich je nach den betrieblichen Anforderungen ändern kann. Der Mengenstrom des Fördermediums kann seine absolute Größe also periodisch oder auch unregelmäßig ändern, was Druckstöße in dem der Förderpumpe nachgeschalteten Rohrleitungssystem auslösen und dadurch - im schlimmsten Fall - auch zu Beschädigungen führen kann.

Um die Synchronisation der Kolben-Zylinder-Einheiten zu verbessern und somit auch die von den Arbeitskolben der eigentlichen Förderpumpen geförderte Fördermenge zu vergleichmäßigen, sind vom Anmelder hydrostatisch angetriebene Duplex-Plunger-Pumpen entwickelt worden, bei denen die Ansteuerung der hydraulischen Steuer­ organe in der eingangs erwähnten Weise durch elektrische Steuersignale erfolgt. Gemäß einem - bisher nicht veröffentlichten - Vorschlag des Anmelders (Patentanmeldung P 34 28 629.2) werden die hydraulischen Steuerorgane dabei durch in Abhängigkeit von der Hubstellung der Plungerkolben in einer Steuereinheit entwickelte elektrische Signale betätigte Steuerventile gebildet, wobei die Steuereinheit mit zumindest die Hubendstellungen der Plungerkolben abtastenden elektrischen Sensoren verbunden ist und eine Vergleichereinheit aufweist, in welcher die zeitliche Synchronisierung der Hubend­ stellung beider Plungerkolben verglichen und bei Zurück­ bleiben 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 voll­ ständig gesperrt wird, bis der nacheilende Plungerkolben seine Hubendstellung erreicht hat. Dabei wird zusätzlich die Anordnung von elektrischen Sensoren in der Hubmittel­ stellung in Betracht gezogen, und die Plungerkolben auch bezüglich des Erreichens der Hubmittelstellung zu synchronisieren, wobei diese Sensoren außerdem die Synchronisierung mit einer weiteren gleichartigen Duplex-Pumpe ermöglichen, welche unter Phasenver­ setzung ihrer Hübe um 90° mit der Pumpe zum Zweck der Erhöhung der Förderleistung zusammengeschaltet ist. Durch die Steuerung der Beaufschlagung der Kolben- Zylinder-Einheiten derart, daß die Hubendstellungen und - gegebenenfalls - die Hubmittelstellung synchronisiert wird, wird bereits eine wesentliche Vergleichsmäßigung des Mengenstroms des Fördermediums erreicht und so Schwierigkeiten der mechanisch gesteuerten älteren Kolbenpumpen vermieden. Eine Änderung der Förder­ charakteristik ist mit dieser Steuerung aber - ebenso wie mit der mechanischen Ansteuerung der Steuerventile - nicht verwirklichbar.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Antrieb der Plungerkolben kontinuierlich zu synchronisieren und darüber hinaus die Möglichkeit zu eröffnen, die Fördercharakteristik der Pumpe einer gewünschten Förder­ charakteristik anzupassen.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hub der Plungerkolben kontinuierlich gemessen und der jeweils von den Plungerkolben geförderte Einzel- und/oder Gesamt-Mengenstrom errechnet wird, und daß die errechneten Mengenströme kontinuierlich miteinander und/oder mit einem Soll-Mengenstrom vorgegebener Fördercharakteristik verglichen und gegebenenfalls errechnete Abweichungen der Mengenströme zu Steuer­ signalen entwickelt werden, mit welchen die hydraulischen Steuerorgane im Sinne einer Korrektur der Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten angesteuert werden.

Wegstrecken-Meßeinrichtungen, mit denen die exakte Positionierung eines oszillierenden Bauteils gemessen werden kann und die Messung in Form eines weg­ proportionalen elektrischen Signals ausgegeben wird, stehen seit einiger Zeit zur Verfügung und können somit zum Aufbau einer entsprechend steuerbaren Duplex- Plunger-Pumpe verwendet werden, deren Ausgestaltung dann erfindungsgemäß so getroffen ist, daß jedem der Plungerkolben eine Wegstrecken-Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von hubproportionalen, einer Steuereinheit zuzuführenden elektrischen Meßsignalen zugeordnet ist, und daß die Steuereinheit einen Prozeß­ rechner mit einer Vergleicherschaltung aufweist, in welcher die aus den Meßsignalen errechneten Mengenströme des in den einzelnen Plungerkolben geförderten Fördermediums und/oder des Gesamt-Mengenstroms miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Sollmengenstrom verglichen werden, wobei festgestellte Abweichungen zu elektrischen Steuer­ signalen für die Betätigung der hydraulischen Steuer­ organe im Sinne einer die Abweichungen korrigierenden Nachsteuerung der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten entwickelt werden. Im konstruktiven, d. h. mechanischen Aufbau können die Pumpen dabei entsprechend den in obenerwähntem, nicht vorveröffentlichten Vorschlag des Anmelders beschriebenen Pumpen ausgestaltet sein, wobei lediglich an die Stelle der Einzelsensoren die wegproportionale Meßsignale erzeugenden Wegstrecken- Meßeinrichtungen in geeigneter Weise in den Antriebs­ mechanismus integriert und die Steuereinheit durch einen Prozeßrechner ergänzt wird.

