EP1998045A1 - Verdrängermaschine mit Koaxialventilanordnung - Google Patents
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- EP1998045A1 EP1998045A1 EP07109328A EP07109328A EP1998045A1 EP 1998045 A1 EP1998045 A1 EP 1998045A1 EP 07109328 A EP07109328 A EP 07109328A EP 07109328 A EP07109328 A EP 07109328A EP 1998045 A1 EP1998045 A1 EP 1998045A1
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- valve
- coaxial
- annular piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
- F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
- F04B53/109—Valves; Arrangement of valves inlet and outlet valve forming one unit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
- F04B49/24—Bypassing
- F04B49/243—Bypassing by keeping open the inlet valve
Definitions
- the present invention relates to a coaxial valve head displacement machine and the use thereof.
- suction valve lifts In the construction of displacement machines for conveying fluids (gases and liquids), whether oscillating or rotating compressors or oscillating or rotating displacers, suction valve lifts have been the state of the art for many decades.
- the suction valve lift is a proven alternative to the bypass valve design (also called recirculation valves) located in the delivery line when the engines are idle for a short time and frequently at a constant input speed to save energy. be operated without load, or with reduced power.
- Typical applications for positive displacement machines e.g. Liquid pumps, with suction valve lift are found in the steel industry in the descaling of slabs, sheets and strands with high-pressure water jets of up to 1,000 bar in hydraulic press drives with up to 300 bar working pressure and in mining, there in the so-called “Long Wall Mining ", where plunger pumps aperiodically convey special pressure fluids into storage tanks (accumulators), which in turn feed the punches of the hydraulic longwall and port construction and occasionally also hydraulically driven mining machines with pressures of up to 600 bar.
- accumulators storage tanks
- a simple application of a suction valve lift in liquid pumps is often manually for the purpose of emptying pump heads by means of a spindle or eccentric suction valve lift.
- An example of such systems are known from the prior art triplex series plunger pumps.
- the present invention has now taken on the task of providing a positive displacement machine with a coaxial valve arrangement, in which also significantly higher operating pressures, in particular more than 400 bar, can be driven to provide a Saugventilanhebung.
- the coaxial cylindrical body has peripheral suction passages closable by the coaxially disposed annular spring-loaded suction valve opposite the displacer working space and extending from outside to inside at an acute angle to the cylinder axis.
- the means for Saugventilanhebung comprise at least two in the opposite direction to the spring force of the suction valve acted upon, arranged in Koaxialventil analyses pressure plunger.
- the plunger acting in the opposite direction to the spring force on the suction valve e.g. extend on the compression springs opposite side of the intake parallel to the cylinder axis, allow an increase of the intake valve at idle. They can be easily integrated into the coaxial valve body as small components.
- two, three or more oppositely arranged plunger are provided.
- the coaxial valve body has a central pressure channel which can be closed by the coaxially arranged, spring-loaded pressure valve.
- the means for Saugventilanhebung include an acted upon by a fluid annular piston, which is arranged axially displaceable in the Koaxialventil ecology to the pressure channel and the form, force or pressure-locking manner is connected to the plungers.
- the annular piston is connected via connecting rods, e.g. Bolts, which protrude preferably perpendicular to the cylinder axis on the side facing away from the suction valve ends of the plunger, connected to the pressure rams form-, force or pressure-locked.
- connecting rods e.g. Bolts, which protrude preferably perpendicular to the cylinder axis on the side facing away from the suction valve ends of the plunger, connected to the pressure rams form-, force or pressure-locked.
- annular piston is connected directly to the pressure rams in a pressure-locked manner.
- This embodiment in which, for example, a wider, on the plunger projecting annular piston used with a larger fluid acted upon face can be designed for very high flow rates.
- At least two return springs are preferably arranged between the annular piston and the coaxial valve body. By the return springs of the annular piston is automatically reset when stopping the application of fluid.
- a positive displacement machine according to the invention is for conveyed, in particular for gases and liquids, in particular at delivery pressures up to 1000 bar or even above, z. B. can be used in water promotion up to 7000 bar.
- top and bottom which are used in the following, refer to those in FIG. 1 shown arrangement.
- FIG. 1 shows a section through a two-part pump cylinder 1, 2 with a displacer 3 and above an associated valve head with a pump head housing 4 and a cover 5 of a positive displacement machine according to the invention with a Koaxialventilkopfan ever.
- the pump head housing 4 is provided with a suction port 6. With the suction port 6 a plurality of intake ports 7 are connected, which lead to a spring-loaded, annular suction valve 8 of the valve head.
