DE3709785C2 - Verdrängerpumpe mit oszillierenden Verdrängern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, bei der die Verdränger beim Förderhub mittels starrer Gestänge mit dem Pumpenantrieb kraftschlüssig in Verbindung stehen, während beim Saughub die Rückstellung der Verdränger mittels einer Hilfskraft erfolgt.

Der maximale Unterdruck beim Saughub von Verdrängerpumpen mit oszillierenden Verdrängern ist abhängig von den geo­ metrischen Verhältnissen in den Ansaugleitungen und -ventilen, vom Vordruck, der Viskosität der Förderflüssigkeit und von der maximalen Beschleunigung der anzusaugenden Flüssigkeit; deren maximale Beschleunigung wiederum ist abhängig von der maximalen Beschleunigung des Verdrängers des Saughubes.

Bei jeder Flüssigkeit gibt es einen bestimmten Unterdruck, bei dessen Unterschreiten die Flüssigkeit in die Dampf­ phase übergeht (Kavitatsionsgefahr) oder aber gelöste Gase freigesetzt werden, die dann die Förderung der Pumpe störend beeinflussen können, z. B. durch Pulsationen. Es gibt dabei Fälle, bei denen die Freisetzung von gelösten Gasen auf jeden Fall vermieden werden muß.

Bei den bekannten Verdrängerpumpen mit oszillierenden Verdrängern, die über Kurven- bzw. Kurbeltriebe oder über Hydraulikzylinder angetrieben werden, wird die Beschleu­ nigung bei den Saughüben der Verdränger in der Regel auf formschlüssige Art vom Pumpenantrieb abgeleitet, d. h. die Saughübe erfolgen auf formschlüssige mechanische oder hydraulische Art zwingend. Bei derartigen formschlüssig ausgeführten Saughüben kann der gewünschte zulässige Saug­ unterdruck unterschritten werden, wenn sich der Ansaug­ widerstand in unzulässigem Maße vergrößert. Dieses kann beispielsweise eine Folge sein von Separationen in den Ansaugeleitungen, sich verändernden geometrischen Verhält­ nissen, von sich zusetzenden Ansaugfiltern, von Viskosi­ tätserhöhungen, von Temperaturänderungen oder Drehzahler­ höhungen.

Bei einer anderen bekannten Art von Verdrängerpumpen werden die Verdränger während der Saughübe durch vorgespannte Federn betätigt. In der Regel folgen dabei die Verdränger tastend der Kinematik des Antriebsmechanismus, d. h. die Kraft für die Saughübe wird von Federn aufgebracht, die Beschleunigung durch den Antriebsmechanismus bestimmt. Vergrößert sich der Ansaugwiderstand durch die bereits ge­ nannten Einflüsse so stark, daß die Federkraft nicht ausreicht, die Verdränger dem Antriebsmechanismus mit der vom Antriebs­ mechanismus vorgegebenen Geschwindigkeit folgen zu lassen, so geraten Antriebsmechanismus und Übertragungselemente für die Verdränger außer Eingriff bzw. außer Kontakt. Bis zu dem vom Antriebsmechanismus vorgegebenen Beginn der Förder­ hübe haben die Verdränger dann ihre Saughübe noch nicht vollendet. Werden die Federn so stark ausgeführt, daß die Erscheinung nicht eintreten kann, verstärken sich die erwähnten Probleme bezüglich der Unterschreitung des gewünschten zulässigen Unterdruckes.