Als Quelle für das zur Beaufschlagung der Kolben-Zylinder- Einheiten dienende Hydraulikmedium, wird zweckmäßig eine von der Steuereinheit aus stufenlos mengensteuerbare Hydraulikpumpe vorgesehen.

Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, in den das Hydraulikmedium zu den Kolben-Zylinder-Einheiten führenden und/oder von ihnen abführenden Leitungen wenigstens ein von der Steuereinheit aus stufenlos steuerbares Drossel­ organ und/oder einen Mengenteiler vorzusehen. Auf diese Weise können dann Anpassungen der Fördercharakteristik der erfindungsgemäßen Pumpe an eine vorgegebene Förder­ charakteristik exakt gesteuert werden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung 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 Einzelaggregat eines zweiten Ausführungs­ beispiels einer im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Duplex-Plunger-Pumpe; und

Fig. 3 einen Längsmittelschnitt durch ein Einzel­ aggregat eines abgewandelten Ausführungs­ beispiels einer Duplex-Plunger-Pumpe.

In Fig. 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Duplex-Tauchkolben- oder Plungerpumpe gezeigt, welche aus zwei parallel nebeneinander angeordneten 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, 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, 12 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, 16 b und ihre Koppelung nach­ stehend 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 des beim Saughub des Plunger­ kolbens 14 aus dem Plungerzylinder 12 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 unmittelbaren Nähe der Dichtungen 24 die Wandung des Plungerzylinders 22 durchsetzenden Austrittsöffnungen 30 in eine nachgeschaltete Druckleitung 32 verdrängt, wobei ein zweites, der Austrittsöffnung 30 nachgeschaltetes Rückschlagventil 34 sicherstellt, daß das geförderte Medium beim nachfolgenden Saughub nicht wieder in den Innenraum 28 zurückgesaugt wird. Das Rückschlagventil 34 kann dabei - ebenso wie das Rückschlagventil 26 - als Kugel-Rückschlagventil ausgebildet sein.

Am freien, d. h. dem aus dem Plungerzylinder 22 vortretenden Ende des Plungerkolbens 14 ist das eine Ende einer Kolben­ stange 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 Durch­ laßöffnungen 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 Hydraulikmedium von der Pumpe 18 aus in die Arbeitsräume 44, 46 eingespeist und wieder abgeführt wird.

Die Plunger-Zylinder 22 der Förderpumpen 12 a, b und die Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b sind mit fluchtenden Längsmittellinien in vorgegebenem Abstand voreinander in einer Tragkonstruktion angeordnet, die im gezeigten Fall von je einer, die Plunger-Zylinder 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 Träger­ konstruktion 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 erfolgt, der den verschieblichen Teil einer in Fig. 1 nur schematisch als Maßstab dargestellten Wegstrecken-Meßeinrichtung 67 trägt, welche in Abhängigkeit von der Stellung des Flansches 66 und somit des Hubes der Kolben 14 und 20 wegproportionale Meßsignale über einen Anschluß 68 und eine Leitung 70 einer Steuereinheit 72 zu­ führt, von welcher aus die Beaufschlagung der Kolben- Zylinder-Einheiten 16 a, b mit Hydraulikmedium gesteuert wird.

Die Länge der Zylinder 42 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b ist so bemessen, daß der maximal mögliche Arbeits­ hub ihrer Kolben 20 um die Strecke b länger als der Arbeitshub a der Plungerkolben 14 ist. Der zusätzlich mögliche Hubweg b ist dabei so gewählt, daß der Plunger­ kolben 14 bei Ausnutzung des maximal möglichen Arbeits­ hubes a + b der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b voll­ ständig aus dem zugehörigen Plungerzylinder 22 heraus­ gezogen wird. Dies kann beispielsweise dann erforderlich werden, wenn die die Plungerkolben 14 in den zugeordneten Plunger-Zylindern 22 abdichtenden Dichtungen 24 wegen Verschleißes ausgetauscht werden müssen. Beim normalen Betrieb erfolgt die Steuerung jedoch so, daß auch in den Kolben-Zylinder-Einheiten nur der normale Hubweg a zurückgelegt wird.