- the suction valve 8 is formed by an annular disc, also called Saugventilteller.
- the intake ports 7 are formed in a KoaxialventilAvem 9, which is arranged in the interior of the valve head, as bores. The intake ports 7 extend from the outside inward at an acute angle to the cylinder axis. They are distributed in a circle over the circumference and connected via a Ansaugringraum 7a in Koaxialventil emotions 9 with the suction port 6.
- the Ansaugringraum 7 a is formed by an annular recess in the Koaxialventil ecology 9 between this and the pump head housing 4.
- the intake ports 7 and the Ansaugringraum 7 a are in this embodiment in a lower cylindrical portion 9 a of the Koaxialventil stressess 9, to which an upper cylindrical portion 9 b and a ceiling portion 9 c of the Koaxialventil stressess 9 connect.
- the valve head is at one, in FIG. 1 upper end of the pump cylinder 1, 2 arranged. At this end is one of the dead points of the displacer 3 and in the pump cylinder 1, 2 a displacer 10 is formed. At this displacement work space 10, the valve head and with him the suction valve 8 connects.
- the spring load of the suction valve 8 is formed by a coil spring 11 which is disposed below the suction valve 8 within the pump cylinder 1, 2 and in the interior of which the upper end of the displacer 3 is immersed in the pressure stroke.
- the displacer working chamber 10 merges at its upper end into a coaxial pressure channel 12 which is formed in the center of the annular suction valve 8 and above in the coaxial valve body 9, in its lower portion 9a, through a central axial bore.
- the pressure channel 12 is closed at its upper end by a spring-loaded pressure valve 13.
- the pressure valve 13 is in the coaxial valve body 9, in its upper portion 9 b, arranged in a pressure chamber 14 forming a central bore.
- the pressure chamber 14 is connected to a pressure ring space 14b via a plurality of pressure channels 14a distributed in a circle over the circumference.
- the pressure channels 14a are formed by bores and the pressure ring space 14b through an annular bore in the coaxial valve body 9.
- the pressure ring space 14b is, as characterized by a port 14c, connected to an outlet opening, not shown.
- the spring load of the pressure valve 13 is formed by a coil spring 15, which is arranged in the pressure chamber 14 and in the interior of which the pressure valve 13 is located.
- the means for Saugventilanhebung have in this embodiment, an annular piston 18, a plurality of return springs 19, two connecting rods 20 and two push rod 21.
- the plungers 21 are on opposite sides, i. offset by 180 ° to each other, arranged above the suction valve 8 and are acted upon in the opposite direction to the spring force of the suction valve 8 with force.
- the push rods 21 extend parallel to the cylinder axis and are located in bores in the coaxial valve body 9, specifically in its lower portion 9a, in each case between two intake ducts 7.
- the annular piston 18 For urging the plunger 21 with force of the annular piston 18 is provided, which is mounted axially displaceable in the Koaxialventil Sciences 9 and acted upon by the pressurized fluid.
- the annular piston 18 is arranged coaxially around the pressure channel 12 and projects into an annular recess in the Koaxialventilanalysis 9, in its lower portion 9 a.
- the annular piston 18 has a lower collar 18a and an upper collar 18b, wherein the collar 18a and 18b abut the coaxial body 9 on the outside via seals, the lower collar 18a at the lower portion 9a and the upper collar 18b abut the upper portion 9b.
- a piston working chamber 22 is formed between an upper end surface of the annular piston 18 within the upper collar 18b and a lower annular surface of the coaxial valve body 9, namely the upper portion 9b.
- the fluid line 17 opens into this piston working space 22.
- a connecting rod 20 is provided which extends perpendicularly and thus radially to the cylinder axis, ie perpendicular to the direction of movement of the annular piston 18.
- Each connecting rod 20 is arranged at its one end in a bore of the annular piston 18 and protrudes at its other end on the upper, the suction valve 8 remote from the end of the corresponding plunger 21.
- the connecting rods 20 are thereby connected to the pressure rams pressure-sealed.
- the annular piston 18 is arranged with its lower end face within the lower collar 18a at a distance from the opposite, lower annular surface of the recess of the Koaxial stressess 9, namely the lower portion 9a.
- the return springs 19 supported the annular piston 18 relative to the Koaxialventilisson 9.
- Each of the return springs 19 designed as helical springs sits with its lower end on the annular surface of the recess and protrudes with its upper end into a bore in the annular piston 18, which extends from the lower end face and extends parallel to the cylinder axis.
- the return springs 19 are distributed in a circle over the circumference. There are at least three return springs 19 are provided.