Ein Nachteil der Verdrängerrückführung durch Federn ist die infolge der Federkennlinie größere mögliche Kraft bei Beginn der Saughübe als am Ende der Saughübe. Gravierend­ ster Nachteil der beschriebenen Systeme ist aber die schwer zu realisierende schnelle Anpassung an veränderte Ansaug­ widerstände oder an unterschiedliche Eigenschaften der zu fördernden Flüssigkeiten.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese zuletzt genannte Art von Verdrängerpumpen und hat zum Ziel, die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden. Insbesondere soll die Aufgabe gelöst werden, bei Systemen mit nicht formschlüssiger Verbindung der Verdränger mit dem Pumpen­ antrieb beim Saughub den Bewegungs- und Beschleunigungs­ verlauf des Verdrängers bis zur Erreichung des gewünschten zulässigen Unterdrucks dem Pumpenantrieb mit einfachen Mitteln zu unterwerfen und die maximale Saugkraft leicht an den gewünschten zulässigen Unterdruck anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Verdrängerpumpe der eingangs genannten Art vorgeschlagen, als Hilfskraft für die Rückstellung des oder der Verdränger beim Saughub ein Druckgas bzw. eine Druckflüssigkeit zu verwenden, deren Druck vorzugsweise während des gesamten Saughubes einstell- und veränderbar sein kann.

Eine Verdrängerpumpe kann dabei beispielsweise so ausge­ bildet sein, daß der Verdränger- oder gegebenenfalls auch die Verdränger- ein in einem ein Saug- und ein Druck­ ventil aufweisenden Pumpenzylinder oszillierend gelagerter, über ein Antriebsgestänge mit einer Kurvenrolle von einer auf der Antriebswelle des Antriebsmotors befestigten Kurvenscheibe gesteuerter Kolben ist, der zur kraftschlüssi­ gen Verbindung mit dem Pumpenantrieb bzw. der Kurvenscheibe beim Saughub mit einem Druckluftzylinder in Verbindung steht. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung kann der Kolben des am Pumpenrahmen gehaltenen Druckluft­ zylinders unmittelbar auf dem Antriebsgestänge des Kolbens angeordnet sein.

Am Antriebsgestänge des Verdrängers, oder bei mehreren Verdrängern am Antriebsgestänge jedes einzelnen Verdrängers, wird ein Zylinder für einen vorzugsweise kompressiblen Energieträger, also etwa ein Pneumatikzylinder, vorgesehen, dessen Kraft bei Beaufschlagung mit Druckluft so wirkt, daß der Verdränger einen Saughub ausführt. Bei genügend großer Pneumatikzylinderkraft wird das Antriebsgestänge mit seinen Kraftübertragungselementen rückstellend gegen den An­ triebsmechanismus gedrückt. Es werden also auch dabei Be­ wegungs- und Beschleunigungsverlauf des Verdrängers vom Pumpenantrieb vorgegeben, wie es auch bei einer form­ schlüssigen Bewegungsübertragung der Fall ist.

Wird der Pneumatikzylinder so angeordnet, daß seine Kraft in oder parallel zur Bewegungsrichtung des Verdrängers wirkt, steht über den gesamten Bewegungsbereich stet& eine gleichgroße Kraft zur Verfügung, deren Größe durch Luft­ druck und wirksame Kolbenfläche des Pneumatikzylinders bestimmt wird. Die Kraft teilt sich auf in einen Saug­ kraftanteil und in einen auf den Pumpenantrieb wirken­ den Anteil. Bei Stillstand der Pumpe - wenn also der Saug­ kraftanteil Null ist - wirkt die gesamte Pneumatikzylinder­ kraft auf den Antrieb.

Bei laufender Pumpe kann die tatsächlich wirkende Saug­ kraft durch die bereits erwähnten Einflüsse gerade so groß werden wie die Pneumatikzylinderkraft. Mit Hilfe des leicht einstellbaren und auch schnell veränderbaren Luftdruckes kann jederzeit die gewünschte maximale Saugkraft und somit der gewünschte maximale Unterdruck für das Fördermedium einge­ stellt werden. Der gewünschte Unterdruck kann dann nicht unterschritten werden, weder durch die bereits erwähnten saugwiderstandserhöhenden Einflüsse noch durch Erhöhung der Pumpendrehzahl. Reicht die eingestellte Pneumatikzylinder­ kraft nicht aus, den Verdränger mit der der Kinematik des Antriebsmechanismus entsprechenden Geschwindigkeit folgen zu lassen, so gerät das Antriebsgestänge des Verdrängers außer Kraftschluß mit dem Antriebsmechanismus.