Das für die Beaufschlagung der hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheiten 16 a, b erforderliche Hydraulikmedium wird von der obenerwähnten, von einem Motor 78 angetriebenen, über eine Signalleitung 79 von der Steuereinheit 72 aus stufenlos fördermengenveränderlichen Hochdruckpumpe 18 geliefert, welche es aus einem Vorratsbehälter 80 ansaugt und in eine zu einem elektromagnetisch schaltbaren Wege­ ventil 82 führende Leitung 84 einspeist, von dem andererseits eine Leitung 86 zum Vorratsbehälter 80 zurückführt. Das Wegeventil 82 ist beim dargestellten Ausführungsbei­ spiel andererseits über Leitungen 88 und 90 mit den zu den Arbeitsräumen 44 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b führenden Durchlaßöffnungen 48 verbunden. Je nach Schalt­ stellung des Ventils 82 wird das von der Pumpe 18 geförderte Hydraulikmedium 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 Arbeits­ räumen 44 gegenüberliegenden Arbeitsräumen 46 der Kolben-Zylinder-Einheiten sind dagegen direkt durch die Leitung 56 verbunden, so daß also das bei Beaufschlagung des Arbeitsraumes 44 der einen Kolben-Zylinder-Einheit von deren Kolben 20 aus dem gegenüberliegenden Arbeits­ raum 46 verdrängte Hydraulikmedium zwangsläufig in den Arbeitsraum 46 der anderen Kolben-Zylinder-Einheit über­ strömt und deren Kolben 20 verschiebt, wobei das Hydraulik­ medium aus dem Arbeitsraum 44 dieser Kolben-Zylinder­ Einheit verdrängt und zum Vorratsbehälter 80 zurückgefördert wird. Die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b sind also über die Leitung 56 im Sinne einer Hinterein­ anderschaltung 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 - zumindest im Normfall - jeweils dann erfolgt, wenn von den Wegestrecken- Meßeinrichtungen 67 signalisiert wird, daß die Kolben 20 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b jeweils die entgegen­ gesetzten 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 die ihm zugeordnete Wegstrecken- Meßeinrichtung 67 dies der Steuereinheit 72 signalisiert. Durch einen in der Steuereinheit vorgesehenen (nicht gezeigten) Prozeßrechner werden die von den Wegstrecken- Meßeinrichtungen gelieferten Meßsignale verglichen und die erforderliche Nachsteuerung des zurückgebliebenen Kolbens 20 errechnet. Die Nachsteuerung erfolgt dann durch Einspeisung von Hydraulikmedium in eine an die Leitung 56 angeschlossene Ausgleichsleitung 94, über welche ständig so viel Hydraulikmedium in die Leitung 56 und somit den Arbeitsraum der nacheilenden Kolben-Zylinder- Einheit nachgespeist wird, daß die Kolben 20 synchron laufen und gleichzeitig ihre (entgegengesetzten) Hubendstellungen erreichen. Die Steuerung der Nachspeisung von Hydraulikmedium über die Ausgleichsleitung 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 jeweils die gerade unter höherem Druck stehende Leitung 88 bzw. 90 mit dem zweiten Schaltventil 98 verbindet, welches von der Steuereinheit 72 aus über eine Signalleitung 97 elektro­ magnetisch betätigbar ist. Ein solches Betätigungssignal wird von der Steuereinheit 72 dann entwickelt, wenn im Prozeßrechner das Zurückbleiben des Kolbens einer der Kolben-Zylinder-Einheiten signalisiert wird. Das Schalt­ ventil 98 wird durch dieses Signal dann aus der bisher geschlossenen in eine geöffnete Stellung umgeschaltet, in welcher über das Steuerventil 96 zugeführtes, unter Druck stehendes Hydraulikmedium in der erforderlichen Menge nachgespeist wird, wobei für eine feinfühlige Dosierung des nachzuspeisenden Hydraulikmediums ein von der Steuereinheit aus in der Drosselwirkung veränderbares Drosselorgan 99 in die Ausgleichsleitung 94 eingeschaltet ist.