- the return springs 19 exert an axially acting restoring force on the ring body 18 away from the suction valve 8,
- the displacer 3 oscillates in the pump cylinder 1, 2 back and forth, or is in FIG. 1 up and up, moving.
- the suction valve 8 is opened automatically against the force of the coil spring 11.
- suction valve 8 is conveyed into the pressure channel 12 of the coaxial valve body 9.
- the conveyed material exits via the pressure valve 13, which is opened automatically during the pressure stroke and against the spring force 15, into the pressure chamber 14, the pressure channels 14a and the pressure ring chamber 14b at the outlet opening.
- the fluid is supplied under pressure from, for example, about 10 bar via the inlet opening 16 in the channel 17, this acts in the piston working chamber 22 on the annular piston 18 and pushes it against the force of the springs 19 in the direction of the suction valve 8.
- the in the Annular piston 18 inserted connecting rods 20 press on the plunger 21, which in turn press on the suction valve 8 and thus lead to the opening of the suction valve 8 while the pump is running.
- the pressurization of the fluid is adjusted so that the return springs 19 move the annular piston 18 axially upward away from the suction valve 8. Normal operation can start again.
- FIG. 2 shows in several views a further embodiment of the invention, as it is preferably used for positive displacement machines with a coaxial valve head arrangement for larger throughput volumes.
- the suction valve 8 is made larger and loaded by a strong coil spring 11.
- a strong coil spring 11 In the correspondingly modified coaxial valve body 23 adapted means for Saugventilanhebung are provided, which have an annular piston 24, a plurality of return springs 25 and two pressure plunger 26.
- the annular piston 24 differs from the annular piston 18 in that it is formed as a disk-shaped, without lower and upper collar 18 a, 18 b, with a smaller height and a greater width and thus with larger end faces.
- the annular piston 24 is located in an annular bore of the Koaxialventil analysess 23, wherein its lower end face is arranged at a distance from the opposite, lower annular surface of the annular bore.
- the return springs 25 supported the annular piston 24 from the Koaxialventilintelligence 23, each of the coil springs formed as return springs 25 abuts with its upper end on the lower end face of the annular piston 24 and protrudes with its lower end into a bore in the Koaxialventilanalysis 23, from the lower Ring surface goes out and parallel to the cylinder axis.
- the annular piston 24 is located closer to the cylinder axis than the annular piston 18.
- the larger upper end surface of the annular piston 24 leads to a larger piston working chamber 27.
- the pressure piston 26 are longer and protrude at its upper end into the annular space of the annular piston 24, i. the annular piston 24 itself is disposed above the upper ends of the push rod 26 and thereby connected to the pressure plunger 26 pressure-locked.
- This embodiment allows for the same working pressure of the pneumatic and hydraulic actuation as in the first embodiment, larger actuation forces of the plunger 26th
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine mit Koaxialventilkopfanordnung und deren Verwendung.
- Im Bau von Verdrängermaschinen zur Förderung von Fluiden (Gasen und Flüssigkeiten), seien es oszillierende oder rotierende Kompressoren oder auch oszillierende oder rotierende Verdränger sind Saugventilanhebungen seit vielen Jahrzehnten Stand der Technik. Die Saugventilanhebung ist eine bewährte Alternative zu der in der Förderleitung angeordneten Bypassventilkonstruktion (auch Umlaufventile genannt), wenn die Maschinen kurzfristig und häufig bei gleich bleibender Antriebsdrehzahl zur Energieeinsparung im Leerlauf, d.h. ohne Last, oder mit reduzierter Leistung betrieben werden sollen.
- Durch das Anheben des Saugventils, d.h. des Saugventiltellers, wird bewirkt, dass der Verdränger (Kolben oder Plunger) im Druckhub das Fördergut nicht über das ansonsten geöffnete Druckventil in die Förderleitung ausschiebt, sondern es erfolgt eine (drucklose) Rückförderung in die Zulauf- oder Saugleitung bei automatisch geschlossenem Druckventil, so dass eine Druckförderung nicht stattfindet und die Maschine, oder bei Mehrzylinder-Maschinen der einzelne Zylinder, bei niedrigem Energieverbrauch lediglich im Leerlauf weiter läuft mit der Möglichkeit, nach Unterbrechung der Saugventilanhebung sofort wieder mit Leistung zu arbeiten.