Ein weiterer Vorteil der Saughubrealisierung mit Hilfe von Fremdenergie ist deren leichte Abschaltbarkeit. Diesel ist gerade bei den hier behandelten Pumpen, bei denen die Verdränger während der Förderhübe mechanisch angetrieben werden, von Vorteil, weil durch einfaches Abschalten der Druckluft und Entlüften des Pneumatikzylinders der Ver­ dränger, wenn er hängend angeordnet ist und durch sein Gewicht nach unten gezogen wird, in seiner Endlage verbleibt und trotz weiterlaufendem Pumpenantrieb nicht mehr an einer Förderung teilnimmt.

Es lassen sich so mit wenig Aufwand Pumpensysteme realie­ sieren, bei denen viele Einzelpumpen von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden, wobei die Förderung einzelner Pumpen wahlweise durch Abschalten der Druckluft für die betreffende Pumpen unterbrochen werden kann.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein einfaches Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe dargestellt.

Eine auf einer Antriebswelle 1 befestigte Kurbelscheibe 2 erzeugt bei ihrer Drehung über eine außen am Kurvenumfang anliegende Kurvenrolle 3 in dem Verdrängerantriebsgestänge 4 und damit für den Verdränger 5 selbst eine Axialbewegung. Der Verdränger 5 gleitet in einem Pumpenzylinder 6. Nimmt bei Drehung der Kurbelscheibe 2 der auf die Rolle 3 wir­ kende Kurbelscheibenradius zu, wird der Förderhub ausge­ führt. Der Verdränger bewegt sich dabei in Pfeilrichtung 7, wobei die Kraft vom Antrieb 1, 2 aufgebracht wird.

Beim Förderhub ist das Saugventil 9 geschlossen und das Fördermedium wird durch das Druckventil 10 aus dem Zylinder 6 herausgedrückt.

Nimmt der Kurvenscheibenradius ab, wird der Saughub aus­ geführt, wobei die Kraft von Druckluft 11 aufgebracht wird, die auf einen auf dem Gestänge 4 befestigten Kolben 12 wirkt, der in einem sich am Pumpenrahmen 13 abstützenden Zylinder 14 gleitet. Gestänge und Verdränger bewegen sich dabei in Pfeilrichtung 8. Bei genügend großer Kraft auf den Kolben 12 folgt die Rolle 3 dem Kurvenscheibenumfang von Kurve 2, so daß Bewegungs- und Beschleunigungsablauf des Verdrängers durch die Kurvenform bestimmt werden.

Claims (4)

1. Verdrängerpumpe mit mindestens einem oszillierenden Verdränger, bei der die Verdränger beim Förderhub mittels eines starren Gestänges mit dem Pumpenantrieb kraftschlüssig in Verbindung stehen, während beim Saughub die Rückstellung der Verdränger mittels einer Hilfskraft erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraft ein Druckgas bzw. eine Druckflüssigkeit ist.

2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net daß der Druck des Druckgases bzw. der Druckflüs­ sigkeit während des gesamten Saughubes einstell- und veränderbar ist.

3. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verdränger der Verdrängerpumpe ein in einem ein Saug- (9) und ein Druckventil (10) aufwei­ senden Pumpenzylinder (6) oszillierend gelagerter, über ein Antriebsgestänge (4) mit einer Kurvenrolle (3) von einer auf der Antriebswelle (1) eines Antriebsmotors be­ festigten Kurvenscheibe (2) gesteuerter Kolben (5) ist, der zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Pumpenantrieb bzw. der Kurvenscheibe beim Saughub mit einem in einem Druckluftzylinder (14) geführten Kolben (12) in Verbin­ dung steht.

4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (12) des am Pumpenrahmen gehal­ tenen Druckluftzylinders (14) auf dem Antriebsgestänge (4) des Kolbens (5) angeordnet ist.