Die kontinuierliche Messung der Kolbenhübe durch die Weg­ strecken-Meßeinrichtung 67 ermöglicht aber auch die ständige Berechnung des augenblicklichen Mengenstroms des von der Plungerpumpe gelieferten Fördermediums und einen rechnerischen Vergleich mit einer augenblicklichen Soll­ menge eines in den Prozeßrechner eingegebenen Fördermengen­ stroms vorbestimmter Charakteristik. Bei Abweichungen des errechneten tatsächlichen Mengenstroms vom Sollmengen­ strom können dann in der Steuereinrichtung 72 Signale zur Nachsteuerung der Beaufschlagung der jeweils gerade wirksamen Kolben-Zylinder-Einheit mit Hydraulikmedium erzeugt werden. Ist die Fördermenge beispielsweise zu gering, kann die Hydraulikpumpe 18 so angesteuert werden, daß sie eine entsprechend höhere Menge von Hydraulikmedium fördert. Auch eine Veränderung der Fördercharakteristik ist durch Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 a, b mit unterschiedlichen Mengen von Hydraulikmedium möglich, wozu wiederum über die Wegeventile 96, 98 und das Drosselorgan 99 gesteuert Hydraulikmedium nachgespeist oder aber auch zum Vorratsbehälter 80 abgelassen werden kann. Es ist also somit auch möglich, die in Kolbenpumpen mit niedrigen Zylinderzahlen auftretenden Pulsationen im Förderstrom durch entsprechende Steuerung der Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten steuerungs­ technisch auszugleichen.

Darauf hinzuweisen ist noch, daß in der beschriebenen hydraulischen Steueranlage nur die für die Steuerungs­ funktion der speziellen Schaltung wesentlichen Schalt­ organe beschrieben wurden, während die in hydraulischen Schaltungen zur Absicherung üblichen Überdruckventile, Filter u. dgl. der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt und beschrieben sind.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine einer der Einzel-Pumpen-Einheiten 10 a bzw. 10 b gemäß Fig. 1 funktionell entsprechende Einzel-Pumpen-Einheit 110, die also durch Zusammenschalten mit einer gleichartigen Pumpeneinheit 110 in der vorstehend geschilderten Weise eine erfindungsgemäße Duplex-Plunger-Pumpe 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 voraus­ gehende Beschreibung zu verweisen, zumal funktionell gleiche Teile der Pumpeneinheit 110 mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Pumpen­ einheit 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 Förderpumpe 112 wegweisender Kolbenstange 138 angeordnet ist, so daß ihr gleitend verschiebbar in den Plungerzylinder 122 eingreifender Zylinder 142 gleich­ zeitig den Plungerkolben der Förderpumpe 112 bildet. Damit der Zylinder 142 seine Funktion als Plunger­ kolben erfüllen kann, muß er - abhängig von der Beauf­ schlagung seiner Arbeitsräume 144 bzw. 146 - auf dem Kolben 120 und innerhalb des Innenraums 128 des Plunger­ zylinders 122 verschiebbar sein. Demzufolge muß das kolbenabgewandte Ende der Kolbenstange 138 in einem vorgegebenen Abstand zum Plungerzylinder 122 festgelegt sein, wofür eine (nicht gezeigte) Trägerkonstruktion entsprechend der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Trägerkonstruktion 58, 60, 62 vorgesehen sein kann.

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

Als Auslöser 166 für die - wiederum nur schematisch als Maßstab dargestellte - Wegstrecken-Meßeinrichtung 167 möge in diesem Fall 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 Pumpeneinheiten 110 aufgebauten Duplex-Pumpe erreicht.

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

Die Anordnung der Wegstrecken-Meßeinrichtung 267 erfolgt in diesem Fall 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 Plunger-Zylinder 222 liegenden Ende verschlossen ist, während sie an ihrem gegenüber­ liegenden Ende noch durch den Kolben 220 der Kolben- Zylinder-Einheit 216 hindurchgeführt ist. In diese Hohl­ bohrung 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 ist die Wegstrecken- Meßeinrichtung 267, z. B. in Form einer Kette von unter Zwischenschaltung von Widerständen in dichten Abständen aufeinanderfolgend in Reihe geschalteten magnetisch betätigbaren Annäherungsschaltern in Form von Reed- Kontakten, angeordnet und durch eine anschließend ausge­ härtete Gießharzfüllung 243 fixiert, welche auch die innerhalb des Rohrs 241 verlaufenden (nicht gezeigten) Abschnitte der Signalleitungen 270 zur (ebenfalls nicht gezeigten) Steuereinheit festlegt.