- Typische Anwendungen für Verdrängermaschinen, z.B. Flüssigkeitspumpen, mit Saugventilanhebung finden sich in der Stahlindustrie bei der Entzunderung von, Brammen, Blechen und Strängen mit Hochdruck-Wasserstrahlen von bis zu 1.000 bar bei hydraulischen Pressenantrieben mit bis zu 300 bar Arbeitsdruck und im Bergbau, dort beim sog. "Long-Wall-Mining", wo Plunger-Pumpen aperiodisch spezielle Druckflüssigkeiten in Speicher (Akkumulatoren) fördern, die wiederum die Stempel des hydraulischen Strebaus- und Portbaus und gelegentlich auch hydraulisch angetriebene Abbaumaschinen mit Drücken bis zu 600 bar speisen.
- Eine einfache Anwendung einer Saugventilanhebung bei Flüssigkeitspumpen stellt die vielfach manuell zum Zwecke der Entleerung von Pumpenköpfen mittels Spindel oder Exzenter vorgenommene Saugventilanhebung dar. Ein Beispiel für solche Systeme sind die aus dem Stand der Technik bekannten Triplex-Reihen-Plungerpumpen.
- In den letzten Jahren sind Konstruktionen mit pneumatischer Saugventilanhebung in einem Pumpenkopf entwickelt worden, in dem in einer T-förmigen Annordnung Ventile übereinander liegen und der Plunger senkrecht dazu angeordnet ist. Dazu wird das Saugventil beispielsweise permanent durch Federkraft angehoben, so dass es im Leerlauf den Rückfluss freigibt. Im Förderbetrieb wird durch pneumatische Beaufschlagung eine Gegenkraft zur Federkraft erzeugt, um ein automatisches Öffnen und Schließen zu ermöglichen. Derartige Verdrängermaschinen sind z.B. für einen Betriebsdruck von 320 bar konstruiert worden.
- Andere Pumpenköpfe der letzten Jahre sind mit modernen Koaxial-Ventilkonstruktionen ausgestattet und können für Drücke von 400 bar und mehr eingesetzt werden. Systeme mit Koaxialventilkofanordnung lassen sich bei derart hohen Drücken einsetzen, weil eine T-Durchdringungen des Pumpenkopfes nicht mehr vorhanden ist und im Schwellastbereich die Rissgefahr des Pumpenarbeitsraumgehäuses wesentlich verringert ist. Allerdings können diese bekannten Systeme für Saugventilanhebungen dort nicht mehr ohne weiteres eingesetzt werden, da die Saugventilteller beim Pumpenbetrieb von außen praktisch nicht mehr erreichbar sind; denn diese sind vom Pumpenkopfgehäuse voll umschlossen.
- Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr die Aufgabe gestellt, eine Verdrängermaschine mit einer Koaxialventilanordnung, bei dem auch deutlich höhere Betriebsdrücke, insbesondere mehr als 400 bar, gefahren werden können, mit einer Saugventilanhebung zu versehen.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Verdrängermaschine mit Koaxialventilkopfanordnung:
- mit mindestens einem Pumpenzylinder, in dem ein hin und her bewegbarer Verdränger mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist,
- mit einem Ventilkopf, der sich an einem Ende des Pumpenzylinders an einen Verdrängerarbeitsraum anschließt und der einen Koaxialventilkörper, ein Saugventil und ein Druckventil umfasst,
- wobei in dem Koaxialventilkörper Mittel zur Saugventilanhebung angeordnet sind. Eine Integration der Mittel zur Saugventilanhebung in den Koaxialkörper ermöglicht es, auch eine Verdrängermaschine mit einer Koaxialventilkopfanordnung mit Saugventilanhebung auszustatten.
- Vorzugsweise weist der zylindrische Koaxialventilkörper periphere Ansaugkanäle auf, die durch das koaxial angeordnete, ringförmige, federbelastete Saugventil gegenüber dem Verdrängerarbeitsraum verschließbar sind und von außen nach innen in einem spitzen Winkel zur Zylinderachse verlaufen. Die Mittel zur Saugventilanhebung umfassen mindestens zwei in Gegenrichtung zur Federkraft des Saugventils mit Kraft beaufschlagbare, im Koaxialventilkörper angeordnete Druckstößel. Bei dieser Anordnung ist es möglich, für den Normalbetrieb z.B. Druckfedern zum Verschließen des Saugventils im Druckhub und zum automatischen Öffnen im Saughub einzusetzen. Die in Gegenrichtung zur Federkraft an dem Saugventil angreifenden Stößel, die sich z.B. auf der den Druckfedern entgegengesetzten Seite des Ansaugventils parallel zur Zylinderachse erstrecken, ermöglichen eine Anhebung des Saugventils im Leerlauf. Sie lassen sich als kleine Bauelemente gut in den Koaxialventilkörper integrieren. Bevorzugt sind zwei, drei oder mehrere gegenüber angeordnete Druckstößel vorgesehen.
- Vorzugsweise weist der Koaxialventilkörper einen zentralen Druckkanal auf, der durch das koaxial angeordnete, federbelastete Druckventil verschließbar ist. Die Mittel zur Saugventilanhebung umfassen einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Ringkolben, der im Koaxialventilkörper um den Druckkanal axial verschiebbar angeordnet ist und der form-, kraft oder druckschlüssig mit den Druckstößeln verbunden ist.
- In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ringkolben über Verbindungstäbe, z.B. Bolzen, die vorzugsweise senkrecht zur Zylinderachse über die vom Saugventil abgewandten Enden der Druckstößel ragen, mit den Druckstößeln form-, kraft- oder druckschlüssig verbunden. Der Einsatz der Verbindungsstäbe ermöglicht, den Ringkolben im Bereich des äußeren Umfangs des Koaxialventilkörpers anzuordnen und damit den Koaxialkörper stabil auszuführen.
- In einer weiteren Ausführungsform ist der Ringkolben direkt mit den Druckstößeln druckschlüssig verbunden. Diese Ausführungsform, bei der z.B. ein breiterer, über die Druckstößel ragender Ringkolben mit einer größeren mit Fluid beaufschlagbaren Stirnfläche eingesetzt, kann für besonders hohe Fördervolumina ausgelegt sein.
- Zur Rückstellung des Ringkolbens sind vorzugsweise mindestens zwei Rückstellfedern zwischen dem Ringkolben und dem Koaxialventilkörper angeordnet sind. Durch die Rückstellfedern wird der Ringkolben bei Beenden der Beaufschlagung mit Fluid automatisch zurückgesetzt.
- Eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine ist für Fördergut, insbesondere für Gase und Flüssigkeiten, insbesondere bei Förderdrücken bis 1000 bar oder auch darüber, z. B. bei Wasserförderung bis 7000 bar einsetzbar.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert:
- Figur 1
- zeigt eine Ausführungsform eines Pumpenzylinders und eines dazugehörigen Ventilkopfes einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine mit Koaxialventilanordnung,
- Figur 2
- zeigt in mehreren Ansichten einen Koaxialventilkörper der Ausführungsform,
- Figur 3
- zeigt mehrere Ansichten eines Koaxialventilkörpers einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- Die Bezeichnungen "oben" und "unten", die im Folgenden verwendet werden, beziehen sich auf die in
Figur 1 gezeigte Anordnung. -
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen zweiteiligen Pumpenzylinder 1, 2 mit einem Verdränger 3 und darüber einem dazugehörigen Ventilkopf mit einem Pumpenkopfgehäuse 4 und einem Deckel 5 einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine mit einer Koaxialventilkopfanordnung. Der Verdränger 3 mit kreisrundem Querschnitt, der als Tauchkolben, auch Plunger genannt, ausgeführt ist, ist in dem Pumpenzylinder 1, 2 hin und her bewegbar angeordnet. InFigur 1 entspricht dies einer Auf- und Ab-Bewegung, wie die Pfeile OT und UT andeuten. - Das Pumpenkopfgehäuse 4 ist mit einer Ansaugöffnung 6 versehen. Mit der Ansaugöffnung 6 sind mehrere Ansaugkanäle 7 verbunden, die zu einem federbelasteten, ringförmigen Saugventil 8 des Ventilkopfes führen. Das Saugventil 8 ist durch eine ringförmige Scheibe, auch Saugventilteller genannt, gebildet. Die Ansaugkanäle 7 sind in einem Koaxialventilkörper 9, der im Innern des Ventilkopfes angeordnet ist, als Bohrungen ausgebildet. Die Ansaugkanäle 7 verlaufen von außen nach innen in einem spitzen Winkel zur Zylinderachse. Sie sind kranzförmig über den Umfang verteilt und über einen Ansaugringraum 7a im Koaxialventilkörper 9 mit der Ansaugöffnung 6 verbunden. Der Ansaugringraum 7a ist durch eine ringförmige Aussparung im Koaxialventilkörper 9 zwischen diesem und dem Pumpenkopfgehäuse 4 gebildet. Die Ansaugkanäle 7 und der Ansaugringraum 7a befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem unteren zylindrischen Abschnitt 9a des Koaxialventilkörpers 9, an den sich ein oberer zylindrischer Abschnitt 9b und ein Deckenabschnitt 9c des Koaxialventilkörpers 9 anschließen.