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

Festzuhalten ist weiter, daß auch bei den Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 2 und 3 die Kolben-Zylinder- Einheiten 116 bzw. 216 einen maximal möglichen Arbeits­ hub haben können, 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 elektro­ hydraulische Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheiten 116 bzw. 216 wird deren Kolbenhub während des normalen Betriebs der Duplex-Plunger-Pumpen auf einen dem Arbeitshub der Plungerkolben im Plungerzylinder entsprechenden Arbeitshub beschränkt.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungs­ gedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der vor­ stehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklich­ bar sind. So kann die Steuerung der hydraulischen Beaufschlagung der Arbeitsräume der Kolben-Zylinder- Einheiten auch über gesonderte Schaltventile - gegebenen­ falls auch von ihrerseits getrennt angetriebenen gesonderten Pumpen aus - in Parallelschaltung erfolgen. Durch geeignete Ausgestaltung bzw. Programmierung des Prozeßrechners der Steuereinheit ist dann lediglich sicher­ zustellen, daß eine Synchronisierung der gegenläufigen Kolbenhübe der Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt bzw. eine vorbestimmte Fördercharakteristik angesteuert wird. Durch kontinuierliches Vergleichen der von der Wegstrecken-Meßeinrichtung in Abhängigkeit von der Hubstellung erzeugten elektrischen Signale in der Steuereinheit miteinander bzw. einem vorgegebenen Programm und entsprechende Änderungen der Beauf­ schlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten mit Hydraulik­ medium ist dies möglich. Auch die Zusammenfassung von zwei der beschriebenen Duplex-Plunger-Pumpen zu einem Pumpenaggregat verdoppelter Leistung ist möglich, wobei der phasenversetzte Antrieb der beiden Pumpen ebenfalls rechnerisch über den Prozeßrechner synchronisiert bzw. gesteuert wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung von hydrostatisch angetriebenen Duplex-Plunger-Pumpen für die Förderung von Flüssig­ keiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, wobei 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 aus­ führen, wobei die hydraulischen Steuerorgane durch in Abhängigkeit von der Stellung der Plungerkolben ent­ wickelte elektrische Steuersignale betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Plungerkolben kontinuierlich gemessen und der jeweils von den Plunger­ kolben geförderte Einzel- und/oder Gesamt-Mengenstrom errechnet wird, und daß die errechneten Mengenströme kontinuierlich miteinander und/oder mit einem Soll­ mengenstrom vorgegebener Fördercharakteristik verglichen und gegebenenfalls errechnete Abweichungen der Mengen­ ströme zu Steuersignalen entwickelt werden, mit welchen die hydraulischen Steuerorgane im Sinne einer Korrektur der Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten ange­ steuert werden.

2. Hydrostatisch angetriebene Duplex-Plunger-Pumpe für die Förderung von Flüssigkeiten, fließfähigen Schlämmen oder Emulsionen, bei welcher jeder Plunger­ kolben mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit gekoppelt ist, deren Beaufschlagung mit Hydraulikmedium mittels hydraulischer Steuerorgane derart gesteuert wird, daß ihre Kolben jeweils gegen­ sinnige Hubbewegungen ausführen, wobei die hydraulischen Steuerorgane durch in Abhängigkeit von der Hubstellung der Plungerkolben in einer Steuereinheit entwickelte elektrische Steuersignale betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Plungerkolben (14; 142; 238) eine Wegstrecken-Meßeinrichtung (67; 167; 267) zur kontinuierlichen Erzeugung von hubproportionalen, der Steuereinheit (72) zuzuführenden elektrischen Meßsignalen zugeordnet ist, und daß die Steuereinheit (72) einen Prozeßrechner mit einer Vergleicherschaltung auf­ weist, in welcher die aus den Meßsignalen errechneten Mengenströme des in den einzelnen Plungerkolben (14; 142; 238) geförderten Fördermediums und/oder des Gesamt- Mengenstroms miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Sollmengenstrom verglichen werden, wobei festgestellte Abwei­ chungen zu elektrischen Steuersignalen für die Betätigung der hydraulischen Steuerorgane (82; 96; 98; 99) im Sinne einer die Abweichungen korrigierenden Nach­ steuerung der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten entwickelt werden.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des die Kolben-Zylinder-Einheiten (16 a; 16 b) beaufschlagenden Hydraulikmediums eine von der Steuer­ einheit (72) aus stufenlos fördermengenveränderliche Hydraulikpumpe (18) vorgesehen ist.

4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den das Hydraulikmedium zu den Kolben-Zylinder- Einheiten (16 a; 16 b) führenden und/oder von ihnen abführenden Leitungen (z. B. 94) wenigstens ein von der Steuereinheit (72) aus stufenlos steuerbares Drossel­ organ (99) und/oder ein stufenlos steuerbarer Mengen­ teiler vorgesehen ist bzw. sind.