- Der Ventilkopf ist an einem, in
Figur 1 oberen, Ende des Pumpenzylinder 1, 2 angeordnet. An diesem Ende befindet sich einer der Totpunkte des Verdrängers 3 und ist im Pumpenzylinder 1, 2 ein Verdrängerarbeitsraum 10 gebildet. An diesen Verdrängerarbeitsraum 10 schließt sich der Ventilkopf und mit ihm das Saugventil 8 an. Die Federlast des Saugventils 8 ist durch eine Schraubenfeder 11 gebildet, die unterhalb des Saugventils 8 innerhalb des Pumpenzylinders 1, 2 angeordnet ist und in deren Inneren das oberes Ende des Verdrängers 3 im Druckhub eintaucht. - Der Verdrängerarbeitsraum 10 geht an seinem oberen Ende in einen koaxialen Druckkanal 12 über, der in der Mitte des ringförmigen Saugventils 8 und darüber im Koaxialventilkörper 9, und zwar in dessen unterem Abschnitt 9a, durch eine zentrale axiale Bohrung gebildet ist.
- Der Druckkanal 12 ist an seinem oberen Ende durch ein federbelastetes Druckventil 13 verschließbar. Das Druckventil 13 ist im Koaxialventilkörper 9, und zwar in seinem oberen Abschnitt 9b, in einer einen Druckraum 14 bildenden, zentralen Bohrung angeordnet. Bei geöffnetem Druckventil 13 ist der Druckkanal 12 mit dem Druckraum 14 verbunden. Der Druckraum 14 ist über mehrere, kranzförmig über den Umfang verteilte Druckkanäle 14a mit einem Druckringraum 14b verbunden. Die Druckkanäle 14a sind durch Bohrungen und der Druckringraum 14b durch eine Ringbohrung im Koaxialventilkörper 9 gebildet. Der Druckringraum 14b ist, wie durch einen Anschluss 14c gekennzeichnet, mit einer nicht dargestellten Austrittsöffnung verbunden. Die Federlast des Druckventils 13 ist durch eine Schraubenfeder 15 gebildet, die im Druckraum 14 angeordnet ist und in derem Inneren sich das Druckventil 13 befindet.
- In den Koaxialventilkörper 9 sind Mittel zur Saugventilanhebung integriert, die durch ein Fluid, d.h. durch Druckluft oder eine Flüssigkeit, beaufschlagbar sind. Zur Beaufschlagung der Mittel zur Saugventilanhebung ist in diesem Ausführungsbeispiel im Pumpenkopfgehäuse 4 eine Eintrittsöffnung 16 für das Fluid vorgesehen, die in eine Fluidleitung 17 im Koaxialkörper 9, und zwar in seinem oberen Abschnitt 9b, mündet. Die Fluidleitung 17 ist im Koaxialkörper als Bohrung mit einem Abschnitt senkrecht und einen Abschnitt parallel zur Zylinderachse gebildet.
- Die Mittel zur Saugventilanhebung weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Ringkolben 18, mehrere Rückstellfedern 19, zwei Verbindungsstäbe 20 und zwei Druckstößel 21 auf.
- Die Druckstößel 21 sind auf gegenüberliegenden Seiten, d.h. um 180° versetzt zueinander, oberhalb des Saugventils 8 angeordnet und sind in Gegenrichtung zur Federkraft des Saugventils 8 mit Kraft beaufschlagbar. Die Druckstößel 21 erstrecken sich parallel zur Zylinderachse und befinden sich in Bohrungen im Koaxialventilkörper 9, und zwar in seinem unteren Abschnitt 9a, jeweils zwischen zwei Ansaugkanälen 7.
- Zur Beaufschlagung der Druckstößel 21 mit Kraft ist der Ringkolben 18 vorgesehen, der axial verschiebbar im Koaxialventilkörper 9 gelagert und mit dem Druckfluid beaufschlagbar ist. Der Ringkolben 18 ist koaxial um den Druckkanal 12 angeordnet und ragt in eine ringförmige Aussparung im Koaxialventilkörper 9, und zwar in seinem unteren Abschnitt 9a. Der Ringkolben 18 weist einen unteren Kragen 18a und einen oberen Kragen 18b auf, wobei die Kragen 18a und 18b außen am Koaxialkörper 9 über Dichtungen anliegen, wobei der untere Kragen 18a am unteren Abschnitt 9a und der obere Kragen 18b am oberen Abschnitt 9b anliegen. Zwischen einer oberen Stirnfläche des Ringkolben 18 innerhalb des oberen Kragens 18b und einer unteren ringförmigen Fläche des Koaxialventilkörpers 9, und zwar des oberen Abschnitt 9b, ist ein Kolbenarbeitsraum 22 gebildet. Die Fluidleitung 17 mündet in diesen Kolbenarbeitsraum 22.
- Für jeden Druckstößel 21 ist ein Verbindungsstab 20 vorgesehen, der sich senkrecht und damit radial zur Zylinderachse, d.h. senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ringkolbens 18, erstreckt. Jeder Verbindungsstab 20 ist an seinem einen Ende in einer Bohrung des Ringkolben 18 angeordnet und ragt an seinem anderen Ende über das obere, dem Saugventil 8 abgewandte Ende des entsprechenden Druckstößels 21. Die Verbindungsstäbe 20 sind dadurch mit den Druckstößeln druckschlüssig verbunden.
- Der Ringkolben 18 ist mit seiner unteren Stirnfläche innerhalb des unteren Kragens 18a mit Abstand zur gegenüberliegenden, unteren Ringfläche der Aussparung des Koaxialkörpers 9, und zwar des unteren Abschnitt 9a, angeordnet. Die Rückstellfedern 19 stützten den Ringkolben 18 gegenüber dem Koaxialventilkörper 9 ab. Jede der als Schraubenfedern ausgebildeten Rückstellfedern 19 sitzt mit ihrem unteren Ende auf der Ringfläche der Aussparung auf und ragt mit ihrem oberen Ende in eine Bohrung im Ringkolben 18, die von der unteren Stirnfläche ausgeht und parallel zur Zylinderachse verläuft. Die Rückstellfedern 19 sind kranzförmig über den Umfang verteilt. Es sind mindestens drei Rückstellfedern 19 vorgesehen. Die Rückstellfedern 19 üben auf den Ringkörper 18 eine axial wirkende Rückstellkraft vom Saugventil 8 weg aus,
- Im Betrieb oszilliert der Verdränger 3 in dem Pumpenzylinder 1, 2 hin und her, bzw. wird in
Figur 1 auf und auf, bewegt. Im Saughub wird ein Fördergut über die Ansaugöffnung 6 des Pumpenkopfgehäuses 4, den Ansaugringraum 7a und die Ansaugkanäle 7 des Koaxialventilkörpers 9 in den Verdrängerarbeitsraum 10 eingelassen. Während des Saughubs ist das Saugventil 8 selbständig gegen die Kraft der Schraubenfeder 11 geöffnet. - In dem sich anschließenden Druckhub des Verdrängers 3 wird das Fördergut bei selbstständig und über die Schraubenfedern 11 geschlossenem Saugventil 8 in den Druckkanal 12 des Koaxialventilkörpers 9 gefördert. Das Fördergut tritt über das während des Druckhubs selbstständig und gegen die Federkraft 15 geöffnete Druckventil 13 in den Druckraum 14, die Druckkanäle 14a und den Druckringraum 14b an der Austrittsöffnung aus.
- Wird im Leerlaufbetrieb das Fluid unter Druck von z.B. ca. 10 bar über die Eintrittsöffnung 16 in den Kanal 17 geführt, wirkt dieses im Kolbenarbeitsraum 22 auf den Ringkolben 18 und drückt ihn gegen die Kraft der Federn 19 in Richtung des Saugventils 8. Die in den Ringkolben 18 eingelassenen Verbindungsstäbe 20 drücken auf die Druckstößel 21, welche wiederum auf das Saugventil 8 drücken und so zur Öffnung des Saugventils 8 bei laufender Pumpe führen. Zum Beenden des Leerlaufbetriebs wird die Druckbeaufschlagung des Fluid eingestellt, so dass die Rückstellfedern 19 den Ringkolben 18 axial nach oben von dem Saugventil 8 weg verschieben. Der Normalbetrieb kann wieder beginnen.
- Als Fluid können Druckluft oder auch ein Hydraulikfluid bzw. Wasser eingesetzt werden.
-
Figur 2 zeigt in mehreren Ansichten eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wie sie vorzugsweise für Verdrängermaschinen mit einer Koaxialventilkopfanordnung für größere Durchsatzvolumina zur Anwendung kommt. - Die zweite Ausführungsform entspricht der ersten bis auf die folgenden Merkmale:
- Das Saugventil 8 ist größer ausgeführt und durch eine stärke Schraubenfeder 11 belastet. In dem entsprechend geänderten Koaxialventilkörper 23 sind daran angepasste Mittel zur Saugventilanhebung vorgesehen, die einen Ringkolben 24, mehrere Rückstellfedern 25 und zwei Druckstößel 26 aufweisen.
- Der Ringkolben 24 unterscheidet sich von dem Ringkolbens 18 darin, dass er als scheibenförmig, ohne unteren und oberen Kragen 18a, 18b, mit einer geringeren Höhe und einer größeren Breite und damit mit größeren Stirnflächen ausgebildet ist. Der Ringkolben 24 befindet sich in einer Ringbohrung des Koaxialventilkörpers 23, wobei seine untere Stirnfläche mit Abstand zur gegenüberliegenden, unteren Ringfläche der Ringbohrung angeordnet ist. Die Rückstellfedern 25 stützten den Ringkolben 24 gegenüber dem Koaxialventilkörper 23 ab, wobei jede der als Schraubenfedern ausgebildeten Rückstellfedern 25 mit ihrem oberen Ende auf der unteren Stirnfläche des Ringkolbens 24 anliegt und mit ihrem unteren Ende in eine Bohrung im Koaxialventilkörper 23 ragt, die von der unteren Ringfläche ausgeht und parallel zur Zylinderachse verläuft. Der Ringkolben 24 ist näher an der Zylinderachse angeordnet als der Ringkolben 18. Die größere obere Stirnfläche des Ringkolbens 24 führt zu einem größeren Kolbenarbeitsraum 27. Die Druckstößel 26 sind länger und ragen an ihrem oberen Ende bis in den Ringraum des Ringkolbens 24, d.h. der Ringkolben 24 selbst ist oberhalb der oberen Enden der Drückstößel 26 angeordnet und dadurch mit dem Druckstößel 26 druckschlüssig verbunden.
- Dieser Ausführungsform ermöglicht bei gleichem Arbeitsdruck der pneumatischen und hydraulischen Aktuierung wie in der ersten Ausführungsform größere Betätigungskräfte der Druckstößel 26.
Claims (7)
- Verdrängermaschine mit Koaxialventilkopfanordnung
mit mindestens einem Pumpenzylinder (1, 2),
in dem ein hin und her bewegbarer Verdränger (3) mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist,
mit einem Ventilkopf, der sich an einem Ende des Pumpenzylinders (1, 2) an einen Verdrängerarbeitsraum (10) anschließt und der einen Koaxialventilkörper (9), ein Saugventil (8) und ein Druckventil (13) umfasst,
wobei in dem Ventilkopf und dem Koaxialventilkörper (9, 23) Mittel zur Saugventilanhebung angeordnet sind. - Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Koaxialventilkörper (9, 23) periphere Ansaugkanäle (7) aufweist, die durch das koaxial angeordnete, ringförmige, federbelastete Saugventil (8) gegenüber dem Verdrängerarbeitsraum (10) verschließbar sind, und die Mittel zur Saugventilanhebung mindestens zwei in Gegenrichtung zur Federkraft des Saugventils (8) mit Kraft beaufschlagbare, im Koaxialventilkörper (9) angeordnete Druckstößel (21, 26) umfassen.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koaxialventilkörper (9) einen zentralen Druckkanal (12) aufweist, der durch das koaxial angeordnete, federbelastete Druckventil (13) verschließbar ist, und die Mittel zur Saugventilanhebung einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Ringkolben (18, 24) umfassen, der im Koaxialventilkörper (9, 23) um den Druckkanal (12) axial verschiebbar angeordnet ist und der form-, kraft- oder druckschlüssig mit den Druckstößeln (21) verbunden ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (18) über Verbindungsstäbe (20) mit den Druckstößeln (21) form-, kraft- oder druckschlüssig verbunden ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (24) direkt mit den Druckstößeln (26) form-, kraft- oder druckschlüssig verbunden ist.
- Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückstellung des Ringkolbens (18, 24) mindestens zwei Rückstellfedern (19, 25) zwischen dem Ringkolben (18, 24) und dem Koaxialventilkörper (9) angeordnet sind.
- Verwendung der Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Fördergut, insbesondere von Gasen und Flüssigkeiten, bei Förderdrücken bis 1000 bar, bei Wasserförderung bis 7000 bar.
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---|---|---|---|
EP07109328A EP1998045A1 (de) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Verdrängermaschine mit Koaxialventilanordnung |
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EP07109328A EP1998045A1 (de) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Verdrängermaschine mit Koaxialventilanordnung |
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EP1998045A1 true EP1998045A1 (de) | 2008-12-03 |
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Family Applications (1)
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EP07109328A Withdrawn EP1998045A1 (de) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Verdrängermaschine mit Koaxialventilanordnung |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102016124422A1 (de) | 2016-12-14 | 2018-06-14 | Hammelmann GmbH | Hochdruckplungerpumpe sowie Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines Fluidstroms |
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- 2007-05-31 EP EP07109328A patent/EP1998045A1/de not_active Withdrawn
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